CN104916903A - 锥形天线 - Google Patents

Abstract

一种锥形天线，包括：底盘、主辐射体、环形谐振器。其中，底盘的中心设置贯孔，用于馈入电磁波信号；主辐射体，包括呈圆锥形的第一辐射部、呈圆柱形的第二辐射部及呈圆台形的第三辐射部，用于收发所述电磁波信号；环形谐振器，设置于底盘上，第一辐射部的外壁穿过环形谐振器与底盘贯孔的外壁紧密连接，环形谐振器与主辐射体共同作用，产生电磁波信号的谐振频率。本发明设计的锥形天线具有体积小、频带性能好的特征，有利于应用在体积狭窄的便携式通信产品中。

Description

锥形天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其涉及一种锥形天线。

背景技术

近年来，由于移动通信产品的市场需求不断增大，使得无线通信技术的发展更为迅速。在通信产品中，有很大一部分产品为体积较小的便携式产品。这就要求产品中的各个主要部件必须符合体积小巧但性能良好的要求。目前，在宽频通信应用中，锥形天线的使用日益广泛。但现有锥形天线中，天线的整体体积较大，难以应用在携带方便但只有狭小空间的通信产品中，并且，天线的频带不够宽，在一定程度上，限制了此类天线的使用范围。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种锥形天线，满足电磁波信号频带性能良好且体积较小的要求，便于应用在移动通信产品中。

本发明实施方式提供的锥形天线包括底盘、主辐射体、环形谐振器。其中，底盘的中心设置贯孔，用于馈入电磁波信号；主辐射体，包括呈圆锥形的第一辐射部、呈圆柱形的第二辐射部及呈圆台形的第三辐射部，用于收发所述电磁波信号；环形谐振器，设置于底盘表面之上，第一辐射部的外壁穿过环形谐振器与底盘的贯孔外壁紧密连接，环形谐振器与主辐射体共同谐振，产生电磁波信号的谐振频率。本发明设计的锥形天线具有体积小、频带性能好的特征，有利于应用在体积狭窄的便携式通信产品中。

优选地，第一辐射部、第二辐射部及第三辐射部的中心轴线皆重合。

优选地，主辐射体的中心轴线与底盘的中心轴线相互重合。

优选地，第一辐射部的圆锥底面、第二辐射部的圆柱底面及第三辐射部圆台两底面中较小者的直径长度皆相等。

优选地，第一辐射部、第二辐射部及第三辐射部的外壁共同形成一个曲面，使主辐射体的特性阻抗与设计频带匹配。

优选地，环形谐振器的底面与底盘的表面所在平面重合。

优选地，第一辐射部的顶点部分设置通孔，且通孔的外壁直径与底盘贯孔的外壁直径相等。

优选地，第一辐射部的中心轴线穿过环形谐振器的圆环中心点。

优选地，主辐射体、底盘及环形谐振器为一体成型，且主辐射体的外部为导电材料结构，内部为空心结构。

本发明的有益效果是明显的，本发明设计的锥形天线比现有的锥形天线的体积有所减小，而且频带性能良好，更有利于应用在体积狭窄的便携式通信产品中。

附图说明

图1为本发明锥形天线一实施方式的立体结构示意图。

图2为本发明锥形天线一实施方式的平面示意图。

图3为本发明锥形天线一实施方式的尺寸示意图。

图4为本发明锥形天线一实施方式的阻抗特性及回波损耗图。

图5为本发明锥形天线一实施方式在频率700MHz到900MHz范围内的最大增益图。

图6为本发明锥形天线一实施方式在频率2500MHz到2700MHz范围内的最大增益图。

图7为本发明锥形天线一实施方式在频率800MHz时水平面方向的增益示意图。

图8为本发明锥形天线一实施方式在频率800MHz时垂直平面方向的增益示意图。

图9为本发明锥形天线一实施方式在频率2600MHz时水平面方向的增益示意图。

图10为本发明锥形天线一实施方式在频率2600MHz时垂直平面方向的增益示意图。

主要元件符号说明

底盘                                        1

第一辐射部                                  2

第二辐射部                                  3

第三辐射部                                  4

主辐射体                                    5

环形谐振器                                  6

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下实施方式的具体参数只为更好地说明本发明，但不应以具体数值限制本发明权利要求的范围。

图1为本发明锥形天线一实施方式的立体结构示意图，图2为本发明锥形天线一实施方式的平面示意图。如图1、图2所示，锥形天线包括底盘1、主辐射体5、环形谐振器6。

在本实施方式中，底盘1呈圆盘形，其上底面和下底面均为一平面且两面相互平行，底盘中心设置贯孔，用于馈入电磁波信号。在其他实施方式中，底盘1也可以为其他形状。

本天线的主辐射体5用于辐射和接收电磁波信号，包括呈圆锥形的第一辐射部2、呈圆柱形的第二辐射部3及呈圆台形的第三辐射部4。

第一辐射部2可为一种用导电材料制作而成的空心圆锥结构。沿垂直第一辐射部2中心轴线的平面方向对第一辐射部2的圆锥顶点部分进行切割，使切割后的第一辐射部2的顶点部分成为一通孔（或切口），且使这一通孔外壁的直径与底盘1贯孔外壁的直径相等，从而当第一辐射部2与底盘1连接时，第一辐射部2的通孔外壁与底盘1的贯孔外壁紧密连接，并且底盘1的中心轴线与第一辐射部2的中心轴线重合。

第二辐射部3亦可为一种用导电材料制作而成的空心圆柱结构。第二辐射部3圆柱的一底面与第一辐射部2的圆锥底面完全重合，使得两辐射部的外壁紧密连接，共同形成一个曲面。

第三辐射部4亦可为一种用导电材料制作而成的空心圆台结构。第三辐射部4圆台直径较小的底面与第二辐射部3的圆柱另一底面完全重合，使得两辐射部的外壁紧密连接，共同形成一个曲面。

在本发明一具体实施例中，第一辐射部2、第二辐射部3、第三辐射部4所用的导电材料可以为铜、铝等一些金属材料或由混合材料制作而成的导电材料。

第一辐射部2、第二辐射部3及第三辐射部4顺序相连且它们的中心轴线重合，使得它们的外壁共同形成一个曲面，从而使得主辐射体5的中心轴线和第一辐射部2、第二辐射部3及第三辐射部4的中心轴线同在一条直线上且特性阻抗与设计频带匹配。主辐射体5的第一辐射部2与底盘1的平面垂直连接，使得主辐射体5的中心轴线与底盘1的中心轴线相互重合。

环形谐振器6设置于底盘1表面之上，用于与主辐射体5共同谐振，产生电磁波信号的谐振频率。环形谐振器底面与底盘表面所在的平面重合，第一辐射部2的外壁穿过环形谐振器与底盘贯孔的外壁紧密连接，且第一辐射部2的圆锥中心轴线穿过环形谐振器6的圆环中心点。

结合本实施方式设计目标的电磁波信号频谱宽度，依照公式（1）和（2）计算环形谐振器6的平均直径：

$\mathrm{\φ}=\frac{n\×\mathrm{\λg}}{2\×\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

$\mathrm{\λg}=\frac{c}{f\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}---\left(2\right)$

其中公式中的n代表正整数，c代表光速度，ε代表有效介电常数，φ代表谐振环的平均直径，λg代表波导波长。

图3为本发明锥形天线一实施方式的尺寸示意图，在本实施方式中，底盘1的直径长度为130毫米，厚度为0.5毫米。

第一辐射部2的圆锥高度为30毫米，圆锥底面直径长度为40毫米，第一辐射部2的圆锥侧面与底盘1上表面所在平面形成50°的夹角。第二辐射部3的圆柱高度为40毫米，圆柱两底面直径长度皆为40毫米，与第一辐射部2的直径长度相等，使得第二辐射部3的外壁与第一辐射部2的外壁形成一个曲面。

第三辐射部4的圆台高度为14毫米，圆台的上底面直径长度为80毫米，圆台的下底面直径长度为40毫米，圆台的下底面直径长度与第二辐射部3的上底面直径长度相等，使得第三辐射部4的外壁与第二辐射部3的外壁形成一个曲面。

环形谐振器6的高度为4毫米，外环直径长度为56毫米，内环直径长度为44毫米。

在本实施方式中，本发明的锥形天线可采用一体成型的制作工艺制作而成，使得主辐射体5的外部为导电材料结构，外部的导电材料厚度约为0.56毫米，内部为空心结构，从而使得其具有较小的体积，适用于携带方便但只有狭小内部空间的通信产品中。此参数与结构仅举例参考，不作限定。

对本发明图1所示的锥形天线进行仿真模拟，得到如图4所示的阻抗特性及回波损耗图。曲线41表示对应频率的回波损耗，曲线42和曲线43代表对应频率阻抗的实部和虚部。从图中可以看到在频率约630MHz到4000MHz的范围内，回波损耗基本符合低于-10dB的设计目标。

方向在三维坐标Z轴偏向X轴40°(θ=40°)时，天线所达到的最大增益如图5、图6所示。图5所描述的是，频率在700MHz到900MHz范围内，天线所达到的最大增益与对应频率的关系图。图6所描述的是，频率在2500MHz到2700MHz范围内，天线所达到的最大增益与对应频率的关系图。从图5和图6中可以看到，在一定范围内，不同频率的增益皆较高且相互频率间的增益差异不大，说明本发明锥形天线的增益性能较好。

图7为本发明锥形天线在频率800MHz时水平面方向的增益示意图。如图7所示，在频率800MHz时，在平面不同方向的增益均能达到1.75dB左右，不同方向的增益较为均匀，全向性较好。

图8为本发明锥形天线在频率800MHz时垂直平面方向的增益示意图。如图8所示，接近垂直平面正负90°时，天线达到最大增益。

图9为本发明锥形天线在频率2600MHz时水平面方向的增益示意图。如图9所示，在频率2600MHz时，在平面不同方向的增益均能达到7.55dB左右，不同方向的增益较为均匀，全向性较好。

图10为本发明锥形天线在频率2600MHz时垂直平面方向的增益示意图。如图10所示，约在垂直平面呈正负30°时，天线的增益较大。

本发明实施方式中设计的锥形天线，增益性能较好且体积较小，同时天线的带宽可达到630MHz-4000MHz，有效地扩展了天线的频宽，从而扩大了天线的应用范围。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种锥形天线，其特征在于，包括：

底盘，所述底盘中心设置贯孔，用于馈入电磁波信号；

主辐射体，包括呈圆锥形的第一辐射部、呈圆柱形的第二辐射部及呈圆台形的第三辐射部，用于收发所述电磁波信号；及

环形谐振器，设置于所述底盘表面上，所述第一辐射部的外壁穿过所述环形谐振器与所述底盘贯孔的外壁紧密连接，所述环形谐振器与所述主辐射体共同谐振，产生所述电磁波信号的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的锥形天线，其特征在于，所述第一辐射部、所述第二辐射部及所述第三辐射部顺序相连且中心轴线重合，使得所述主辐射体的中心轴线与所述第一辐射部、所述第二辐射部及所述第三辐射部的所述中心轴线同在一条直线上。

3.根据权利要求2所述的锥形天线，其特征在于，所述主辐射体的所述中心轴线与所述底盘的中心轴线相互重合。

4.根据权利要求2所述的锥形天线，其特征在于，所述第一辐射部的所述中心轴线穿过所述环形谐振器的圆环中心点。

5.根据权利要求1所述的锥形天线，其特征在于，所述第一辐射部的圆锥底面、所述第二辐射部的圆柱底面及所述第三辐射部圆台两底面中较小者的底面直径长度皆相等。

6.根据权利要求1所述的锥形天线，其特征在于，所述第一辐射部、所述第二辐射部及所述第三辐射部的外壁共同形成一个曲面，使所述主辐射体的特性阻抗与设计频带匹配。

7.根据权利要求1所述的锥形天线，其特征在于，所述环形谐振器的底面与所述底盘的表面所在平面重合。

8.根据权利要求1所述的锥形天线，其特征在于，所述第一辐射部的顶点部分设置通孔，且所述通孔的外壁直径与所述底盘贯孔的外壁直径相等。

9.根据权利要求1-8任一项所述的锥形天线，其特征在于，所述主辐射体、所述底盘及所述环形谐振器为一体成型，且所述主辐射体的外部为导电材料结构，内部为空心结构。