CN1523709A - 具有全向辐射的宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有全向辐射的宽带天线，该天线包括垂直于接地面(1)的第一圆形或半圆形的单极天线(3)，其特征在于包括至少一个第二圆形或半圆形的单极天线(4)，上述单极天线以具有公共直径(z)的方式彼此定位。

Description

具有全向辐射的宽带天线

技术领域

本申请涉及一种具有用于接收和/或传输电磁信号的全向辐射的宽带天线，该天线可以用在无线通讯领域，尤其是用在数字地面电视的传输方面。

背景技术

数字地面电视终将代替模拟电视。在这个发展过程中，提供良好的接收效果是必要的，即使是在房屋或公寓住宅中。室内接收的条件使接收天线在尺寸方面受到了限制，接收天线不应庞大。

目前，在地面接收的情况下，用于接收模拟电视信号的天线由一种所谓“rake”的天线或一种传统的放置在房顶上的八木型天线组成。这种类型的天线长度可达到1米。对于室内接收的天线，天线通常由两个辐射元件组成，一个辐射元件用于VHF波段，另一个辐射元件用于UHF波段，天线也可以与一个有源放大部分相结合。此外，用于数字地面电视的标准是DVBT标准，该标准规定了在UHF波段的所有频道的使用，因此需要一个宽带天线。

发明内容

本发明提供一种宽带天线，该天线尤其是能够覆盖全部UHF波段，即在470MHz和862MHz之间的波段，并具有覆盖全部波段的正确匹配水平。

本发明涉及一种具有全向辐射的宽带天线，该宽带天线包括垂直于接地面的第一圆形或半圆形的单极天线，其特征在于包括至少一个第二圆形或半圆形的单极天线，上述单极天线以具有公共直径的方式彼此定位。

实际上，虽然都知道圆形单极天线或CDMS(表示圆盘单极天线)是公知的全向地辐射覆盖宽频率波段的元件，但是这些元件在匹配覆盖全部工作波段的表现不令人满意。现在，依照本发明，利用两个圆形或半圆形的单极天线使得天线的匹配性能明显改善，而不改变其辐射性能。

根据本发明的特征，上述天线由N个圆形的单极天线组成，N≥2，上述N个单极天线以具有公共直径的方式彼此定位。

根据第一实施例，上述天线包括两个相互之间成90°角的单极天线。更通常的说，两个半单极天线之间的角度值等于180°/N，N是单极天线的数量。根据一种变形，两个单极天线之间的角度不相同，特别是45°/135°角或者总和等于180°的任何其它设置值。这种结构使得整个阻抗减小，从而也使得偏差更小且覆盖宽频率波段的匹配水平更高。

根据本发明的另一个特征，上述单极天线设置有反射器平面。

附图说明

通过阅读各种实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得突出，参考附图进行该描述，其中：

图1为本发明的双CDM宽带天线的透视图。

图2为作为图1所示天线的频率函数的匹配系数曲线图。

图3分别表示在3D和具有平行和交叉极化的断面平面中，图1中天线的辐射图。

图4为本发明采用4个CDM的另一实施例的天线的透视图。

图5为作为图3所示天线的频率函数的匹配系数曲线图。

图6分别表示在3D和具有平行和交叉极化的断面平面中，图3中天线的辐射图。

图7为本发明采用具有不同角度的两个CDM的天线的另一实施例的透视图。

图8为作为图7的天线的频率函数的匹配系数曲线图。

图9分别表示在3D和具有平行和交叉极化的断面平面中，图7中天线的辐射图。

具体实施方式

首先参考附图1-3描述本发明的具有全向辐射的宽带天线的第一实施例。

如图1所述，构成两个CDM元件的两个圆盘3，4设置在金属接地面1上，垂直于后者，CDM表示“圆盘单极天线”。如图1所述，上述两个圆盘3，4依公共直径z将一个嵌套在另一个中，并垂直于位于xoy平面内的接地面1。上述的两个圆盘3和4为公知方式的金属元件。图1的实施例中，上述两个圆盘3和4以两者之间成直角的方式相互交叉。

为了模拟所得结果，如图1所示的天线采用两个同样的金属圆盘，每个金属圆盘的半径a＝90mm，厚度e＝4mm。如图1所示，上述两个圆盘相互嵌套，并且他们被安装在金属接地面上，金属接地面的半径R＝150mm，上述两个圆盘与接地面的距离h＝2mm。圆盘和接地面都由金属制成，比如可以为铝。为了减少上述结构的重量，可以用表面(例如用铝箔)金属化的塑料(例如“dibbon”)或其它金属处理的泡沫材料。

上述结构采用Ansoft HFSS软件和35Ω阻抗线进行模拟，该阻抗线以3.16mm的宽度和67mm的长度扫描在具有相对介电常数εr＝3.38和0.81mm高度的Rogers 4003基片上。上述35欧姆阻抗线产生一个变压器，该变压器能够在结构阻抗的基础上得到50欧姆阻抗的输出，在当前情况下，该结构阻抗为25欧姆，如下面解释。模拟的结果在图2和3中给出。

这种情况下，图2的曲线图示出对于图1的天线，所获得的重要的匹配水平，覆盖了整个UHF波段即在470MHz和860MHz之间的波段，达到30dB。所获得结果可以通过事实证明，如上面描述的两个相互嵌套圆盘的数量从视图中一个电气点到其平行排列。上述结构的阻抗等于具有单个CDM结构的阻抗的一半。而且，图3中所示的曲线图给出了一个工作频率为650MHz的基本全向天线辐射图，如图的左边部分中3D辐射图和图的右边部分中在平行和交叉极化断面平面所示。更明确地，左边的图表示上述结构，如全部区域(Etotal)的3D辐射模型，以及右边的图表示断面平面Phi＝0°中，如平行(Etheta)和交叉(Ephi)部分的2D辐射图。

参照附图4-6来描述本发明的另一种实施例。这种情况下，本发明的天线由四个CDM组成，即四个单极天线圆盘11，12，13，14以具有公共直径z1的方式彼此定位，这些单极天线圆盘与x1 o1 y1平面中的接地面10垂直设置。本实施例中，每个半圆盘11、12，12、13，13、14，14、11之间的角度相等且等于45°。对所属领域的技术人员来说，设想除了45°以外的角也是显而易见的。上述类型的天线如图1中的天线一样采用相同材料和相同尺寸，而且上述天线按照图1中的天线用相同的方式来模拟。这种情况下，模拟的结果在图5的极宽匹配波段和图6的天线辐射图中示出。

按照图5所示，仍然可以得到覆盖相应于可能达到-27dB的UHF波段的频率波段的高匹配。此外，图5中所示的辐射图示出在650MHz的工作频率下的全向辐射结果，其中图5分别表示在图的左边部分的3D中和右边部分的平行和交叉极化的断面平面中。

最后，将参照附图7-9描述第三实施例。

这种情况下，按照本发明的天线包括两个CDM(圆盘单极天线)，上述两个圆盘21，22以具有公共直径z2的方式相互定位，并与位于x2 o2 y2平面中的接地面20垂直设置。

这种情况下，上述两个单极天线圆盘相互之间的角度不相等，但是，例如可这样选择，使得圆盘22和21两交叉之一成45°角，而另一个交叉成135°角。

图7所示的天线以与图1和3中天线相同的方式进行模拟。模拟的结果在图8中示出，图8给出了关于25欧姆标准化阻抗的图7中天线的匹配，其表明在470MHz和862MHz之间的UHF频率波段中，以及在图9的3D的左边部分中和在图的右边部分的平行和交叉极化的断面平面中所示的全向辐射图中，在这种情况下仍然可以得到可能达到-19dB的匹配。如模拟结果所示，上文描述的各种天线表现出如下优点：

—宽的带宽，

—与由简单的CDM天线组成的天线相比匹配水平提高，

—水平面内的全向图，和

—低的交叉极化水平。

上文所述的结构也表现了配备简单的优点和通过增加如图1中附图标记5所示的反射器平面可以改善其辐射的方向性。由于无反射器结构的辐射是全向的，因此该反射器没有特别定位。

Claims (6)

1、一种具有全向辐射的宽带天线，包括垂直于接地面(1，20)的第一圆形或半圆形的单极天线(3，21)，其特征在于：包括至少一个第二圆形或半圆形的单极天线(4，22)，单极天线以具有公共直径(z，z2)的方式彼此定位。

2、如权利要求1所述的天线，其特征在于：包括N个圆形的单极天线(11，12，13，14)，N≥2，N个单极天线以具有公共直径(z1)的方式彼此定位。

3、如权利要求1或2所述的天线，其特征在于：单极天线之间的角度相等。

4、如权利要求3所述的天线，其特征在于：两个半单极天线之间的角度值等于180°/N，其中N为单极天线的数量。

5、如权利要求1或2所述的天线，其特征在于：单极天线以两个半圆盘之间角度不相等的方式相互嵌套。

6、如上述所有权利要求之一的天线，其特征在于：包括反射器平面(5)。

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