CN1901282A - 超宽带平面单极子天线 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的超宽带平面单极子天线。本发明包括：辐射元件、接地板、同轴馈电端口，辐射元件和接地板相垂直，辐射元件和同轴馈电口相连，辐射元件由一个梯形及一个圆形加顶组成，圆形加顶部件与上述梯形内切，整体是一个光滑过渡单元。本发明用于超宽带通信系统，其结构紧凑，体积小，成本低，而且在整个超宽带频率域内几乎360度范围内分布较均匀。

Description

超宽带平面单极子天线

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的天线，具体是一种超宽带平面单极子天线。

背景技术

随着现代信息技术的飞速发展，超宽带技术在电子对抗、雷达、声纳、地质勘探等众多领域越来越多地被采用。超宽带技术具有抗干扰能力强、传输速率高、超宽带宽、消耗电能少、保密性好、发送功率小等优点。超宽带天线是超宽带的关键技术之一。普通的宽带天线因为频率色散和空间色散等原因通常不能有效地发送和接收超短脉冲，使其不适合现有的超宽带系统。

经对现有技术的文献检索发现，超宽带天线和平面单极子是现代天线技术中研究的两大热点，M.J.Ammann等人发表在2003年2月微波与光纤技术学报(WileyMicrowave Opt Technol Letter)的文章：一种具有短路结构和切角的宽带平面单极子天线(A wideband shorted planar monopole with bevel)，提出了一种在带有短路结构和切角的平面单极子天线，但是天线结构较复杂，可靠性较差；Jianmin Qiu等人发表在2005年2月的微波与光纤技术学报(Wiley MicrowaveOpt Technol Letter)的文章：一种改善平面单极子天线阻抗带宽的技术研究(Acase study to improve the impedance bandwidth of a planar monopole)，对使用切角技术改善单极子天线阻抗带宽的方法进行了研究，这种天线虽然能实现超宽带性能，但是天线尺寸还不够小，如用在较小的通讯设备中，还存在一定困难，尺寸还有继续缩减的可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种超宽带平面单极子天线，使其采用曲线加顶技术在保证超宽带性能的基础上，有效地缩小天线的尺寸。本发明天线的结构紧凑，体积小，制作成本低，而且在整个超宽带频率域内几乎360度范围内分布较均匀。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：辐射元件、接地板和同轴馈电端口，所述辐射元件和接地板垂直放置，接地板和同轴馈电端口相连，同轴馈电端口位于接地板对称中心，同轴内导体引出给辐射单元馈电，同轴馈电端口是背面馈电。

所述辐射元件位于所述接地板的中心，并垂直于所述接地板。

所述辐射元件由一个梯形及一个圆形加顶组成，圆形加顶部件与上述梯形内切，整体是一个光滑过渡单元。

所述辐射元件和所述接地板存在一定间距，此间距等于所述同轴馈电端口的内导体引出长度。

本发明通过调节辐射元件的尺寸、接地板尺寸和辐射单元与接地板间距可调整天线的超宽带性能。辐射元件中的圆形加顶半径R为最低谐振频率的八分之一到四分之一之间，辐射元件中的梯形上顶L范围在2mm-20mm之间，梯形倾角在5度-45度之间选择。辐射元件与接地板间距在0.5mm-2mm之间选择。接地板中的梯形上顶L1范围在2mm-20mm之间，接地板中的梯形延伸L2范围在2mm-30mm之间，接地板中的梯形高G2范围在1mm-30mm之间。

本发明首先通过同轴馈电端口将TEM波传输给辐射元件，由辐射元件向外辐射能量。

本发明和现有技术相相比，其效果是积极和明显的。本发明因为在辐射元件结构上采用带倾角的梯形和圆形加顶，圆形加顶部件与上述梯形内切，整体是一个光滑过渡结构，利用此特性实现了超宽带天线的性能。同时，此项技术能够使天线在更小的体积下得到更大的电长度，适合用于天线的小型化设计，天线尺寸小，重量轻。采用同轴馈电部件直接将能量传递给辐射元件，匹配特性更好。特别地，本发明时域特性好，对短脉冲信号能有效地接收和发送，信号畸变小；同时，本发明辐射全向形好，特别适合用作超宽带辐射天线。因此，本发明结构紧凑，体积小，制作成本低，同时具有较好的全向辐射特性的优点。本发明符合FCC规定的标准，可用于超宽带通信系统。

附图说明

图1是本发明一种超宽带平面单极子天线的第一实例正面结构示意图；

图2是图1中天线的驻波系数曲线；

图3是图1中天线在相关频率上的方向图

图3中，(a)天线在1.3GHz频率上的方向图，(b)天线在3.1GHz频率上的方向图，(c)天线7GHz频率上的方向图(d)天线10.6GHz频率上的方向图

图4是本发明的第二实例的天线的正面结构示意图

图5是第二实例天线的驻波系数曲线。

图6是第二实例天线在相关频率上的方向图。

图6中，(a)天线在1.3GHz频率上的方向图，(b)天线在3.1GHz频率上的方向图，(c)天线在7GHz频率上的方向图，(d)天线在10.6GHz频率上的方向图。

具体实施方式

如图1～图3所示，本发明包括：辐射元件1、接地板2、同轴馈电端口3.辐射元件1和接地板2相垂直，同轴馈电端口3和辐射元件1的一端相连，辐射元件1由一个梯形及一个圆形加顶组成，圆形加顶部件与上述梯形内切，整体是一个光滑过渡单元。

所述辐射元件1位于接地板2的对称轴中心。所述辐射元件1和所述接地板2存在间距，此间距等于所述同轴馈电端口3的内导体引出长度。

所述同轴馈电端口3位于接地板2对称中心处。

所述同轴馈电端口3是背面馈电。

所述辐射元件1的圆形加顶半径R为最低谐振频率的八分之一到四分之一之间。辐射元件1与接地板2间的间距G范围在0.5mm-2mm之间。辐射元件1中的梯形上顶L范围在2mm-20mm之间。

所述接地板2中的梯形上顶L1范围在2mm-20mm之间。接地板2中的梯形延伸L2范围在2mm-30mm之间。接地板2中的梯形高G2范围在1mm-30mm之间。

本发明通过调节辐射单元1的梯形尺寸、辐射单元1圆形加顶的半径和位置以及辐射单元1与接地板2的距离来调节超宽带性能。

实例1：

图1是本发明的第一实例的天线的正面结构示意图，具体尺寸为：辐射元件1中梯形上顶L＝12mm，辐射元件1中的梯形倾角p＝30，辐射元件1中的圆形加顶半径R＝36mm，辐射元件与接地板间距G＝1.5mm。

图2是第一实例天线的驻波系数曲线。该天线的阻抗带宽在1.3GHz与20GHz之间，实现了超宽带性能。

图3是第一实力天线的辐射方向图。该天线在其工作频段中实现了全向辐射。

该天线结构简单并容易生产，所以该天线的成本较低。

实例2：

图4是本发明的第一实例的天线的正面结构示意图，具体尺寸为：辐射元件1中L＝12mm，辐射元件1中的p＝30，辐射元件1中的圆形加顶半径R＝36mm，辐射元件与接地板间距G＝1.5mm。接地板元件中梯形上顶L1＝12mm，梯形延伸L2＝40mm，梯形高G2＝18mm。

图5是第一实例天线的驻波系数曲线。该天线的阻抗带宽在0.9GHz与12GHz之间，实现了超宽带性能

图6是第一实例天线的阻波系数曲线。该天线在其工作频段中实现了全向辐射。

该天线结构简单并容易生产，所以该天线的成本较低。

Claims (10)

1、一种超宽带平面单极子天线，包括：辐射元件(1)、接地板(2)、同轴馈电端口(3)，其特征在于，辐射元件(1)和接地板(2)相垂直，同轴馈电端口(3)和辐射元件(1)的一端相连，辐射元件(1)由一个梯形及一个圆形加顶组成，圆形加顶部件与上述梯形内切，整体是一个光滑过渡单元。

2、根据权利要求1所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述辐射元件

(1)位于接地板(2)的对称轴中心，所述辐射元件(1)和所述接地板(2)存在间距，此间距等于所述同轴馈电端口(3)的内导体引出长度。

3、根据权利要求1所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述同轴馈电端口(3)位于接地板(2)对称中心处。

4、根据权利要求1或者3所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述同轴馈电端口(3)是背面馈电。

5、根据权利要求1或者2所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述辐射元件(1)的圆形加顶半径R为最低谐振频率的八分之一到四分之一之间。

6、根据权利要求1或者2所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述辐射元件(1)与接地板(2)间的间距G范围在0.5mm-2mm之间。

7、根据权利要求1或者2所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述辐射元件(1)中的梯形上顶L范围在2mm-20mm之间。

8、根据权利要求1或者2或者3所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述接地板(2)中的梯形上顶L1范围在2mm-20mm之间。

9、根据权利要求1或者2或者3所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述接地板(2)中的梯形延伸L2范围在2mm-30mm之间。

10、根据权利要求1或者2或者3所述的超宽带平面单极子天线，其特征是，所述接地板(2)中的梯形高G2范围在1mm-30mm之间。

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