CN1881687B - 宽带天线系统 - Google Patents
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Abstract
一种宽带天线系统，包括接地面；金属板，与接地面平行，构成对接地面的容性负载；辐射结构，与接地面和金属板垂直地连接。辐射结构包括：馈电导体，提供电信号；短路枝节，将提供的电信号发送到接地面；电桥，使馈电导体和短路枝节互相连接，电桥与金属板分离；辐射导体，连接到接地面和金属板上，并耦合到提供的电信号，从而辐射电磁波。
Description
技术领域
根据本发明的系统涉及一种宽带天线。更具体地讲，本发明涉及一种具有集成的匹配电路的小尺寸宽带天线系统。
背景技术
图1示出了传统的四分子一波长单极天线系统的结构。参照图1，天线系统100包括与接地面110垂直地布置的天线。
在天线系统100中，通过将天线120的下端连接到提供信号的电源130而在天线120和接地面110之间形成辐射图。
天线120的上端由金属板140终止，该金属板140作为对接地面110的容性负载以缩短天线120的高度。天线120的高度可以由金属板140缩短，但是这不足以满足无线产品的小巧性和紧凑性的需要。
发明内容
本发明提供一种宽带天线系统，该宽带天线系统能够减小天线系统的尺寸并获得宽的带宽，而不影响天线增益和辐射特性。
根据本发明的一个示例性方面，提供一种宽带天线系统，该宽带天线系统包括：接地面；金属板，与接地面平行，构成对接地面的容性负载；辐射结构，与接地面和金属板垂直地连接；其中，辐射结构包括：馈电导体，提供电信号；短路枝节，将提供的电信号发送到接地面；第一平面包括电桥，该电桥使馈电导体和短路枝节互相连接，电桥与金属板分离；第二平面包括辐射导体，该辐射导体连接到接地面和金属板上，并耦合到提供的信号，从而辐射电磁波。
根据本发明另一示例性方面，提供一种宽带天线系统，包括：接地面；金属板，与接地面平行，构成对接地面的容性负载；辐射结构，使接地面和金属板互相连接；其中，辐射结构包括：馈电导体，提供电信号；短路枝节，将提供的电信号发送到接地面；电桥，使馈电导体和短路枝节互相连接，电桥与金属板分离；辐射导体，垂直地连接到接地面和金属板上，并耦合到提供的电信号，从而辐射电磁波。
根据本发明另一示例性方面，提供一种宽带天线系统，包括：一对馈电线；一对金属板，平行于相对地面对的馈电线，所述馈电线布置在其间；辐射结构，使所述馈电线和所述金属板互相连接；其中，所述辐射结构包括：馈电导体，与所述金属板分离，在所述辐射结构的一侧，通过所述馈电线将电信号输入到馈电导体；辐射导体，在所述辐射结构的另一侧，垂直地连接到所述金属板，并耦合到电信号，从而辐射电磁波。
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中：
图1示出传统的四分子一波长单极天线系统的结构；
图2示出根据本发明示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图3A和图3B示出图2所示的宽带天线系统的辐射结构的前部和后部；
图4A和图4B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图5A至图5D示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图6示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图7A和图7B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图8A和图8B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构；
图9示出根据本发明的宽带天线系统的匹配特性的仿真结果；
图10示出当测量根据本发明的宽带天线系统的原型时，从安捷伦网络分析器获得的测量结果。
具体实施方式
现在将参照附图更加充分地描述本发明，本发明的示例性实施例表示在附图中。通过参照下面的示例性实施例和附图的详细描述，可以更加容易地理解本发明的优点和特点及其实现方法。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并不应该被解释为局限于阐述于此的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施将使该公开彻底和完全，并将本发明的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求限定。
图2示出了根据本发明示例性实施例的宽带天线系统的结构。参照该图，宽带天线系统200包括接地面210、金属板230、辐射结构220和电源240。电源240提供将被发送到辐射结构220的信号。
如图2所示，辐射结构220可形成为长方体。沿着其发送信号的导体可形成辐射结构220的相对平面的表面。此外，辐射结构220的两端分别与接地面210和金属板230垂直地连接。
金属板230与接地面210平行，该金属板230作为对接地面210的容性负载。因此，由于宽带天线系统200可表示成具有短于四分之一波长的传输线的等效电路，所以可减小宽带天线系统200的尺寸。
在组成辐射结构220的平面中，在图3A和图3B中示出了导体形成在其上的平面的结构。图3A示出了辐射结构220的正视图，图3B示出了辐射结构220的后视图。
参照图3A，馈电导体220a、短路枝节220b和电桥220c形成在辐射结构220的前侧。参照图3B，辐射导体220d形成在辐射结构220的后侧。
短路枝节220b的一端连接到如图2所示的接地面210，其另一端连接到电桥220c。
电桥220c与图2所示的金属板230分离，辐射导体220d的一端连接到接地面210，其另一端连接到金属板230。
当从电源240输入信号时，将该信号馈送到馈电导体220a。
此时，随着输入信号耦合到辐射导体220d，在辐射导体220d中产生电磁波，从而输入信号传送到自由空间。
此外，通过电桥220c将馈送到馈电导体220a的信号传送到短路枝节220b，接着将其传送到接地面210。
图4A和图4B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构。
在图4A中示出的宽带天线系统400包括接地面410、辐射结构420和金属板430，该宽带天线系统400与图2中所示的宽带天线系统形状相似。然而，在图4A中所示的宽带天线系统400构造有三个平面或层(即，前层、中层和后层)，在所述平面或层上布置有导体。
图2的宽带天线系统200具有两个平面，在该两个平面上布置有导体，即，电信号输入其中的第一平面和电磁波从其辐射的第二平面。在图4A所示的宽带天线系统400中，电信号被输入到中层，从前层和后层辐射电磁波。
辐射结构420包括两个长方体422和424，该两个长方体如图4A和4B所示构造。长方体422和424相对地结合，从而将来自电源440的信号输入到其中的导体布置在中层的相对面上，辐射导体布置在其它面上，即，布置在前层和后层上。
图5A和图5B也示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构。
图5A所示的宽带天线系统500包括：接地面510；金属板530，与接地面510平行，并作为对接地面510的容性负载；辐射结构520，使接地面510和金属板530互相连接。
辐射结构520包括：馈电导体540，用于提供电信号；两个短路枝节520a和520b，用于将提供的电信号发送到接地面510；电桥522，使馈电导体540和短路枝节520a和520b互相连接，该电桥522与金属板530分离；两个辐射导体520c和520d，与金属板530和接地面510垂直地连接，并与提供的电信号耦合，从而辐射电磁波。
图5A的宽带天线系统500包括两个短路枝节520a和520b以及两个辐射导体520c和520d。
图5B是辐射结构520的顶视图，该视图与同轴线缆的平面结构对应。
信号发送到其的同轴线缆的内部导体与馈电导体540对应，同轴线缆的外部导体与两个短路枝节520a和520b以及两个辐射导体520c和520d对应。通过截去同轴线缆的外部导体的一部分可将短路枝节520a和520b与辐射导体520c和520d分开。截去的部分由图5B中的标号544表示。
此外，两个短路枝节520a和520b以及两个辐射导体520c和520d相对于馈电导体540互相相对地布置。
图5C示出当在图5A的“A”方向观看时的辐射结构520的结构，图5D示出当在图5A的“B”方向观看时的辐射结构520的结构。
图6示出与图5A所示的宽带天线系统500形状相似的宽带天线系统600。
即，宽带天线系统600包括：接地面610；金属板630，与接地面610平行，并作为对接地面610的容性负载；辐射结构620，使接地面610和金属板630互相连接。
辐射结构620包括：馈电导体640，用于提供电信号；两个短路枝节620a和620b，用于将提供的电信号发送到接地面610；电桥622，使馈电导体640和短路枝节620a和620b互相连接，该电桥622与金属板630分离；辐射导体620c和620d，与金属板630和接地面610垂直地连接，并与提供的电信号耦合，从而辐射电磁波。
象图5A的宽带天线系统500一样，图6的宽带天线系统600包括两个短路枝节620a和620b以及两个辐射导体620c和620d，该两个短路枝节620a和620b以及两个辐射导体620c和620d相对于馈电导体640互相相对。
在图6所示的宽带天线系统600中，馈电导体640、两个短路枝节620a和620b以及两个辐射导体620c和620d由导线形成。
图7A和图7B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构。宽带天线系统700包括：一对馈电线740；金属板730a和730b，与馈电线740平行(相对地面对)，并且馈电线740布置在其间；辐射结构720，用于使馈电线740和金属板730a和730b互相连接。
在辐射结构720的一侧上形成有馈电导体720a，由于枝节形成在该馈电导体720a上，所以该馈电导体720a可接收从馈电线740传送的输入的电信号。由于馈电线740具有正(+)极和负(-)极，所以图7A所示的宽带天线系统700可作为偶极天线来操作。此外，馈电导体720a与金属板730a和730b分离。
在与形成有馈电导体720a的平面相对的面上形成有辐射导体720b，该辐射导体720b与金属板730a和730b垂直地连接，并与提供的电信号耦合，从而产生电磁波。
在图7A和图7B中，馈电线740与馈电导体720a垂直地连接。
图8A和图8B示出根据本发明另一示例性实施例的宽带天线系统的结构，其与图7A和图7B所示的宽带天线系统相似。
该宽带天线系统800包括：一对馈电线840；金属板830a和830b，与馈电线840平行，该金属板830a和830b相对地面对，并且馈电线840布置在其间；辐射结构820，用于使馈电线840和金属板830a和830b互相连接。
在辐射结构820的一侧上形成有馈电导体820a，由于枝节形成在该馈电导体820a上，所以该馈电导体820a可接收从馈电线840传送的输入的电信号。由于馈电线840具有正(+)极和负(-)极，所以图8A所示的宽带天线系统800可作为偶极天线来操作。此外，馈电导体820a与金属板830a和830b分离。
在与形成有馈电导体820a的平面相对的面上形成有辐射导体820b，该辐射导体820b与金属板830a和830b垂直地连接，并与提供的信号耦合，从而产生电磁波。
在图8A和图8B中，形成馈电线840和馈电导体820a，从而在相同平面上使该馈电线840和馈电导体820a互相连接。
图9示出表示根据本发明的宽带天线系统的匹配特性的仿真结果，其中，绘出电压驻波比(VSWR)与频率的关系。参照所示的曲线图，其中当VSWR＝2时，可获得从约4.76GHz到约6.6GHz范围的带宽。
图10示出当测量根据本发明的宽带天线系统的原型时，从安捷伦网络分析器获得的测量结果。参照该图，当S11参数为2时，可获得从约4.8GHz到约6.9GHz范围的带宽。
根据本发明的宽带天线系统可应用于宽带无线局域网(WLAN)、多输入多输出(MIMO)系统和无线数字电视。此外，阵列形式的宽带天线系统可由几个宽带天线系统构造。
根据本发明，提供一种小尺寸单极/偶极宽带天线系统，该小尺寸单极/偶极宽带天线系统可应用于各种需要功能性和紧凑性宽带通信的无线装置。
虽然已经结合示例性实施例描述了本发明，但对本领域技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对其进行各种修改和变化是显而易见的。因此，应该理解上述示例性实施例不是限制性的，而在各方面是说明性的。
Claims (11)
1.一种宽带天线系统，包括：
接地面；
金属板，与所述接地面平行，构成对所述接地面的容性负载；
辐射结构，与所述接地面和所述金属板垂直地连接，所述辐射结构包括：
馈电导体，提供电信号；
短路枝节，将所述提供的电信号发送到所述接地面；
电桥，使所述馈电导体和所述短路枝节互相连接，所述电桥与所述
金属板分离；
第一辐射导体，连接到所述接地面和所述金属板，并耦合到所述提供的电信号，从而辐射电磁波，其中，所述馈电导体、所述短路枝节和所述电桥形成在所述辐射结构的第一平面上，所述第一辐射导体形成在所述辐射结构的第二平面上。
2.如权利要求1所述的宽带天线系统，还包括第二辐射导体，其与所述金属板和所述接地面垂直地连接，并耦合到所述提供的电信号，从而辐射电磁波，
其中，所述第二辐射导体形成在所述辐射结构的第三平面上，所述第二平面和所述第三平面形成在关于所述第一平面对称的两侧上。
3.如权利要求1所述的宽带天线系统，其中，所述辐射结构是长方体，并且所述第一平面和所述第二平面是所述长方体的相对侧。
4.如权利要求2所述的宽带天线系统，其中，所述辐射结构包括结合在一起的第一长方体和第二长方体，所述第二平面是所述第一长方体的外侧，所述第三平面是所述第二长方体的外侧，所述第一平面是层，在所述层上所述第一长方体和所述第二长方体结合在一起。
5.一种宽带天线系统，包括：
接地面；
金属板，与所述接地面平行，构成对所述接地面的容性负载；
辐射结构，将所述接地面和所述金属板连接，
其中所述辐射结构包括：
馈电导体，提供电信号；
短路枝节，将所述提供的电信号发送到所述接地面；
电桥，使所述馈电导体和所述短路枝节互相连接，所述电桥与所述金属板分离；
辐射导体，垂直地连接到所述金属板和所述接地面，并耦合到所述提供的电信号，从而辐射电磁波。
6.如权利要求5所述的宽带天线系统，其中，所述辐射结构包括两个短路枝节和两个辐射导体，所述两个短路枝节布置在所述馈电导体的相对侧，所述两个辐射导体布置在所述馈电导体的相对侧。
7.如权利要求6所述的宽带天线系统，其中，所述馈电导体与同轴线缆的内部导体对应，所述短路枝节和所述辐射导体与所述同轴线缆的外部导体对应。
8.如权利要求6所述的宽带天线系统，其中，所述馈电导体、所述短路枝节和所述辐射导体由导线形成。
9.一种宽带天线系统，包括：
一对馈电线；
一对金属板，与所述馈电线平行，所述馈电线布置在其间；
辐射结构，将所述馈电线和所述金属板连接；
其中，所述辐射结构包括：
馈电导体，与所述金属板分离，在所述辐射结构的第一侧上，并通过所述馈电线而被提供电信号；
辐射导体，在所述辐射结构的第二侧上，垂直地连接到所述金属板，并耦合到所述提供的电信号，从而辐射电磁波。
10.如权利要求9所述的宽带天线系统，其中，所述馈电线和所述馈电导体垂直地连接。
11.如权利要求9所述的宽带天线系统，其中，所述馈电线和所述馈电导体在相同平面上连接。
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