CN103414014B - 一种天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线，包括放射板、放射单元、寄生单元、馈电装置和短接装置；所述放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片，所述放射片的形状为环扇形或梯形或其他多边形等任意形状的平面图形；放射单元在至少一个第一位置处通过馈电装置与放射板相连接，并在至少一个第二位置处与放射板短接；所述寄生单元位于所述放射片围绕的环形中心空间，设置有至少一个短接点。本发明天线将放射单元设置为中空结构，则可以将多个层级的放射单元和寄生单元重合地放置在中空结构位置，从而在较短的高度内实现多个共振点，底剖面化到仅有0.033波长的高度范围，并取得约75%的带宽。

Description

一种天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别地，涉及一种天线。

背景技术

随着移动通信从语音通信变为数据流量的转变倾向，移动数据通信的流量阻塞问题会不断升级和显得突出。宽带无线电传输技术的宽带通信系统可以提供数字语音数据和视频数据，可快速完成多路环境寻址和识别，缓解日益紧张的频带资源要求，满足快速发展的消费电子产品要求。

而转换能量的天线是宽频带系统的重要设备，其性能改进也受到了业内的重视。现有垂直极化天线一般采用单极子天线，虽然单极子天线经过形状等特征的优化后，可以取得较大的带宽，但是很难做到底剖面化，一般天线的高度要求在0.2-0.25波长。如图1（a）的普通单极子天线，它的高度约等于0.25波长，此种单极子天线顶端加上负荷容量的话，虽然可以某种程度的低剖面化，却牺牲了天线的带宽。一般来说通过顶端加载负荷容量的方式，高度要在0.15波长以上，才能取得50%以上的带宽。如图1（b）的普通倒L天线，天线可以把天线低剖面化，但是会把带宽变窄，还增加了水平极化的分量。倒L天线，如果高度做到0.05波长的话，带宽一般在5%左右。

运营商为了防止数据流量阻塞问题，在宾馆、写字楼、地下通道内等电波盲区安装天线来提高电波盲区的覆盖率。现有的室内吸顶天线一般都是普通的单极子天线，所以需要很高的物理高度，最普通的单极子天线的高度是0.25波长高。虽然可以通过增加负荷容易可以降低天线的高度，但是遗憾的是降低天线高度后，天线的宽带会变窄很多。并且因为该种天线的厚度太大，安装后严重影响了宾馆、写字楼等的美观。

发明内容

本发明目的在于提供一种天线，以解决现有吸顶天线高度与带宽不能两全的技术问题，来取得薄型化且宽频化的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种天线，包括放射单元、位于放射单元中心位置的寄生单元和馈电装置；放射单元在至少一个第一位置处通过馈电装置与放射板相连接，并在至少一个第二位置处与放射板短接；

所述放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片，所述放射片的形状为环扇形或梯形；所述寄生单元位于所述放射片围绕的环形中心空间，并设置有至少一个短接点。

优选地，所述寄生单元的短接点设于为横截面的中心位置，或者为以中心对称的至少两个位置。

优选地，所述寄生单元与所述放射单元位于同一水平面，或者寄生单元所在平面高于所述放射单元所在平面1-30mm。

优选地，所述至少两个放射片的面积相同或者不相同。

优选地，所述寄生单元为空心结构，所述空心结构中设置第二放射单元；所述寄生单元的短接点对称分布在所述寄生单元的边缘。

优选地，所述第二放射单元所在平面高于所述寄生单元所在平面1-30mm。

优选地，所述第二放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述第二放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片。

优选地，在高于所述第二放射单元所在平面处1-30mm的中空处，设置第三放射单元或者第二寄生单元。

优选地，在所述寄生单元内设置M级结构，所述结构为寄生单元或放射单元；

相邻结构为寄生单元和放射单元，或者为放射单元和放射单元。

优选地，所述天线外周设置有外罩。

本发明具有以下有益效果：

1、物理尺寸薄：本发明天线将放射单元设置为中空结构，则可以将多个层级的放射单元和寄生单元重合地放置在中空结构位置，从而在较短的高度内实现多个共振点，使得本发明的天线可以底剖面化到仅有0.033波长的高度范围；

2、带宽大：本发明天线采用了特殊的新型阵列单元结构来实现超薄型且宽带的垂直极化天线。不但可利用中空放射单元的空间来增添寄生单元，从而实现第二个共振点，来实现更大的带宽。其中，放射单元片的横截面积和放射单元跟放射板的距离影响了第一共振频率。一般来说，放射单元片的横截面积增大，距离增高，第一共振频率则降低。寄生单元的横截面积和寄生单元跟放射板的距离影响了第二共振频率。一般来说，寄生单元的横截面积增大，距离增高，第二共振频率则降低。还可以在寄生单元里继续增加第二放射单元，从而实现第三个共振点，在第二共振点的基础上进一步实现更大的带宽。以此类推，本发明天线则可以取得约75%的带宽。

如图13所示，第一共振点约为1.65GHz，是由第一放射单元决定，第二共振点约为2.5GHz，所取带宽范围覆盖1.5GHz-2.9GHz，则可以满足DCS/PCS/WCDMA/LTE等各种通信系统的不同要求。当然，也可以通过扩大第一放射单元的横截面积和适当的增大第一放射单元与放射板的距离来降低第一共振频率，而使天线共振在0.9GHz频带，满足GSM900等各种低频通讯系统。然后通过调节寄生单元所制约的第二共振频率和第二放射单元所制约的第三共振频率等方式，可以使天线工作在0.698GHz-0.96GHz和1.5-2.9GHz等手机现有所有低频和高频通信系统。

3、良好的辐射特性：本发明天线因为采用了特殊的新型阵列单元结构使本天线取得了普通单极子天线的良好辐射方向图（参见图15-16的方向特性图）。如图14所示，放射单元的水平分布电流与放射板的水平电流几乎全部抵销，只保留了垂直方向的电流辐射。这样本新型天线就获得了良好的电波盲区所要求的良好辐射特性。如图15所示，在水平剖面上，不管是哪个地方360度一周均匀辐射，取得了很好圆度的全向特性。如图16所示，在垂直剖面上，因为放射板的作用，把天线的最大辐射方向稍微调节了（例如，在反射板直径为0.8个波长，天线处于180°方向时，本发明天线在垂直方向的辐射方向大约为俯角为50°左右，如图16中箭头所示），获得了所需要的典型的良好辐射特性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的天线结构示意图，（a）为单极子天线结构示意图，（b）为倒L天线结构示意图；

图2是本发明的天线结构示意图之一；

图3是本发明的天线结构示意图之二；

图4是本发明的天线结构示意图之三；

图5是本发明的天线结构示意图之四；

图6是本发明的天线结构示意图之五；

图7是本发明的天线结构示意图之六；

图8是本发明的天线结构示意图之七；

图9为本发明的天线结构示意图之七的A-A’向剖视图之一；

图10为本发明的天线结构示意图之七的A-A’向剖视图之二；

图11为本发明的天线结构示意图之七的A-A’向剖视图之三；

图12为本发明的天线结构示意图之七的A-A’向剖视图之四；

图13为本发明天线的驻波比图；

图14为本发明天线的电流方向及天线方向图；

图15为本发明天线的水平面方向特性示意图；

图16为本发明天线的垂直面方向特性示意图；

其中，1、放射片，2、寄生单元，3、第二放射单元，4、第二寄生单元，5、短接点，6、放射板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明公开了一种天线，包括放射单元、位于放射单元中心位置的寄生单元和馈电装置；放射单元在至少一个第一位置处通过馈电装置与放射板相连接，并在至少一个第二位置处与放射板短接。

所述放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片，所述放射片为环扇形或梯形或其他多边形等任意形状的平面图形；环扇形为将一个圆环形沿径向分成的几个部分，梯形为将两个四边形套合形成的中空形状同样沿中心向外的方向分成的几个部分。放射片的数量可以是2个或者2个以上，但是优选可3-4个，效果为佳。

放射单元可为各种导电材料制成，优选为铜和铝。

所述寄生单元位于所述放射片围绕的中心空间，设置有至少一个短接点。寄生单元产生了第二个共振点，使得天线的频率变宽。显然的，寄生单元的横截面大小不能超过中心空间的面积。详见以下实施例一至三。

实施例一、

参见图2，天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为圆形，面积小于中心空间面积，寄生单元2上的短接点5设置在圆心位置。放射片1上的短接点5也设置在各放射片的中央位置。

实施例二、

参见图3，天线的放射单位为两个四边形套合形成的中空形状，包括四个梯形放射片1，在四个梯形的短边相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为方形，面积小于中心空间面积，寄生单元2上的短接点5设置在方形寄生单元2的边缘位置。放射片1上的短接点5则依然设置在各放射片的中央位置。

从实施例二和三可知，短接点5的位置可根据实际需求设置在中央或者边缘，都不影响本发明实施例的实现。下列实施例的图4至图8则不在图上标注短接点5的具体位置，可灵活设置。

实施例三、

参见图4，天线的放射单位为两个三角形套合形成的中空形状，包括三个梯形放射片1，在三个梯形的短边相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为三角形，面积小于中心空间面积，短接点设置在三角形中心位置。

另外，所述寄生单元的短接设置为横截面中心位置，或者为以中心对称的至少两个位置。详见下述实施例四和实施例五。

实施例四、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为圆形，面积小于中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

实施例五、

天线的放射单位为两个四边形套合形成的中空形状，包括四个梯形放射片1，在四个梯形的短边相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为方形，面积小于中心空间面积，短接点为四个，分别设置在方形的四角位置。

优选地，所述寄生单元2与所述放射单元可位于同一水平面，或者寄生单元所在平面也可高于所述放射单元所在平面。详见下述实施例六和实施例七。

实施例六、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2，寄生单元2所在平面高于放射片1所在平面1-30mm寄生单元2横截面为圆形，面积小于中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

实施例七、

天线的放射单位为两个四边形套合形成的中空形状，包括四个梯形放射片1，在四个梯形的短边相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2，寄生单元2所在平面高于放射片1所在平面1-30mm，寄生单元2横截面为方形，面积小于中心空间面积，短接点为四个，分别设置在方形的四角位置。

优选地，放射单元的所述至少两个放射片1的面积相同或者不相同。详见下述实施例八和实施例九。

实施例八、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括三个圆心角分别为130°、120°和110°的环扇形放射片1，在三个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为圆形，面积小于中心空间面积，短接点设置在圆心位置。

实施例九、

参见图5，天线的放射单位为两个三角形套合形成的中空形状，包括五个不规则形放射片1，在五个不规则形放射片1的中心方向形成一个空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为三角形，面积小于中心空间面积，短接点设置在三角形中心位置。

更进一步地，所述寄生单元2可为空心结构，在所述空心结构中设置第二放射单元3；短接对称分布在所述寄生单元2的边缘。详见实施例十。

实施例十、

参见图6，天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成第一中心空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为中空圆形，外周面积小于第一中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

在寄生单元2中心空心结构的第二中心空间内，设置第二放射单元3。

与实施例六类似，所述第二放射单元所在平面可高于所述寄生单元所在平面1-30mm，也可与所述寄生单元所在同一平面。

以下实施例均以放射单元为两个圆形套合形成的中空形状为例进行说明，应该注意的是，放射单元即使为其他同心形状套合构成，也不影响以下实施例的实现。

所述第二放射单元3的结构也可与放射单元类似，为导电材料制成的平面阵列化结构，由多个放射片组成，短接点对称分布在第二放射单元的边缘。详见实施例十一。

实施例十一、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成第一中心空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为中空圆形，外周面积小于第一中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

参见图7，在寄生单元2中心空心结构的第二中心空间内，设置第二放射单元3。第二放射单元3由四个圆心角为90°的扇形放射片1组成。

优选地，第二放射单元的结构可与放射单元类似，不仅为导电材料制成的平面阵列化结构，所述第二放射单元还可为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片。详见实施例十二。

实施例十二、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成第一中心空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为中空圆形，外周面积小于第一中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

参见图8，在寄生单元2中心空心结构的第二中心空间内，设置第二放射单元3。第二放射单元3为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1。

在第二放射单元3中心的空间，放置第二寄生单元4，第二寄生单元4横截面可为实心（如图8所示）或者为中空圆形，外周面积小于中心空间的面积，短接点为一个，可设置在圆心位置。

可以理解的是，若第二寄生单元4横截面为中空形状时，可在其中继续放置下一级的放射单元。

实施例还可以包括位于所有放射单元和寄生单元底部的放射板6，作为整个装置的支撑及天线最大辐射方向的调节。详见本实施例的剖视图图9-12。

关于放射单元、寄生单元多个层级套装结构之间的相对水平位置，图9说明的是放射片1、寄生单元2、第二放射单元3、第二寄生单元4四个层级均处于同一水平面时的结构；图10则展示了寄生单元2、第二放射单元3、第二寄生单元4三个层级略高于放射片1的结构；图11展示了第二放射单元3、第二寄生单元4两个层级略高于寄生单元2，而寄生单元2略高于放射片1的结构；图12展示了第二寄生单元4略高于第二放射单元3，第二放射单元3略高于寄生单元2，寄生单元2略高于放射片1的结构，均可实现本发明的发明目的。

另外，在第二放射单元3中心的空间，可放置第二寄生单元4，也可放置第三放射单元。详见实施例十三。

实施例十三、

天线的放射单位为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1，在四个环扇形放射片1的圆心角相对的中心方向形成第一中心空间，用于放置寄生单元2。寄生单元2横截面为中空圆形，外周面积小于第一中心空间面积，短接点为四个，分别设置在圆心边缘的对称位置。

参见图8，在寄生单元2中心空心结构的第二中心空间内，设置第二放射单元3。第二放射单元3为两个圆形套合形成的中空形状，包括四个圆心角为90°的环扇形放射片1。

在第二放射单元3中心的空间，放置第三放射单元，第三放射单元横截面为圆形，外周面积小于中心空间的面积，短接点为一个，设置在圆心位置。

可以理解的是，第二放射单元3中心的空间无论是放置第二寄生单元4或者第三放射单元，其所在平面都可与第二放射单元3所在平面平行，或者第二寄生单元4（第三放射单元）所在平面高于第二放射单元3所在平面，不影响实施例的实现。

并且，在上述实施例的基础上，还可进一步的改进第二寄生单元4或者第三放射单元的结构，使其如上所述实施例描述的方案，将中心位置设置为中空结构，从而不断地增加下一级寄生单元或者下一级放射单元，添加多个不同的共振，实现多频或者宽频天线。若在寄生单元2内设置有M级结构，则该天线整体可以构成M加2个共振点，也就是说可以形成M加2频带天线。

需要提醒的是，放射单元的下一级可以是寄生单元或者放射单元，但寄生单元的下一级只能是放射单元。也就是说，相邻的两级结构可以是寄生单元和放射单元，或者可以是放射单元和放射单元，但是不可能是寄生单元和寄生单元。

可以理解的是，在所述天线外周设置有外罩，以防止灰尘进入。所述外罩可以是半球形、钟罩形、方形或者不规则形都不影响本实施例的实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括放射单元、位于放射单元中心位置的寄生单元和馈电装置；放射单元在至少一个第一位置处通过馈电装置与放射板相连接，并在至少一个第二位置处与放射板短接；

所述放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片，所述放射片的形状为环扇形或梯形；所述寄生单元位于所述放射片围绕的环形中心空间，并设置有至少一个短接点。

2.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于，所述寄生单元的短接点设于所述寄生单元横截面的中心位置，或者以所述寄生单元横截面的中心位置为中心对称的至少两个位置。

3.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于，所述寄生单元与所述放射单元位于同一水平面，或者寄生单元所在平面高于所述放射单元所在平面1-30mm。

4.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于，所述至少两个放射片的面积相同或者不相同。

5.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于，所述寄生单元为空心结构，所述空心结构中设置第二放射单元；所述寄生单元的短接点对称分布在所述寄生单元的边缘。

6.根据权利要求5所述的一种天线，其特征在于，所述第二放射单元所在平面高于所述寄生单元所在平面1-30mm。

7.根据权利要求5所述的一种天线，其特征在于，所述第二放射单元为导电材料制成的平面阵列化结构，所述第二放射单元为两个同心图案套合形成的中空形状，包括至少两个放射片。

8.根据权利要求7所述的一种天线，其特征在于，在高于所述第二放射单元所在平面处1-30mm的中空处，设置第三放射单元或者第二寄生单元。

9.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于，在所述寄生单元内设置M级结构，所述M级结构中的每一级结构为寄生单元或放射单元；

所述M级结构中的相邻结构为寄生单元和放射单元，或者为放射单元和放射单元。

10.根据权利要求5所述的一种天线，其特征在于，所述天线外周设置有外罩。