CN112688062A - 数传电台天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数传电台天线，所述数传电台天线包括：接地金属板；顶部金属板间隔设置于接地金属板的上方；加载螺旋模组连接于接地金属板与顶部金属板之间；馈电线内导体设置于接地金属板上；以及金属盘设置于馈电线内导体上，金属盘布置于接地金属板与顶部金属板之间。加载螺旋模组可实现对射频信号的全向辐射，提高数传电台天线的辐射能力；而金属盘与接地金属板、顶部金属板三者能够配合构成电容性场耦合结构，实现对射频信号的高增益、高效率辐射。并且接地金属板、顶部金属板、加载螺旋模组、馈电线内导体和金属盘在厚度方向上高度集成，天线的剖面高度仅为9.1mm，横向尺寸仅为60mm，实现了高度小型化和低剖面化设计，适用范围广。

Description

数传电台天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种数传电台天线。

背景技术

当前，在不断发展的移动通信网络中，终端产品的小型化和高度集成化设计对全向辐射小型化天线的需求越来越多，通信系统中的天线系统的小型化、集成化已成为重中之重，然而在保证小型化的同时，必须要同时保证天线系统具备良好的工作性能，即高效率、高增益等。单极子天线、径向波导天线作为电台天线的常用种类，由于具备结构简单、能辐射交叉极化较小的线极化波等优点，而被广泛应用于地面通信系统中。

以单极子天线为例，传统的单极子天线的尺寸需要接近其工作频点对应空气波长的四分之一，并且大多数的单极子天线还增加有阻抗匹配网络，造成单极子天线的尺寸偏大，存在应用局限性大的不足。而为了实现小型化设计，则需要以降低天线增益、降低天线辐射效率作为代价，存在小型化与高辐射效率无法兼顾的困境。

发明内容

基于此，有必要提供一种数传电台天线，旨在解决现有技术尺寸小型化设计与高辐射效率及高辐射增益无法兼顾的问题。

本申请提供一种数传电台天线，所述数传电台天线包括：

接地金属板；

顶部金属板，所述顶部金属板间隔设置于所述接地金属板的上方；

加载螺旋模组，所述加载螺旋模组连接于所述接地金属板与所述顶部金属板之间；

馈电线内导体，所述馈电线内导体设置于所述接地金属板上；以及

金属盘，所述金属盘设置于所述馈电线内导体上，且所述金属盘布置于所述接地金属板与所述顶部金属板之间；

所述数传电台天线还包括第一金属柱，所述第一金属柱与所述馈电线内导体连接并设置于所述接地金属板与所述金属盘之间。

在上述方案的数传电台天线中，工作时天线的射频信号从馈电线内导体先传输到金属盘上，然后在通过由顶部金属板、加载螺旋模组和接地金属板构成的天线主体谐振辐射单元将电磁波信号（即射频信号）辐射出去。在此过程中，装载的加载螺旋模组可实现对射频信号在水平方向上的全向辐射，提高数传电台天线的辐射能力；而金属盘与接地金属板、顶部金属板三者能够配合构成电容性场耦合结构，实现对射频信号的高增益、高效率辐射。并且接地金属板、顶部金属板、加载螺旋模组、馈电线内导体和金属盘在厚度方向上高度集成，天线的剖面高度仅为9.1mm，横向尺寸仅为60mm，相较于现有的460MHz全向辐射天线，其真空波长为652mm，半波长近326mm的天线而言，整体尺寸得以大幅缩减，实现了高度小型化和低剖面化设计，适用范围广。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述加载螺旋模组包括至少两个加载螺旋单元，至少两个所述加载螺旋单元间隔围绕设置于所述金属盘和所述馈电线内导体的外周。

在其中一个实施例中，所述加载螺旋单元设置为四个，四个所述加载螺旋单元呈圆环形或者矩形布置且间隔围绕设置于所述金属盘和所述馈电线内导体的外周。

在其中一个实施例中，四个所述加载螺旋单元的中心轴线与所述接地金属板的中心轴线的距离相等。

在其中一个实施例中，在圆周方向上，任意相邻两个所述加载螺旋单元之间的夹角度数为90°。

在其中一个实施例中，所述数传电台天线还包括第二金属柱，所述第二金属柱设置于所述顶部金属板面向所述金属盘的侧面上。

在其中一个实施例中，所述第一金属柱开设有容置通孔，所述馈电线内导体贯穿插置于所述容置通孔内。

在其中一个实施例中，所述接地金属板开设有与所述容置通孔相对设置的装配孔，所述馈电线内导体穿出所述容置通孔的部分插接固定于所述装配孔内。

在其中一个实施例中，所述接地金属板、所述顶部金属板、所述第一金属柱、所述第二金属柱、所述金属盘和所述馈电线内导体均以所述数传电台天线的中心轴线呈对称分布。

在其中一个实施例中，所述接地金属板上的装配孔的孔壁与所述馈电线内导体的外壁之间还安装有空心绝缘柱体。

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。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

图1为本发明一实施例所述的数传电台天线的装配结构示意图；

图2为本发明中数传电台天线的爆炸结构示意图；

图3为图1中省去顶部金属板后的另一视角的结构示意图。

附图标记说明：

100、数传电台天线；10、接地金属板；20、顶部金属板；30、加载螺旋模组；31、加载螺旋单元；40、馈电线内导体；50、金属盘；60、第一金属柱；70、第二金属柱；80、空心绝缘柱体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，为本申请一实施例展示的一种数传电台天线100，其具体为一种实现460MHz±10MHz小型化电台天线。在实现天线的小型化的过程中，所用到的特定小型化结构对天线的电场和磁场均会起到一定的束缚作用，降低了天线的辐射效率，使电磁场不能够完全用于辐射而是在天线内部谐振，本发明申请旨在解决这个矛盾，提出一种采用末端螺旋线加载以及输入端口电容加载实现小型化，在电磁仿真软件中可以看到该结构对电磁场的束缚能力不强即进行有效的电磁场辐射，有利于提高天线增益等性能。

请继续参阅图1和图2，图1示出了一实施例中数传电台天线的装配结构示意图；图2示出了一实施例中数传电台天线的爆炸结构示意图。具体地，本实施例中所述数传电台天线100包括：接地金属板10、顶部金属板20、加载螺旋模组30、馈电线内导体40以及金属盘50。

所述顶部金属板20与所述接地金属板10间隔相对设置，例如本实施例中所述顶部金属板20间隔设置于所述接地金属板10的上方，且顶部金属板20与接地金属板10呈相互平行布置。所述加载螺旋模组30连接于所述接地金属板10与所述顶部金属板20之间；所述馈电线内导体40设置于所述接地金属板10上；所述金属盘50设置于所述馈电线内导体40上，且所述金属盘50布置于所述接地金属板10与所述顶部金属板20之间。

从外形上看，整个数传电台天线100呈现为上下封闭、而水平周向敞口设置的半封闭扁块状结构。数传电台天线100的剖面高度仅为9.1mm，横向尺寸仅为60mm。因而整体尺寸非常小巧。

综上，实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：在上述方案的数传电台天线100中，工作时天线的射频信号从馈电线内导体40先传输到金属盘50上，然后在通过由顶部金属板20、加载螺旋模组30和接地金属板10构成的天线主体谐振辐射单元将电磁波信号辐射出去。在此过程中，装载的加载螺旋模组30可实现对射频信号的水平方向全向辐射，工作方式为垂直极化，提高数传电台天线100的辐射能力；而金属盘50与接地金属板10、顶部金属板20三者能够配合构成电容性场耦合结构，实现对射频信号的高增益、高效率辐射。例如本实施例中天线的最大增益为2.5dBi。并且接地金属板10、顶部金属板20、加载螺旋模组30、馈电线内导体40和金属盘50在厚度方向上高度集成，天线的剖面高度仅为9.1mm，横向尺寸仅为60mm，相较于现有的460MHz全向辐射天线，其真空波长为652mm，半波长近326mm的天线而言，整体尺寸得以大幅缩减，实现了高度小型化和低剖面化设计，适用范围广。此外随着加载螺旋模组30的电感量不断增加，数传电台天线100的谐振频率会不断降低，即实现数传电台天线100的小型化功能。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：在一些实施例中，所述加载螺旋模组30包括至少两个加载螺旋单元31，至少两个所述加载螺旋单元31间隔围绕设置于所述金属盘50和所述馈电线内导体40的外周。

具体而言，如图1所示，加载螺旋单元31设置为金属螺旋弹簧。该金属螺旋弹簧的匝数为5，整体高度为6.1mm，高度小，体积轻小，利于实现数传电台天线100的小型化和低剖面化设计。当然，在其它实施例中金属螺旋弹簧的匝数和整体高度也可以是其它数值。

借助螺旋弹簧的螺旋型结构特点，可实现对射频信号的螺旋加载，可降低对电磁场的束缚作用，从而有效增强电磁场辐射，提高数传电台天线100的辐射增益等性能。进一步地，将至少两个加载螺旋单元31间隔围绕安装在金属盘50和馈电线内导体40的外周，各加载螺旋单元31能够与顶部金属板20和接地金属板10配合构成主体谐振辐射单元，并将射频信号在水平方向上以至少两个方向辐射出去，提升数传电台天线100的辐射能力。

上述实施例中，至少两个加载螺旋单元31的中心轴线平行设置，且分别垂直于顶部金属板20与接地金属板10设置。

请继续参阅图1和图3，在又一些实施例中，较佳地所述加载螺旋单元31设置为四个，四个所述加载螺旋单元31呈圆环形或者矩形布置且间隔围绕设置于所述金属盘50和所述馈电线内导体40的外周。通过设置多个（即四个）加载螺旋单元31，并使四个加载螺旋单元31在圆周方向上环向间隔设置，能够进一步加强电感量，使数传电台天线100的谐振频率进一步降低，在实现小型化功能的同时强化射频信号的辐射效率，实现水平方向上的全向辐射。

当然了，有必要说明的是，在其它的实施例中，加载螺旋单元31也可以设置为三个、五个或者更多个，具体可根据实际需要选择，在此不进行赘述。

可选地，加载螺旋单元31的上下两端可以是与接地金属板10、顶部金属板20一体连接的，或者是可拆卸装配连接的，具体可根据实际需要选择。例如在本实施例中，较佳地加载螺旋单元31与接地金属板10以及顶部金属板20之间通过焊接连接一体的。如此可保证连接可靠性，提升数传电台天线100的整体结构稳定性。或者，顶部金属板20和接地金属板10上分别开设有插孔，加载螺旋单元31的端部紧固插接在插孔内，也能够保证稳固安装，且该插接安装方式的结构简单，装拆操作方便、快捷且省力。

在又一些实施例中，四个所述加载螺旋单元31的中心轴线与所述接地金属板10的中心轴线的距离相等。将四个加载螺旋单元31的中心轴线于接地金属板10的中心轴线的距离设置为相等的，能够保证在水平方向全向进行辐射工作时，各个方向辐射出的射频信号强度保持一致，进而保证数传电台天线100的工作性能与可靠性。

请继续参阅图3，进一步地，四个加载螺旋单元31的尺寸保持一致，且沿圆周方向布置在同一水平面内。并且在圆周方向上任意相邻两个所述加载螺旋单元31之间的夹角度数为90°。也即可以理解为四个加载螺旋单元31呈正方形布置，四个加载螺旋单元31处于正方形的四个顶角或者四条边的中部位置，这样能够使数传电台天线100的结构更加规整，保证从各个方向辐射出的射频信号强度一致。

当然了，有必要说明的是，在其它的实施例中，四个加载螺旋单元31中任意相邻的两个加载螺旋单元31的夹角也可以是非90°，例如80度；且各相邻两个加载螺旋单元31之间的夹角可以是完全不同，或者不完全相同的，例如四个加载螺旋单元31共配合形成四个夹角，四个夹角的度数分别为120°、60°、75°和105°，或者为110°、80°、110°和80°；具体可根据实际需要选择。

请继续参阅图1至图3，此外，在上述任一实施例的基础上，所述数传电台天线100还包括第一金属柱60，所述第一金属柱60与所述馈电线内导体40连接并设置于所述接地金属板10与所述金属盘50之间。

具体而言，第一金属柱60为薄饼状柱体，其底部与接地金属板10的上表面相连。连接方式可以是可拆卸连接的，例如粘接、卡扣连接、螺接等；当然也可以是一体连接的，例如焊接、铆接，一体浇铸成型等。将第一金属柱60加装在接地金属板10上，可增加接地金属板10与金属盘50之间的电容存储量，进而增强电容量，将数传电台天线100的谐振频率进一步降低，有效增加辐射效率和辐射增益。

请继续参阅图1至图3，在又一些实施例中，所述数传电台天线100还包括第二金属柱70，所述第二金属柱70设置于所述顶部金属板20面向所述金属盘50的侧面上。具体而言，第二金属柱70为薄饼状柱体，其底部与顶部金属板20的下表面相连。连接方式可以是可拆卸连接的，例如粘接、卡扣连接、螺接等；当然也可以是一体连接的，例如焊接、铆接，一体浇铸成型等。将第二金属柱70加装在顶部金属板20上，可增加顶部金属板20与金属盘50之间的电容存储量，进而增强电容量，将数传电台天线100的谐振频率进一步降低，有效增加辐射效率和辐射增益。

进一步地，在上述实施例中所述第一金属柱60开设有容置通孔，所述馈电线内导体40贯穿插置于所述容置通孔内。将馈电线内导体40插装于容置通孔，馈电线内导体40受到容置通孔孔壁的约束，可保证安装稳固可靠，不易发生脱落。

进一步地，所述接地金属板10开设有与所述容置通孔相对设置的装配孔，所述馈电线内导体40穿出所述容置通孔的部分插接固定于所述装配孔内。穿出容置通孔的馈电线内导体40的部分进一步受到装配孔的孔壁摩擦约束作用，馈电线内导体40难以松动脱落，确保安装更加稳固可靠。

容易理解的，较佳地容置通孔的孔径和装配孔的孔径均与圆柱体形状的馈电线内导体40的外径适配，如此两个孔的孔壁与馈电线内导体40的外壁面接触更加紧密，孔壁对馈电线内导体40的防脱效果更佳。

更进一步地，接地金属板10上的装配孔的孔壁与馈电线内导体40的外壁之间还安装有空心绝缘柱体80。其中，空心绝缘柱体80的内空腔室作为馈电线内导体40的填充区和容置区，这样，接地金属板10的装配孔+空心绝缘柱体80+馈电线内导体40能够共同组成类似同轴线（50Ω）。也可以理解成馈电线有两部分组成：即馈电线内导体40（信号传输线）和空心绝缘柱体80（使馈电线内导体40与接地金属板10的装配孔的金属孔壁绝缘及固定）。

在上述任一实施例的基础上，所述接地金属板10、所述顶部金属板20、所述第一金属柱60、所述第二金属柱70、所述金属盘50和所述馈电线内导体40均以所述数传电台天线100的中心轴线呈对称分布。如此可以使数传电台天线100获得更优良的射频信号辐射效率和辐射增益。

本申请中，接地金属板10、顶部金属板20、第一金属柱60、第二金属柱70、金属盘50、馈电线内导体40均采用金属铜材料制成。其中接地金属板10和顶部金属板20均为圆形板体，半径为30mm，厚度为0.5mm。

第一金属柱60为圆形柱体，其半径为10.2mm，厚度为4mm。

第二金属柱70为圆形柱体，其半径为10.2mm，厚度为1.1mm。

馈电线内导体40的圆柱体，其高度为3.5mm，直径为1mm。

金属盘50为圆形盘体，其半径为6mm，厚度为0.3mm。

容置通孔和装配孔的直径均设置为2.3mm。

在以上各部件的尺寸和结构设计下，完成组装后的数传电台天线100的剖面高度仅为9.1mm，横向长度尺寸为60mm，小型化程度和低剖面程度极高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

Claims (10)

1.一种数传电台天线，其特征在于，所述数传电台天线包括：

接地金属板；

顶部金属板，所述顶部金属板与所述接地金属板间隔相对设置；

加载螺旋模组，所述加载螺旋模组连接于所述接地金属板与所述顶部金属板之间；

馈电线内导体，所述馈电线内导体设置于所述接地金属板上；以及

金属盘，所述金属盘设置于所述馈电线内导体上，且所述金属盘布置于所述接地金属板与所述顶部金属板之间；

所述数传电台天线还包括第一金属柱，所述第一金属柱与所述馈电线内导体连接并设置于所述接地金属板与所述金属盘之间。

2.根据权利要求1所述的数传电台天线，其特征在于，所述加载螺旋模组包括至少两个加载螺旋单元，至少两个所述加载螺旋单元间隔围绕设置于所述金属盘和所述馈电线内导体的外周。

3.根据权利要求2所述的数传电台天线，其特征在于，所述加载螺旋单元设置为四个，四个所述加载螺旋单元呈圆环形或者矩形布置且间隔围绕设置于所述金属盘和所述馈电线内导体的外周。

4.根据权利要求3所述的数传电台天线，其特征在于，四个所述加载螺旋单元的中心轴线与所述接地金属板的中心轴线的距离相等。

5.根据权利要求3所述的数传电台天线，其特征在于，在圆周方向上，任意相邻两个所述加载螺旋单元之间的夹角度数为90°。

6.根据权利要求1至5任一项所述的数传电台天线，其特征在于，所述数传电台天线还包括第二金属柱，所述第二金属柱设置于所述顶部金属板面向所述金属盘的侧面上。

7.根据权利要求6所述的数传电台天线，其特征在于，所述第一金属柱开设有容置通孔，所述馈电线内导体贯穿插置于所述容置通孔内。

8.根据权利要求7所述的数传电台天线，其特征在于，所述接地金属板开设有与所述容置通孔相对设置的装配孔，所述馈电线内导体穿出所述容置通孔的部分插接固定于所述装配孔内。

9.根据权利要求8所述的数传电台天线，其特征在于，所述接地金属板、所述顶部金属板、所述第一金属柱、所述第二金属柱、所述金属盘和所述馈电线内导体均以所述数传电台天线的中心轴线呈对称分布。

10.根据权利要求9所述的数传电台天线，其特征在于，所述接地金属板上的装配孔的孔壁与所述馈电线内导体的外壁之间还安装有空心绝缘柱体。

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