CN1332477C - 一种宽带全向锥形套筒单极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种宽带全向锥形套筒单极子天线，它是在传统的套筒单极子天线的基础上通过保持上辐射体1不变，将直立套筒2改成有一定锥角的锥形套筒7，以实现上辐射体1的输入阻抗同天线的同轴馈线的特性阻抗之间的平滑过渡，起到阻抗变换的作用，从而展宽了天线的相对工作带宽。本发明提供的一种宽带全向锥形套筒单极子天线具有较宽的相对工作带宽，同时保持了传统的套筒单极子天线固有的结构简单紧凑、易于加工安装等优点。

Description

一种宽带全向锥形套筒单极子天线
技术领域
本发明属于电子技术领域，它特别涉及天线技术。
背景技术
目前，套筒单极子天线在移动通信等领域有着广泛的应用。图1给出了一种传统的套筒单极子天线，该天线置于金属底板3之上，用同轴线馈电，其中同轴线的内导体伸出作为辐射体1，同轴线外导体伸出一部分作为直立套筒2。整个天线结构简单紧凑，其带宽特性优于普通单极子天线，但通常其相对工作带宽小于30％，而且需要匹配网络才能同标准的天线同轴馈线相匹配。
在本专利文件中，我们定义相对工作带宽为：回波损耗小于-10dB条件下频率上限与频率下限之差同中心频率的百分比。
为进一步提高带宽，文献[ZhiNing Chen，Kazuhiro Hirasawa，Ke Wu，A novelsleeve monopole with broad bandwidth，Antennas and Propagation Society，(1999)，Vol.2，1244-1247]给出了一种改进型套筒天线，其结构(剖视图)如图2所示，它由上辐射体1、直立套筒2、上直立套筒4、金属底板3和上金属底板5组成。该天线的相对工作带宽达到了36％，但是结构较复杂，不易安装。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽带全向锥形套筒单极子天线，它具有较宽的相对工作带宽，同时保持了传统的套筒单极子天线固有的结构简单紧凑、易于加工安装等优点。
本发明提供的一种宽带全向锥形套筒单极子天线，包括上辐射体1、同轴接头6及金属底板3，其特征是它还包括锥形套筒7和绝缘底座8，锥形套筒7固定在绝缘底座8上，锥形套筒7的高度可以为上辐射体1的一半，锥形套筒7的锥度θ的取值范围为：30°≤θ＜90°，锥形套筒7与金属底板3之间通过绝缘底座8连接，绝缘底座8固定在金属底板3上，可以通过介质螺钉9来固定。
需要说明的是，上辐射体1、锥形套筒7和金属底板3可以采用如铜、铝、银等导电性能良好的金属材料，而绝缘底座8和介质螺钉9可以采用如聚四氟乙烯、玻璃纤维等绝缘性好的介质材料；同轴接头6由内导体10和外导体11组成，内导体10与上辐射体1的底部相连。
发明的工作原理
本发明是在传统的套筒单极子天线(如图1所示)的基础上改进得到的。它是通过保持上辐射体1不变，将直立圆柱形套筒2改成有一定锥角的锥形套筒7，以实现上辐射体1的输入阻抗同天线的同轴馈线的特性阻抗之间的平滑过渡，起到阻抗变换的作用，同时由电磁理论和天线原理可知，锥形套筒7外表面电流同上辐射器1的电流同方向，故也起了辐射作用。通常锥形套筒7的长度取为上辐射体1总长度的一半左右，根据上辐射体1半径和与天线连接的同轴馈线的特性阻抗可以粗略计算得到锥形套筒7下部半径的值，锥形套筒7的上半径的取值范围通常为0.01λ～下半径值之间。由于锥形套筒7同金属底板3之间用绝缘材料8隔离，这样就减小了天线的辐射损耗，从而提高了辐射效率。这里金属底板3用来近似理想的大地，其尺寸大小将影响宽带全向套筒天线的E面辐射方向图，金属底板3的尺寸越小对宽带全向套筒天线的影响就越大，故应根据天线的安装平台确定金属底板3的大小，使金属底板3的面积尽可能大。上辐射体1靠近同轴接头内导体10处有一锥角，目的是改善上辐射体同天线输入端的匹配，以减小反射损耗。通常该锥角取值范围为60°～120°。
本发明的有益效果是：
本发明的宽带全向锥形套筒单极子天线的相对工作带宽可以达到100％以上，大幅度地提高了套筒天线的工作带宽，而且不需要匹配网络就可以实现天线与标准同轴馈线之间的良好匹配；同时保持了传统套筒单极子天线所具有的结构简单紧凑的优点。
附图说明
图1为传统的套筒单极子天线的结构示意图
其中，1是辐射体，2是直立套筒，3是金属底板；
图2是改进型套筒单极子天线结构示意图
其中，1是上辐射体，2是直立套筒，3是金属底板，4是上直立套筒，5是上金属底板，6是同轴接头；
图3是本发明的宽带全向锥形套筒单极子天线的立体结构示意图。
其中，1是上辐射体，3是金属底板，7是锥形套筒，8是绝缘底座；
图4是本发明的宽带全向锥形套筒单极子天线的剖视图
其中，1是上辐射体，3是金属底板，6是同轴接头，7是锥形套筒，8是绝缘底座，9是介质螺钉，10是同轴接头6的内导体，11是同轴接头6的外导体，θ是锥形套筒7的锥度，是上辐射体1底端锥角；
图5是实施例的回波损耗测试图
图6是实施例的H面辐射方向图
具体实施方式
本发明的一个实施例是上辐射体1半径为0.5cm，总长为5cm，锥形套筒7的高度为2.5cm，厚度为0.1cm，上下半径分别为0.7cm和1.25cm，金属底板3的半径为20cm，厚度为0.2cm，θ＝77.6°，＝90°，其中，上辐射体1和锥形套筒7采用的材料是金属铜，底板3的材料为金属铝，绝缘底座8采用的是介电常数为2.3的聚四氟乙烯材料。图4给出了实施例的回波损耗的测试结果，从图中可以看出该实施例的工作频带在回波损耗小于-10dB时为1175～3720Mhz，即相对工作带宽为101.3％，远大于传统的套筒单极子天线的相对工作带宽。图五给出了该实施例的H面辐射方向图，从图中可以发现该实施例具有十分良好的全向辐射特性，其方向图的不圆度不小于-3dB。
综上所述，本发明提供的宽带全向锥形套筒单极子天线具有相对工作带宽宽、全向的辐射特性及结构简单紧凑等特点，它可以广泛的应用于移动通信、超短波通信等领域。

Claims (4)

1、一种宽带全向锥形套筒单极子天线，包括上辐射体(1)、同轴接头(6)及金属底板(3)，其特征是它还包括锥形套筒(7)和绝缘底座(8)，锥形套筒(7)固定在绝缘底座(8)上，锥形套筒(7)的高度为上辐射体(1)的一半，锥形套筒(7)的锥度θ的取值范围为：30°≤θ＜90°，锥形套筒(7)与金属底板(3)之间通过绝缘底座(8)连接，绝缘底座(8)固定在金属底板(3)上，通过介质螺钉(9)来固定。
2、根据权利要求1所述的一种宽带全向锥形套筒单极子天线，其特征是所述的上辐射体(1)、锥形套筒(7)和金属底板(3)采用铜、铝、银金属材料。
3、根据权利要求1所述的一种宽带全向锥形套筒单极子天线，其特征是所述的绝缘底座(8)和介质螺钉(9)采用聚四氟乙烯、玻璃纤维。
4、根据权利要求1所述的一种宽带全向锥形套筒单极子天线，其特征是所述的同轴接头(6)由内导体(10)和外导体(11)组成，内导体(10)与上辐射体(1)的底部相连。
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