CN105186130B - 一种基于e型贴片的数字电视发射天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于E型贴片的数字电视发射天线，包括地层板、E型贴片、矩形寄生贴片、输入连接器和固定螺丝，其中矩形寄生贴片、E型贴片和地层板由上而下依次平行设置组成层叠天线的主体结构，E型贴片上设有两条对称的矩形缝隙，且中间翼的长度小于两条侧边的长度；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与E型贴片连接馈电，上层矩形寄生贴片由E型贴片耦合馈电。本发明通过采用多谐振器技术提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射系统的使用要求；本发明具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点，适用于分米波波段的地面电视发射天线系统。

Description

一种基于E型贴片的数字电视发射天线

技术领域

本发明涉及数字电视发射天线技术领域，尤其涉及一种应用于分米波波段的地面电视发射系统的E型贴片垂直极化天线。

背景技术

天线与其馈电设备是将发射机的功率变换为电磁波，向远处传播的重要装置，是收、发设备与空间无线电波连接的重要环节。采用高质量的天线建立一个理想的小型电视差转台，除了需要高质量的电视差转机外，性能良好的发射与接收天线也至关重要，它可以有效地利用发射机的功率并降低对接收机的要求。随着全球电视数字化和移动化步伐的不断加快，我国数字电视在近几年发展迅速，许多大中型城市已经开通了数字电视业务。在这场广播、电视数字化和移动化的革命中，研究开发适应高性能移动数字电视的发射与接收天线是提高地面数字电视覆盖率的重要环节。

随着地面数字电视的不断发展，宽频带、大功率、高增益、低成本的发射天线更适用于地面数字电视发射系统。目前，用于我国地面数字电视系统的发射天线有缝隙天线、蝙蝠翼天线等，但这些天线的加工和调试都比较复杂，成本较高，应用受到了限制。因贴片天线具有体积小、重量轻、低剖面、低成本和易共形等优点，已得到广泛应用。然而，贴片天线最主要的缺点是带宽窄和承受功率小，典型的贴片天线驻波比小于1.1的带宽只有百分之零点几量级，而且馈电网络大多由微带功分器组成，因此承受功率小。基于以上原因，贴片天线未能在广播电视发射系统中得到应用。所以必须提高贴片天线的阻抗带宽和承受功率，才能满足地面数字电视广播发射系统的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于E型贴片的数字电视发射天线，通过采用多谐振器技术提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射系统的使用要求；本发明具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点，适用于分米波波段的地面电视发射天线系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于E型贴片的数字电视发射天线，包括地层板、E型贴片、矩形寄生贴片、输入连接器和固定螺丝，其中矩形寄生贴片、E型贴片和地层板由上而下依次平行设置组成层叠天线的主体结构，矩形寄生贴片为矩形金属贴片，E型贴片上设有两条对称的矩形缝隙，且中间翼的长度小于两条侧边的长度；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与E型贴片连接馈电，上层矩形寄生贴片由E型贴片耦合馈电；地层板、E型贴片、矩形寄生贴片之间通过固定螺丝固定连接，固定螺丝的材料为特氟龙。

所述层叠天线的整体高度为十分之一波长，填充介质为空气。

所述输入连接器的内导体中上部设有金属垫圈。

所述输入连接器采用L27型连接器。

所述地层板沿E型贴片辐射元各边向外延伸0.2倍介质波长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用多谐振器技术提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射系统的使用要求；

2)具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点，适用于分米波波段的地面电视发射天线系统；

3)通过改变上层矩形寄生贴片的长度和宽度，可以调节天线的谐振频率和阻抗匹配；

4)天线工作时，E型贴片作为微带天线的辐射贴片对上层矩形寄生贴片进行激励，此时，矩形寄生贴片作为E型贴片的一个电感性耦合元件，通过适当调节各尺寸可以实现宽频带或多频工作；

5)通过在内导体上设置金属垫圈，可以抵消由于内导体长度增加而引入的电感，进一步扩大带宽，提高增益；适当改变金属垫圈的位置和尺寸还可以明显改善天线的输入阻抗带宽；

6)E型贴片通过同轴探针方式馈电，馈电方式只影响该层贴片的电磁特性，这种技术同时具备叠层技术和多谐振器的优点，不仅有效增加天线的阻抗带宽和增益，且辐射特性不会发生明显变化。

附图说明

图1是本发明的俯视结构图；

图2是本发明的侧视结构图；

图3是本发明实施例的电压驻波比图；

图4是本发明实施例的辐射特性图。

图中：1.地层板 2.E型贴片 21.缝隙一 22.缝隙二 23.中间翼 3.矩形寄生贴片4.金属垫圈 5.输入连接器内导体 6.输入连接器外导体 7.固定螺丝

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1-图2，是本发明的结构示意图。本发明一种基于E型贴片的数字电视发射天线，包括地层板1、E型贴片2、矩形寄生贴片3、输入连接器和固定螺丝7，其中矩形寄生贴片3、E型贴片2和地层板1由上而下依次平行设置组成层叠天线的主体结构，矩形寄生贴片3为矩形金属贴片，E型贴片2上设有两条对称的矩形缝隙21、22，且中间翼23的长度小于两条侧边的长度；输入连接器的外导体6固定在地层板1，内导体5穿透地层板1与E型贴片2连接馈电，上层矩形寄生贴片3由E型贴片2耦合馈电；地层板1、E型贴片2、矩形寄生贴片3之间通过固定螺丝7固定连接，固定螺丝7的材料为特氟龙。

所述层叠天线的整体高度为十分之一波长，填充介质为空气。

所述输入连接器的内导体中上部设有金属垫圈。

所述输入连接器采用L27型连接器。

所述地层板1沿E型贴片2辐射元各边向外延伸0.2倍介质波长。

本发明一种基于E型贴片的数字电视发射天线的工作原理为：E型贴片2的中间部分，电流与普通矩形贴片一致，等效为简单的LC谐振回路，而在E型贴片2的边缘部分，电流绕着缝隙21、22流过，电流路径长度增加，这等效为一个附加的串联电感，从而使谐振频率降低。因此，天线由原来的单一LC谐振回路转变为一个双频谐振电路。本发明采用叠层贴片辐射单元结构，使天线在原有的两个谐振频率基础上再产生新的谐振频率；通过调整天线各部尺寸，使得谐振频率适当靠近，便可提高天线的整体工作带宽。

输入连接器的内导体5在E型贴片2的中间翼23部分移动，可调节工作频率和阻抗匹配。当介质厚度超过0.03倍波长时，馈电探针将引入大电感，实验结果表明，E型贴片两个缝隙21、22呈现的容抗可以抵消部分该感抗，不仅扩大带宽还调节了阻抗匹配。为了改善输入阻抗的频带特性，提高叠层贴片天线工作频带内输入阻抗的平整度，在输入连接器的内导体5上焊接一个金属垫圈4，补偿由于内导体5长度的增加而引入的电感，扩大了天线的带宽，提高了天线的增益。

由于采用叠层结构，并引入E型贴片2，反射系数曲线呈现双频特性，通过调整E型贴片两个缝隙21、22的位置及尺寸，可以控制天线的谐振频率和阻抗带宽。馈电方式采用L27型连接器，可实现大功率输入。

当填充介质为空气时，介质波长等于空气波长，适当增加介质厚度可以增大天线的带宽，但当微带天线的介质基板厚度超过十分之一介质波长时，开始产生表面波，使天线辐射效率降低。因此，在保证天线辐射效率的前提下为了最大限度扩大阻抗带宽，选择介质基板的厚度为十分之一介质波长。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，地层板1的尺寸由E型贴片2决定，由于辐射的口径场集中在辐射边附近很小的区域内，地层板1过多向外延伸对场分布没有明显影响，在较低频段工作时，从减小天线重量及安装面积和降低成本着眼，地层板1尺寸应尽可能小，实验表明沿辐射元各边向外延伸0.2倍的介质波长便可。

E型贴片2由普通的矩形贴片切出两个对称的矩形缝隙21、22，并将中间翼23截短后得到。改变两个缝隙21、22的位置、尺寸及中间翼23的长度可以调节天线的谐振频率和阻抗带宽。

输入连接器采用大功率型L27型连接器，输入连接器内导体5与E型贴片2相连接，矩形寄生贴片3由E型贴片2耦合激励。为了扩大带宽，各层之间的填充介质均为空气，且天线整体的高度为十分之一波长，在保证较高的工作效率下最大限度扩大阻抗带宽。

为了改善输入阻抗的频带特性，提高叠层贴片天线工作频带内输入阻抗的平整度，在输入连接器的内导体5上焊接一个金属垫圈4，补偿由于内导体长度的增加而引入的电感，进一步扩大了天线的带宽，提高了天线的增益。

为了固定各层贴片，地层板、E型贴片和矩形寄生贴片之间由材料为特氟龙的固定螺丝固定。

本实施例中所提供的天线的技术指标如下：

频率范围：470～870MHz

工作带宽：≥70MHz

极化方式：垂直极化

VSWR：≤1.1∶1

输入功率：≤1.0Kw

天线增益：≥9.0dBi

前后比：≥15.0dB

半功率波束宽度：水平面66°，垂直面61°

输入连接器：L27型连接器。

如图3所示，是本实施例的电压驻波比实测图；其中VSWR表示电压驻波比；Freq表示频率。在工作频带562～636MHz内，本实施例输入端口的驻波比均小于1.1，说明输入端口匹配特性良好。通过轻微的调节金属垫圈4的位置和尺寸，可以明显的改善驻波比特性。

如图4所示，是本实施例的辐射特性图；其中竖轴方向表示增益，其单位为db，EPlane表示E面方向图，H Plane表示H面方向图。本实施例在水平方向的半功率辐射角度为66°，在垂直方向的半功率辐射角度为61°，最大增益为9.15dBi，前后比达到了16dB。

本发明一种基于E型贴片的数字电视发射天线，由于采用了叠层多谐振器技术、E型贴片3、具有匹配调节作用的金属垫圈4，因此具备工作频带宽、增益高、电压驻波比小、承受功率大、成本低、加工简单、调试方便等特点，非常适合于分米波波段的地面电视发射系统的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于E型贴片的数字电视发射天线，其特征在于，包括地层板、E型贴片、矩形寄生贴片、输入连接器和固定螺丝，其中矩形寄生贴片、E型贴片和地层板由上而下依次平行设置组成层叠天线的主体结构，矩形寄生贴片为矩形金属贴片，E型贴片上设有两条对称的矩形缝隙，且中间翼的长度小于两条侧边的长度；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与E型贴片连接馈电，上层矩形寄生贴片由E型贴片耦合馈电；地层板、E型贴片、矩形寄生贴片之间通过固定螺丝固定连接，固定螺丝的材料为特氟龙；

天线为双频谐振电路；E型贴片的中间部分等效为简单的LC谐振回路，E型贴片的边缘部分，电流绕着缝隙流过，电流路径长度增加，等效为一个附加的串联电感，从而使谐振频率降低；

天线的技术指标如下：

频率范围：470～870MHz

工作带宽：≥70MHz

极化方式：垂直极化

VSWR：≤1.1∶1

输入功率：≤1.0Kw

天线增益：≥9.0dBi

前后比：≥15.0dB

半功率波束宽度：水平面66°，垂直面61°；

所述层叠天线的整体高度为十分之一波长，填充介质为空气；输入连接器的内导体中上部设有金属垫圈，通过在内导体上设置金属垫圈，抵消由于内导体长度增加而引入的电感；

输入连接器的内导体在E型贴片的中间翼部分移动，调节工作频率和阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的一种基于E型贴片的数字电视发射天线，其特征在于，所述输入连接器采用L27型连接器。

3.根据权利要求1所述的一种基于E型贴片的数字电视发射天线，其特征在于，所述地层板沿E型贴片辐射元各边向外延伸0.2倍介质波长。