CN1862880B - 超宽带单极天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超宽带单极天线。所要解决的问题是：提供一种结构简单、体积小的超宽带单极天线。特点是：单极为柱状，柱状单极的外表面均布着环槽，使轴向截面的外周边为波纹状，其中部为圆柱体，上端为下大上小的圆锥体，下端为上大下小的圆锥体。本发明天线表面采用波纹状，类似于慢波结构，使天线的辐射阻抗与自由空间波阻抗在较大得频率范围内匹配良好，通过天线两端直径的渐变，实现与输入阻抗的匹配，从而获得较宽的带宽，较高的增益。其重量仅70克左右，体积小。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，具体涉及超宽带单极天线。
背景技术
超宽带天线在军用领域和民用领域的应用越来越广泛。尤其在美国联邦通信委员会(FCC)批准将UWB(3.1～10.6GHz)用于短距离无线通信后，人们对超宽带天线提出了越来越高的要求，如结构简单、体积小等等。
传统的超宽带单极天线主要有单圆锥天线和盘锥天线等(参见巴拉尼斯著，钟顺时等译，天线理论-分析与设计，电子工业出版社，北京，1988.)，最大驻波带宽达到10.7∶1，但其体积大。
发明内容
本发明目的是：提供一种结构简单、体积小的超宽带单极天线。
具体的结构设计方案如下：
超宽带单极天线，包括单极、反射板和同轴接头，单极连接着同轴接头，反射板套装在单极与同轴接头之间，其特征在于：
所述单极为柱状，柱状单极的外表面均布着环槽，使轴向截面的外周边为波纹状，其中部为圆柱体，上端为下大上小的圆锥体，下端为上大下小的圆锥体。
所述单极的轴向长度取值范围在：中心频率的0.5-1.5波长间，中部圆柱直径的取值范围在：中心频率的0.1-0.4波长之间。
所述单极的轴向截面外周边波纹为矩形波纹。
所述单极的轴向截面外周边波纹为波浪形波纹。单极的表面波纹的厚度和间距要远小于中心频率的波长(远小于的含义是：一般要小于中心频率的0.1个波长)，波纹的形状没有严格要求，可以是直角波纹，也可以是带有弧度的波纹。
单极两端的圆锥体端为阻抗匹配段，通过天线直径渐变来实现宽频带内与馈电传输线特性阻抗的匹配，渐变的波纹数可根据波纹段的直径与馈电端内导体直径间的差值决定。例如，3～15GHz天线渐变的波纹数较少，而0.8～4GHz天线渐变的波纹数较多，是因为馈电的同轴线内导体的直径与天线最大直径的差值不同导致的。单极即内导体总长度的取值范围约在中心频率的0.5～1.5波长间，不能太长，这样才可以保证天线波瓣在高频的良好性能。单极即内导体直径的取值范围约为中心频率的0.1～0.4波长之间，波纹的深度对天线电性能无明显影响，但受结构强度的限制。
本发明的有益技术效果体现在几个方面：
1、本发明天线表面采用波纹状，类似于慢波结构，使天线的辐射阻抗与自由空间波阻抗在较大得频率范围内匹配良好，通过天线两端直径的渐变，实现与输入阻抗的匹配，从而获得较宽的带宽，较高的增益。例如频带范围在3GHz～15GHz的单极波纹天线，其增益在2.3dB～6.6dB间，驻波＜2.1。
2、本发明天线重量轻，如3GHz～15GHz的单极波纹天线重量仅70克左右，体积小，且制作工艺性好。
3、该天线在军事方面，可用作电子侦察和电子干扰、电磁防护及探地雷达等超宽频带无线电设备的终端天线。在民用方面，可作为短程超宽带(UWB)通信的基站天线，以及家用无线通信超宽带天线等。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为实施例1结构示意图，
图3为实施例2结构示意图，
图4为矩形波结构示意图，
图5为波浪形波结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：3GH～15GHz天线
超宽带单极天线包括单极1、反射板2和同轴接头3。单极1连接着同轴接头3，反射板2套装在单极1与同轴接头3之间。
单极1为柱状，柱状单极的外表面均布着环槽，使其轴向截面的外周边形成波纹状，所述波纹为矩形波纹，其中部为圆柱体，上端为下大上小的圆锥体，下端为上大下小的圆锥体，见图1。
该天线的中心频率为9GHz，其波长为33.33mm，单极的轴向长度最好在0.5～1.5波长间，即16.665毫米～50毫米间，中部圆柱的直径最好在3.3毫米～13.33毫米间，但是最佳设计值为：轴向长度26毫米，即中心频率的0.78波长，中部圆柱的直径Φ10毫米，即中心的频率的0.3波长，见图2、图4。
实施例2：0.8～4GHz天线
单极轴向截面的外周边为波纹状，所述波纹为波浪形波纹。
该天线的中心频率为2.4GHz，波长为125毫米，其总长度可以取62.5毫米～187.5毫米间，中部圆柱的直径可以取12.5毫米～50毫米间，但是最佳设计值为：轴向长度为96毫米，即中心频率的0.768波长，内导体最大直径Φ20毫米，即中心频率的0.16波长，见图3、图5。
Claims (4)
1.超宽带单极天线，包括单极、反射板和同轴接头，单极连接着同轴接头，反射板套装在单极与同轴接头之间，其特征在于：
所述单极为柱状，柱状单极的外表面均布着环槽，使轴向截面的外周边为波纹状，其中部为圆柱体，上端为下大上小的圆锥体，下端为上大下小的圆锥体。
2.根据权利要求1所述的超宽带单极天线，其特征在于：
所述单极的轴向长度取值范围在：中心频率的0.5-1.5波长间，中部圆柱直径的取值范围在：中心频率的0.1-0.4波长之间。
3.根据权利要求1所述的超宽带单极天线，其特征在于：所述单极的轴向截面外周边波纹为矩形波纹。
4.根据权利要求1所述的超宽带单极天线，其特征在于：所述单极的轴向截面外周边波纹为波浪形波纹。
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