CN1833336A - 天线 - Google Patents

Abstract

要提供一种在水平方向无指向性的、且能够接收宽频带无线电波、特别是接收延展到几个兆赫兹的宽频带信号的宽频带类型天线。具有，例如直径10mm的黄铜球壳天线11以插串(skewered)的状态被安置在具有直径2.5mm的黄铜圆杆12上。该圆杆12通过安置在形成为圆盘状的导电圆盘13的中央位置上的尼龙绝缘套管23来竖直设立。同轴电缆15通过连接器16被连接到设置在导电圆盘13的底部表面的连接套14，从而在导电圆盘13被连接到屏蔽线的同时，圆杆12被连接到芯线。

Description

天线

技术领域

本发明涉及天线，特别是在水平面上不具备指向性的宽频带天线。

背景技术

该申请的发明者已经在日本公开特许公开号H10-65425(1998)中提出了无指向性的天线。该天线是一种天线设备，在其中央部分竖立设置的圆杆的外部圆周侧具有多个曲面板，这些曲面板弯曲成基本圆弧的形状，从而在径向方向上朝着外周围侧凸出。多个曲面板，特别地，可实现从任意方向上接收无线电波，具备无指向性，并且可实现从任意方向上有效地接收无线电波。

但是，采用了装配有天线的该结构，从而多个曲面板被设置在圆杆的外部圆周侧。这需要其中使用的大量组件，并涉及麻烦的安装，从而导致高成本天线。此外，该天线具有一缺点，就是由于由多个曲面板接收的无线电波所产生的电流而导致其增益很低。

特许公开1：日本公开特许公开号H10-65425(1998)

发明内容

通过本发明要解决的问题

本发明的目标之一是提供一种低成本天线，该天线需要其中使用的少量组件，并且可以被轻易地生产出。

本发明的另一目标是提供获得高增益的天线。

本发明的另一目标是提供在水平面上无指向性、并且能够从任意方向上接收无线电波的天线。

本发明的又一目标是提供能够可靠地接收宽频带、特别是更宽地延伸到几个GHz的无线电波的天线。

上述问题和其它问题可通过本发明的技术方案及其实施例来澄清。

解决这些问题的手段

本发明的主要方面涉及到天线，该天线包括：成形为基本球状的天线元件；穿过该天线元件并对该天线元件可导电导电杆；以及设置在导电杆的基底侧从而与导电杆基本正交的导电圆盘，其中在导电杆的基底侧和导电圆盘相互相交的部分中设有一馈送点。

天线最好是由导电金属制成的中空球壳。最好是形成的球壳具有与导电杆的轴向基本平行的一缝隙。并且最好是该球壳是在由绝缘材料制成的支撑体的外部圆周表面上形成的导电层。并且最好是该支撑体是合成树脂球，通过电镀将导电层形成在其表面上。并且最好是该导电层形成具有与导电杆的轴向基本平行的一缝隙。

并且最好是多个天线元件安置在导电杆上。并且最好是一绝缘套管安置在导电圆盘的基本中央部分中、且导电杆竖直设置在绝缘套管的中央开口中。并且最好连接套(connecter sleeve)连接到或安置在导电圆盘的一侧表面上，该侧与其上有竖立设置的导电杆的一侧相反，该连接套螺旋连接同轴电缆的连接器(connector)，并且当同轴电缆的屏蔽线被连接到导电圆盘的同时，其芯线被连接到导电杆。并且最好是天线元件可滑动安置在导电杆上，且导电圆盘到天线元件的距离可改变。

根据本发明的另一方面，在包括有形成为抛物线状的反射盘以及设置在该反射盘的焦点上的初级辐射器的天线中，该初级辐射器包括：形成为基本球状的天线元件；穿过该天线元件、且对天线元件导电的导电杆；以及设置在导电杆基底侧从而可与导电杆基本正交的导电圆盘。

根据本发明的另一方面，在包括有介质透镜和安置在介质透镜焦点处的初级辐射器的天线中，该初级辐射器包括：形成为基本球状的天线元件；穿过该天线元件、且对天线元件导电的导电杆；以及设置在导电杆基底侧从而可与导电杆基本正交的导电圆盘。

上述本发明的球壳或球不限于完整的球，而是可以形成为球状或类似球的形状，因此在某种程度上可包括曲面状或变形状。

发明效果

本发明的主要方面是包括形成为基本球状的天线元件、导电杆、以及导电圆盘，并且在导电杆的基底侧和导电圆盘相互相交的部分中设有一馈送点。提供有一种结构，从而天线元件本身形成球形、且导电杆被结合到一起，以穿过该形成球形的天线元件，因此导致天线元件的更大的表面面积、在水平面上所具备的无指向性、以及极宽的频带。此外，提供导电圆盘并且将天线元件配置为对于导电杆可滑动可实现自由改变从导电圆盘到天线元件的距离，因此可实现更佳的匹配。该事实已被实验所证实。此外，由于天线元件形成为球状，将天线元件形成为球形可大幅减少其中使用的组件数量。

根据本发明的另一方面，在包括有形成为抛物线状的反射盘以及设置在该反射盘的焦点上的初级辐射器的天线中，该初级辐射器包括：形成为基本球状的天线元件；穿过该天线元件、且对天线元件导电的导电杆；以及设置在导电杆基底侧从而可与导电杆基本正交的导电圆盘，藉此可实现取得适合数字数据高速传输的更佳天线。此外，在包括有介质透镜和安置在介质透镜焦点处的初级辐射器的天线中，该初级辐射器包括：形成为基本球状的天线元件；穿过该天线元件、且对天线元件导电的导电杆；以及设置在导电杆基底侧从而可与导电杆基本正交的导电圆盘，藉此可实现取得适合数字数据高速传输的更佳天线。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的天线的透视图；

图2是本发明第一实施例的垂直截面图；

图3是示出本发明第一实施例天线的回波损耗特性的图表；

图4是示出本发明第一实施例天线的回波损耗特性的图表；

图5是示出本发明第一实施例天线的另一种类型的回波损耗特性的图表；

图6是示出本发明第一实施例天线的另一种类型的回波损耗特性的图表；

图7是示出根据本发明第一实施例的指向性的测量结果的图表；

图8是示出根据本发明第一实施例的指向性的测量结果的图表；

图9是示出根据本发明第一实施例的指向性的测量结果的图表；

图10是根据本发明另一实施例的天线的垂直截面图；

图11是根据本发明另一实施例的天线元件的主要部分透视图；

图12是使用根据本发明另一实施例的使用天线元件的天线设备的垂直截面图；

图13是一实施例的垂直截面图，其中本发明的天线用作抛物线天线的初级辐射器；

图14是一实施例的垂直截面图，其中本发明的天线用作Luneberg(楞勃)透镜天线的初级辐射器；

图15是根据一实施例的指向性测量结果的图表，其中本发明用作Luneberg透镜天线的初级辐射器；

图16是根据一实施例的指向性测量结果的图表，其中本发明用作Luneberg透镜天线的初级辐射器；

图17是根据一实施例的指向性测量结果的图表，其中本发明用作Luneberg透镜天线的初级辐射器；

图18是根据一实施例的指向性测量结果的图表，其中本发明用作Luneberg透镜天线的初级辐射器；以及

图19是根据一实施例的指向性测量结果的图表，其中本发明用作Luneberg透镜天线的初级辐射器。

具体实施方式

图1和2示出了根据本发明一实施例的天线的整体结构。在该实施例中，使用形成为具有10mm直径和0.2mm厚度的黄铜球壳11。该天线元件11设在具有，例如直径为2.5mm的黄铜圆杆12上，从而该圆杆12可穿过其间。圆杆12安置在直径为30mm的黄铜盘状导电圆盘13上以竖立设置。在导电圆盘13的底表面上，整体连接一连接套14。同轴电缆15通过连接器16被连接到该连接套14。

由黄铜球壳构成的天线元件11具有宽度为0.5mm、间隔60°沿着其圆周在其外部圆周表面上形成的缝隙20。这些缝隙20形成在天线元件11的竖直方向，以及与圆杆12平行的方向。天线元件11通过具有直径2.5mm、且分别在天线元件11的顶部和底部形成的通孔21，以插串(skewered)的状态被安置在圆杆12上。因此，天线元件11可滑动安置在圆杆12上，从而通过将天线元件11对于圆杆滑动来改变从导电圆盘13到天线元件11的距离。从导电圆盘13到天线元件11的距离改变可进行用于匹配的调节。为了确保在天线11和圆杆12之间通孔上的连接，最好是在做出天线调节之后将该部分焊住。

导电圆盘13是由由黄铜构成，其表面涂有用于腐蚀防护的镀层。在导电圆盘13的中央部分，通过压入配置(press-fitted)设置有尼龙树脂的绝缘套管23。绝缘套管23具有圆杆12穿过的中央开口24。绝缘套管23起到将圆杆12和导电圆盘13彼此绝缘的作用。

在连接套14外部圆周表面，形成有外螺纹27。通过该外螺纹27被连接的连接器16包括，如图2所示，金属环28和旋转安置在环28上的螺帽29。在该环28的中央部分，形成有合成树脂的绝缘托架30，它托住在其中央部分的引脚31。引脚31被连接到同轴电缆15的芯线32。

在连接器16的金属环28预定外围位置中，形成有切口33，同轴电缆15的屏蔽线34被焊接其上。因此，旋动螺帽29和连接套14的外螺纹27可将屏蔽线34连接到导电圆盘13。连接到同轴电缆15的芯线32的引脚31被压入配置到在圆杆12的较低端形成的中央开口36中。要做到如此，在该压入配置中，引脚31与中央开口36的内部圆周表面弹力结合。在位于中央开口36的外部圆周侧的圆杆12的较低端的部分上，形成有狭槽35。

该天线具有位于圆杆12的基底侧和导电圆盘13相互相交的部分上的馈送点。更具体地，在圆杆12的基底侧和导电圆盘13相互相交的部分上，通过连接套14和连接器16，同轴电缆15的芯线32被连接到圆杆12的基底侧，同时同轴电缆15的屏蔽线被连接到导电圆盘13的中央部分。该天线具有形成球形的天线元件11。可以知道，由于单极天线，天线的较大直径和较大面积可实现用于匹配和谐振的更宽频带。因此，假设球形的天线元件11导致了天线元件11的更大面积，从而可实现取得更宽的频带。将天线元件11滑动安置在圆杆12上可实现改变从导电圆盘13到天线元件11的距离。假设从导电圆盘13到天线元件11的距离中的变化将改变阻抗，从而实现匹配调节。

该天线似乎会产生较少的反射波，特别是因为将球壳用作为天线元件11。更具体地，在通过将导电圆盘与其顶点和导电圆盘中央部分面对面放置的圆锥体相结合在一起而形成的天线元件的情形中，反射波在其直径最大的位于上端侧的圆锥体端部产生。该反射波导致对天线性能的损坏。但是，假设使用球形天线元件几乎不会产生反射波，是由于其直径最大处的圆锥体边缘缺失而导致的，藉此实现更佳的性能。

图3和4示出通过使用具有10mm直径且具有6个间隔60°宽度为0.5mm的缝隙的球壳天线元件11、并通过将该天线元件11的较低端和导电圆盘13之间的距离(L)定义为参数而测量出的回波损耗结果。在图3和4各图中，水平轴表示频率，同时垂直轴表示回波损耗。图3示出当天线元件11的较低端和导电圆盘13之间的距离(L)分别为6mm、8mm、10mm、以及12mm时的测量结果。这些测量结果证明调节从导电圆盘13到圆杆12上的天线元件11的距离可实现匹配调节，以及回波损耗中的改进。例如，如图14中所示，当天线元件11和导电圆盘13之间的距离是18mm时，在8-10GHz的宽频带中，可获得更好的结果，从而回波损耗变为-10dB或以下，并且从而电压驻波比(VSWR)变为2或以下。

图5和图6示出通过使用具有形成间隔60°、并且每一个在圆周方向上延展60°的三个开缝(slit)的天线元件11，以相同的方式执行的测量结果。图5示出当天线元件11的较低端和导电圆盘13之间的距离(L)分别为8mm、10mm、12mm、以及14mm时的测量结果。图6示出当天线元件11的较低端和导电圆盘13之间的距离(L)分别为16mm、18mm、以及20mm时的测量结果。同样由于该形式中的天线元件11，这些测量结果证明调节从导电圆盘13到圆杆12上的天线元件11的距离可实现匹配调节，以及回波损耗中的改进。同样在该情形中，当天线元件11自导电圆盘13起的安置高度是18mm时，可在8GHz或更高的频带上获得较好的结果。

其次，测量包括圆杆12的轴线的垂直平面的指向性，并然后获得图7到9中所示的结果。更具体地，图7示出在2.4GHz的垂直指向性。图8示出在5GHz的垂直指向性。图9示出在8.5GHz的指向性。这些数据都是通过在天线元件11自导电圆盘13起垂直高度为18mm的条件下的测量而得出。指向性上的这些测量结果已经确认该指向性等效于具有形成在前表面(在轴向)上的零讯号(null)的常规单极天线的指向性。在高达8.5GHz的频率上的特性是如此的，由于导电圆盘13的半径相对于波长变大了，指向性的峰值出现在水平方向，即，在相对于90°和270°倾斜了大约50°的位置上。

基于来自喇叭天线的电平差异，在指向性展示其峰值的方向中计算出的天线的增益如下所示。

表格1

频率	增益
		2.4GHz	2.5dBi
5.0GHz	2.3dBi
		8.5GHz	5.5dBi

该天线无指向性因此在水平方向是无方向的，从它的结构中也可明显看出。因此，这就确认了可提供在水平方向无方向、且是宽频带类型的天线。

其次，将参照图10对本发明的另一实施例给出描述。在该实施例中，多个天线元件11竖直地对准在圆杆12上。在该实施例中，具有8mm直径的天线元件11和具有10mm直径的天线元件11安置在圆杆12上，这些天线元件11端部之间的距离为5mm。天线元件11的这种结构等效于第一实施例中天线元件11的结构，并且因此该实施例中的天线元件11每一个都由具有沿着其周围以60°间隔形成的缝隙20的黄铜球壳组成。

当多个天线11安置在圆杆12上，以彼此相分隔时，每个天线元件11结合导电圆盘13执行接收操作或传输操作。因此，假设较之仅使用单个的天线元件11，可取得更宽的频带。

参考图11和12，对本发明的又一实施例给出描述。在该实施例中，合成树脂或陶瓷的球面，替代了黄铜球壳，用作为天线元件11。更具体地，绝缘体40以合成树脂体或陶瓷体的球壳形成，在球壳的表面以预定模式形成有镀层41。通过使镀层41事先形成在导电层上，可使其作为天线元件11，并且该镀层可选择性地在绝缘体40表面的预定位置上形成。或者，镀层41可在球体绝缘体40的整个外部周围表面上形成，并然后通过蚀刻等将对应于缝隙20的镀层41移除。绝缘体40具有穿过其轴向而形成的通孔21。通过该通孔21插入圆杆12。

如图12所示，具有在其绝缘体40的外部圆周表面上形成的镀层41的天线元件11以插串的状态被安置在通过安置在导电圆盘13的中央部分的绝缘套管23而竖直设置的圆杆12上。圆杆12和导电圆盘13均被分别连接到收发器42的两个极(pole)。

根据该结构，通过使镀层41以预定的图案形成在合成树脂或陶瓷的绝缘体40的表面上，来形成天线元件11。这可特别地实现天线元件11成本的大幅减少，藉此提供重量轻、成本低的天线元件。

图13示出被安置为抛物线天线的初级辐射器的本发明的天线。在图13中，在抛物线反射器51的焦点上，安排了应用本发明的天线。在该示例中，天线元件11由在合成树脂或陶瓷的绝缘体40表面上形成的镀层41组成。通过使导电层46形成在合成树脂压缩盘(compact)45的表面上。或者，天线元件11和导电圆盘13可由金属构成。图14示出本发明的天线安置为使用Luneberg透镜的天线的初级辐射器。Luneberg透镜是一种电介质透镜，它可以通过依照到球形电解体的中央的距离来改变介电参数，以改变入射无线电波的传播方向，从而用作对于来自任何方向的无线电波都具有统一特性的天线。

在图14中，在反射盘62上，Luneberg透镜61安排在半球状中，在Luneberg透镜61的焦距上，应用了本发明的天线安置其上。在该示例中，天线元件11由形成在合成树脂或陶瓷绝缘体40的表面上的镀层41构成。通过将导电层46形成在合成树脂压缩盘45的表面来构成导电圆盘13。或者，天线元件11和导电圆盘13可由金属构成。

高速传输和接收数字信号占用了大量带宽，因此需要非常宽的频带通信。在数字卫星广播和数字卫星通信中需要通过，诸如使用Luneberg透镜的透镜天线的抛物线天线或超方向(super-directional)天线来有效地传送和接收无线电波。如上所述，将本发明的天线用作为抛物线天线的初级辐射器或使用Luneberg透镜的透镜天线的初级辐射器，可应用到数字卫星广播或数字卫星通信的数字信号的高速传输中。

图15到19分别示出了当本发明天线被安置为图14中使用Luneberg透镜的天线的初级辐射器时的垂直指向性和水平指向性。图15示出5Hz频率上的垂直指向性和水平指向性。图16示出7Hz频率上的垂直指向性和水平指向性。图17示出9Hz频率上的垂直指向性和水平指向性。图18示出11Hz频率上的垂直指向性和水平指向性。图19示出13Hz频率上的垂直指向性和水平指向性。

从图15到19示出的指向性显而易见，由于本发明的天线是无指向性的，将本发明的天线安置为使用Luneberg透镜的天线的初级辐射器可导致较弱的指向性。抛物线天线或透镜天线具有太强的指向性，并且因此难以用作诸如汽车的移动体的天线。相反地，将本发明的天线用作为初级辐射器可导致较弱的指向性，它较佳地用作诸如汽车的移动体的天线。

工业实用性

根据本发明的天线可用作为用于无线通信、特别是用于宽频带数字信号传输和接收的无线通信、并且还较佳地用于接收电视广播数字式图像信号。

Claims (12)

1.一种天线，包括：

天线元件，形成为基本球状；

导电杆，穿过所述天线元件并对所述天线元件导电；以及

导电圆盘，放置在所述导电杆的底侧以与所述导电杆基本正交，

其中馈电点在所述导电杆的底侧和导电圆盘彼此相交处的部分提供。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于

所述天线元件是由导电金属构成的中空球壳。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述球壳形成有与所述导电杆轴的方向基本平行的缝隙。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述球壳是在由绝缘材料构成的支撑体的外部圆周表面上形成的导电层。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，

所述支撑体是合成树脂球体，其表面通过电镀形成导电层上。

6.如权利要求4或5所述的天线，其特征在于，

所述球壳形成有与所述导电杆轴的方向基本平行的缝隙。

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

多个天线元件装在所述导电杆上。

8.如权利要求1或7所述的天线，其特征在于，

所述绝缘套管装在所述导电圆盘的基本中央部分，以及

所述导电杆竖直设立在所述绝缘套管的中央开口中。

9.如权利要求1或7所述的天线，其特征在于，

所述连接套管链接或装在所述导电圆盘的一个表面上，该表面与其上设立有竖直导电杆的表面相反；

所述连接套管与同轴电缆的连接器用螺丝固定相接，其中所述同轴电缆的芯线与所述导电杆相连，而其屏蔽线与所述导电圆盘相连。

10.如权利要求7所述的天线，其特征在于，

所述天线元件可滑动地装在所述导电杆上，以及

从所述导电圆盘到所述天线元件的距离可以改变。

11.一种天线，包括形状为抛物线状的反射盘以及装在所述反射盘焦点的初级辐射器，其特征在于，

所述初级辐射器包括：形状基本上为球状的天线元件；穿过所述天线元件并对所述天线元件导电的导电杆；以及

置于所述导电杆的底侧以与所述导电杆基本正交的所述导电圆盘。

12.一种天线，包括介质透镜和装在所述介质透镜焦点上的初级辐射器，其特征在于，

所述初级辐射器包括：形状基本上为球状的天线元件；穿过所述天线元件并对所述天线元件导电的导电杆；以及

装在所述导电杆的底侧以与所述导电杆基本正交的导电圆盘。

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