CN1666382A - 多频带平面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种平面宽带贴片天线，特别是用来发送和/或接收数字和/或模拟地面电视UHF/SHF信号的平面宽带贴片天线，这种天线包括一个调谐到带宽低端频率上的反射器和一个与特定的馈源(4)连接的在频率F1辐射的辐射器(3)，所述辐射器(3)还具有一个调谐到频率F2上的缝隙(7)。所述天线的特征在于所述辐射器(3)还包括另一个调谐到与频率F1和F2不同的频率F3上的缝隙(8)，所述缝隙(7，8)通过一个设计成构成一个耦合线路的连接缝隙(9)连接，以在频率F2、F3的缝隙(7，8)处提供基本上相同的电磁流。

Description

多频带平面天线
技术领域
本发明涉及平面宽带贴片天线(planar broaband patch antenna)，特别是涉及用来发送和/或接收数字和/或模拟地面电视UHF/SHF信号的平面宽带贴片天线，这种天线包括一个调谐到频带低端频率上的反射器和一个与一个特定的馈源连接的以频率F1辐射的辐射器，所述辐射器还具有一个调谐到频率F2上的缝隙。
背景技术
已知有一些平面贴片天线，长期以来人们一直在尽力扩大它们的带宽，以便能用同一个天线接收更宽的频带。
在这方面应指出的是，地面电视信号，无论是数字和/或模拟的，具有在470到870MHz之间变动的频率。实际上，除非采用极复杂的技术措施，在本发明前，这个频带不能用同一个平面贴片天线覆盖。
具体地说，在平面贴片天线方面，有一种包括一个由导电材料制成的简单的平面反射器，上面由一个介质基片隔开地延伸着一个呈现为一个导电板的辐射器，其尺寸确定成使它在特定的馈源作用下以一个确定的频率辐射。
如果相对辐射器增大反射器的尺寸，就可以使天线的带宽向下展宽。确切地说，反射器通过它的与辐射器耦合的带状线(stripline)调谐到一个较低的频率，即低于辐射器的辐射频率。
为了向上展宽带宽，已有为辐射器叠加一些不馈电的寄生平面导电元件的设计。通过它们的与辐射器的带状线耦合，使这些寄生元件在带宽的高端辐射。
在一种较近的设计中，已实现了一种贴片天线，它的辐射器板由特定的馈源馈电，调谐到一个第一频率上，而且考虑了在这个板上开出一个宽度恒定的在一个不同频率上谐振的U形缝隙。
显然，在辐射器的辐射频率耦合时，这种带有一个缝隙的天线导致使带宽展宽。
缝隙的U形形状及其相对横贯辐射器的中间平面对称配置以及在这个横贯平面内进行馈电，已经认为是允许向这个缝隙提供电磁流的基本参数。
总之，配置在辐射器上的普通直线型缝隙不能在简单地接到辐射器上的馈线作用下遭受到电磁流的作用。
显然，这样的宽度恒定的U形缝隙只能在它的基本谐振上辐射。
最后，至今采用的这些解决方案允许将贴片天线的带宽展宽到它的基本辐射频率的20至40％，这当然是对于为接收提供足够增益以允许使用接收到的信号来说的。
从US-2002/003499中还可看到一种天线，这种天线带有一个导电层和一个双频带的传输装置。传输装置包括一个介质基片，在介质基片的下表面和上表面上都有一个导电层，第一个导电层形成一个主体(mass)，反射器，而第二个导电层形成一个贴片(patch)，辐射器，两者由一个在基片的一小片表面上延伸的短路条连接。
在这种情况下，天线还包括一个耦合系统，它包括一个由两个在晶片内相互平行延伸的分别形成两个主耦合缝的缝隙形成的主带状线耦合和一个由与这两个主耦合缝之一连接的第三缝隙形成的次带状线耦合。
贴片还包括一个隔离单元，它包括至少一个隔离缝隙，以便产生分别形成一个主谐振区和一个次谐振区这两个区域。实际上，按照这个文件内所揭示的一个具体实施例，隔离单元可以由一个离晶片的边缘一段距离的包括两个通过一个底部相互连接的分支的U形隔离缝隙组成。
特别应指出的是，形成U形的每个隔离缝隙的宽度是相同的，而两个平行的最外缝隙具有同样的长度。
如前面这个文件所提出的，在主、次谐振的驻波与辐射入空间的波之间的耦合主要在贴片或隔离缝隙的一个或几个边缘上或者通过这些缝隙发生。说明在包括一个U形隔离缝隙的实施例中除了其他两个平行缝隙之外连接缝隙形成了一个次辐射缝隙。
发明内容
本发明通过改变在这点上的原先想法提供了一种对上面提到的问题的解决方案。通过本发明可以显著改善贴片天线的带宽，因为本发明可以将这个频带展宽到相对低端频率100％的范围。
为此，本发明提出了一种平面宽带贴片天线，特别是用于发送和/或接收数字和/或模拟地面电视UHF/SHF信号，它包括一个调谐到带宽低端频率上的反射器和一个与一个特定馈源连接的以频率F1辐射的辐射器，所述辐射器还具有一个调谐到频率F2上的缝隙，这种天线的特征在于所述辐射器还包括至少另一个调谐到一个与频率F1和F2不同的频率F3上的缝隙，所述缝隙通过一个设计成能形成一个带状线耦合的连接缝隙连接，以便保证在每个频率F2和F3的缝隙处的电磁流。
按照第一实施例，与提供带状线耦合的连接缝隙连接的缝隙在几何形状上是相同的，但是在缝隙之间以不对称方式向辐射器馈送电源，以便保证缝隙分别按照不同的频率F2和F3辐射。
按照另一个实施例，这些缝隙做成不同的尺寸，以便保证它们按照不同的频率F2和F3辐射。
优选的是，天线包括在辐射器之上与辐射器平行配置的至少一个尺寸较小的二次辐射元，用来在频带的上部展宽带宽。
按照本发明的另一个特色，反射器包括至少两个在与它垂直的平面内朝辐射器方向弯折的相对外周边缘。
有益的是，弯折的相对外周边缘是与辐射器的极化平面相交的外周边缘。
有益的是，这些弯折的外周边缘在辐射器的平面内延伸，离辐射器相应边缘的距离小于辐射器的平面与反射器的平面之间的距离。
也在本发明的创造性的范围内的是，这种贴片天线设计成通过将辐射器装配成使它接近反射器的与极化平面相交的相对外周边缘来降低贴片天线的辐射频率。
如上所述，本发明的优点包括显著展宽贴片天线的带宽，达到它的低端辐射频率的100％的范围。
最后，这使得一个贴片天线可以覆盖与例如地面电视信号相应的整个频率范围，无论这些信号是数字的还是模拟的。
附图说明
从以下对只是例示性而不是限制性的实施例的说明中可以清楚地看到本发明的其他一些目的和优点。
这个说明结合附图将能得到更好的理解，在这些附图中：
图1为按照本发明设计的没有二次辐射元(parasitic element)的平面贴片天线的电极化平面(平面E)的原理图和剖视图；
图2为辐射器的示意图；
图3为按照本发明设计的平面天线的示意图，平面天线的辐射器的顶上配置有一个二次辐射元；以及
图4为按照本发明设计的天线的透视图。
具体实施方式
如附图所示，本发明涉及发送和/或接收UHF和/或SHF信号特别是数字和/或模拟地面电视信号的平面宽频带天线。
天线1包括一个由金属材料制成的平面反射器2，平面反射器2之上配置了一个也是由金属制成的连接到一个特定的馈源4上的辐射器3。
一个介质基片将辐射器3与反射器2隔开，在这方面，辐射器3与反射器2之间的距离P取决于基片的介电常数。
应指出的是，距离P影响到天线1的增益和阻抗。
回到反射器2的考虑上，它的尺寸与天线1必须辐射的频带的低频有关。
具体地说，由于使辐射器3呈现为在一个介电系数εr高于1的介质基片3b上的单面印制电路3a，就可以减小反射器2的尺寸，因此可以得到较小的天线。
从反射器2的一个给定的表面开始说起，通常这个表面决定了天线1的大小，可以通过将反射器2的至少两个相对外周边缘5、6在垂直平面内朝辐射器3方向弯折进一步减小天线1的尺寸。
按照本发明的特色，辐射器3包括至少两个分别调谐到频率F2和F3上的缝隙7、8，频率F2和F3相互不同，与辐射器3的辐射频率F1也不同。具体地说，缝隙7、8与辐射器3的极化平面平行延伸。
在这方面，缝隙7、8可以做成不同的尺寸，以便保证它们按照不同频率F2和F3辐射。
按照另一个实施例，缝隙7、8以不同频率F2、F3辐射是由于在所述缝隙之间进行不对称馈电引起的，从而可见本发明还可以扩展到综合采用这些实施例中的任何措施的解决方案。
为了保证缝隙7、8内的电磁流，缝隙7、8通过一个设计成能形成带状线耦合的连接缝隙9连接。
应指出的是，虽然将一个缝隙比拟成一个电容和一个线圈并联，但连接缝隙9却起着一个电容的作用，以便保证带状线耦合要起的作用。
可以理解，如果反射器2调谐到带宽的低端频率，而辐射器3和逐步减小的缝隙7、8调谐到一些较高的频率上，因此就可以使带宽向上展宽。
在这方面，在频带的上部的增益还通过在辐射器3上叠加至少一个尺寸小于辐射器3的、基本上在缝隙7、8上方延伸的二次辐射元10获得。
应指出的是，二次辐射元10在辐射器3处规定了一个电极化平面Pe和一个与电极化平面Pe垂直的磁极化平面Pm。
优选的是，反射器2的在朝辐射器的方向直角弯折的相对外周边缘5、6与磁平面Pm相交。
按照本发明的另一个特色，辐射器3装配成使反射器2的相应弯折外周边缘5、6离辐射器3的边缘11、12的距离d小于前面提到的距离P。这导致使天线1的低端辐射频率降低。简单地说，这种解决方案还有助于减小天线1，因为天线的大小由反射器2确定，而且反射器2调谐到所述天线1的带宽的低端频率。
如果现在考虑接收频率范围从474到862MHz的数字和/或模拟地面电视信号的例子，对一个按照本发明设计的、尺寸如下面所列的天线的测试表明这个天线能以最佳增益覆盖这个频率范围。
  A＝70mm   B＝100mm   C＝95.5mm   D＝95.5mm   E＝113mm
  F＝12mm   G＝113mm   H＝12.5mm   I＝36mm   J＝46mm
  K＝0.9mm   L＝191mm   M＝170mm   N＝176mm   O＝198mm
  P＝26mm   Q＝4mm   R＝4mm   S＝3.5mm   T＝3.5mm
  U＝30mm   V＝3.25mm   W＝71mm   X＝65.5mm
显然，本发明并不局限于这些尺寸。
最后，应该将本发明认为在所涉及的技术领域内取得的一个显著成就，因为这个频率范围内的数字和/或模拟地面电视信号至今只能利用几个平面贴片天线覆盖。

Claims (7)

1.一种平面宽带贴片天线，特别用于发送和/或接收数字和/或模拟地面电视UHF/SHF信号，它包括一个调谐到带宽低频上的反射器(2)和一个与一个特定馈源(4)连接的并以频率F1辐射的辐射器(3)，所述辐射器(3)还具有一个调谐到频率F2上的缝隙(7)，所述天线的特征在于所述辐射器(3)还包括至少另一个调谐到一个与频率F1和F2都不同的频率F3上的缝隙(8)，所述缝隙(7，8)通过一个设计成能形成一个带状线耦合的连接缝隙(9)连接，以便保证在频率F2和F3的缝隙(7，8)中的每一个内的电磁流。
2.按照权利要求1所述的平面贴片天线，其特征在于所述缝隙(7，8)具有不同的尺寸，以便保证它们以不同频率F2和F3辐射。
3.按照权利要求1或2所述的平面贴片天线，其特征在于所述缝隙(7，8)以不同频率F2和F3辐射是通过在所述缝隙(7，8)之间以不对称方式向辐射器(3)馈送特定馈源(4)来保证的。
4.按照上述任一权利要求所述的平面贴片天线，其特征在于所述平面贴片天线包括在辐射器(3)之上与辐射器(3)平行配置的至少一个尺寸较小的二次辐射元(10)，用于在频带的上部展宽带宽。
5.按照上述任一权利要求所述的平面贴片天线，其特征在于所述反射器(2)具有至少两个在一个与它垂直的平面内朝辐射器(3)方向弯折的相对外周边缘(5，6)。
6.按照权利要求5所述的平面贴片天线，其特征在于所述朝辐射器(3)方向弯折的相对外周边缘(5，6)是与辐射器(3)的极化平面(Pm)相交的外周边缘。
7.按照权利要求5或6所述的平面贴片天线，其特征在于所述反射器(2)的外周边缘(5，6)离所述辐射器(3)的距离(d)小于反射器(2)的平面离所述辐射器(3)的平面的距离(p)，以便装入所述辐射器(3)和保证降低天线(1)的低端辐射频率。
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