CN205303665U - 一种侧馈宽频带套筒天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种侧馈宽频带套筒天线，包括套筒天线外筒、套筒天线振子和SMA同轴连接头；套筒天线外筒一端封闭一端开口；在套筒天线外筒上，沿与套筒天线外筒轴线相互垂直的方向上开缝；套筒天线外筒内同轴设有套筒天线振子，套筒天线振子一端与套筒天线外筒封闭端相连接,另一端与手持天线模型的金属接地外壳相连接；套筒天线外筒开口端通过SMA同轴连接头内芯与手持天线模型的金属接地外壳相连接；SMA同轴连接头外导体表面与手持天线模型的金属接地外壳相连接。通过开缝的方式来等效在天线上加载一容性元件，降低馈电点处的感抗的影响，来展宽天线带宽。

Description

一种侧馈宽频带套筒天线

技术领域

本实用新型涉及工程实际应用的一种新型结构套筒天线，属于天线领域。

背景技术

套筒单极子天线基于其本身特有的结构简单、重量相对较轻、方向图稳定等优点，作为一种宽频带天线已经被广泛应用于现代通信及遥感系统中。在实际应用中，套筒单极子天线通常与其他频段的天线共形来共同实现双频段或者多频段信号的收发。然而，虽然传统的套筒天线一定程度上拓宽了带宽，但即便如此，传统套筒天线在VSWR<8的情况下，其倍频程也只有4：1，此外，该天线高度一般都不小于带内低频波长的四分之一。

并且，传统的套筒天线是通过外筒接大地板，振子接馈电点，控制振子高度和外筒高度来保证振子天线的虚拟馈电处电流仅有微小变化，使得天线的阻抗在一定频带内变化幅度不大，从而保证宽频带特性。但是由于传统套筒天线结构上的不连续性，通常情况下，其电压驻波比(VSWR)带宽通常满足小于2.5或者3，而在电压驻波比VSWR<2的时候,带宽通常很窄，并且对大地板有很强的依赖性。

提高套筒天线的带宽与缩短天线尺寸一直也是天线研究人员研究的难题，近年来人们提出了一些方法来提高套筒天线带宽。

文献1张健鑫；傅光，改进型套筒单极子天线的设计,ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse；通过在套筒内加入介质材料，调节介质厚度来减小驻波比，频带内VSWR<3以下，可实现2.48：1倍频，然而结构相对过于复杂，不利于工程实现。

文献2刘楠楠；袁斌；彭天昊；郎少波；刘翀，一种提高套筒天线宽带匹配特性的新方法,电子技术研发ElectronicsR&D.10.3969/j.issn.1000-0755.2015.01.002；通过在套筒端部加载的方法来在频带内VSWR<1.5以下，实现1.8：1倍频，然而该套筒天线整体高度在0.5个波长左右，难以实现小型化的要求。

文献3Yong-xiaZhang；Zhi-yaZhang；GuangFu,LongYang.ResearchonANovelWide-BandSleeveAntenna,IEEECONFERENCEPUBLICATIONS；Publicationyear:2014,Page(s):1-4；通过改变套筒天线外型和套筒加载的方法来实现展宽带宽。在VSWR<3以下，实现4.3：1倍频，并能获得良好的方向图特性，而且尺寸可以控制在带宽内低频频率的0.178个波长。然而，该套筒天线需要理想无限大地板支撑，并且结构上过于繁琐，限制了工程实际之中难以应用。

综上所述，现有文献未能给出一种简洁有效的套筒天线结构来应用于工程实践中，本实用新型提出一种结构简单，有限大地板上实现宽频带的实用套筒天线。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于工程上一些手持天线的设计之中，通常需要使用套筒天线和其他天线共形来实现在不同频带信号的收发。因此如何在有限大等效地板上实现套筒天线性能满足要求的同时，还要保证与其他天线之间的共形问题，是工程上急需解决的一个难题。

为了更好的将套筒天线应用于工程实际上，本实用新型提出一种高度不超过带内低频四分之一波长并且有宽频带特性的侧馈方式的套筒天线。

本实用新型的技术方案是：包括套筒天线外筒1、套筒天线振子2和SMA同轴连接头3；套筒天线外筒1一端封闭一端开口；在套筒天线外筒1上，沿与套筒天线外筒1轴线相互垂直的方向上开缝；套筒天线外筒1内同轴设有套筒天线振子2，套筒天线振子2一端与套筒天线外筒1封闭端相连接,另一端与手持天线模型的金属接地外壳相连接；套筒天线外筒1开口端通过SMA同轴连接头3内芯与手持天线模型的金属接地外壳相连接；SMA同轴连接头3外导体表面与手持天线模型的金属接地外壳相连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述套筒天线外筒1上开缝的缝隙大小为0.6mm。

本实用新型的进一步技术方案是：所述套筒天线外筒1封闭端到开缝处的高度为h1，开缝处到开口端之间的高度为h2。

本实用新型的进一步技术方案是：所述h2/h1＝2.56。

发明效果

本实用新型的技术效果在于：传统侧馈套筒天线在同轴线的激励下，套筒本身会产生一感抗参数，一定程度上也会引起匹配性能变差，降低阻抗带宽。为了降低传统天线的这种套筒本身带来的感抗参数的影响，本实用新型则通过开缝的方式来等效在天线上加载一容性元件，降低馈电点处的感抗的影响，来展宽天线带宽。本实用新型在一三模手机(在一固定手机模型上加载多个天线以实现多频段通讯，通常要求天线易于与手机结构相共形)外壳接地的情况下，根据工程实际需要，采用对套筒进行馈电的侧馈方式，通过套筒在顶端与振子相连接，并在垂直于套筒轴线的方向开缝，成功实现了在1.83：1的倍频程下，实现VSWR<2。此外，本实用新型可以使得同轴线穿过振子，实现在套筒天线顶端用于其他天线的馈电，有效的抑制了外部走线对于套筒天线的影响。

附图说明

图1为本实用新型套筒结构天线主视图

图2为本实用新型套筒结构天线侧视图

图3为本实用新型套筒高度对VSWR的影响图

图4为本实用新型套筒缝隙对VSWR的影响图

附图标记说明：1-套筒天线外筒；2-套筒天线振子；3-SMA同轴连接头；4-金属接地外壳。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本实用新型技术方案进一步说明。

1、请参考图1和图2，为本实用新型套筒天线结构示意图。如图1和图2所示，H＝190mm；h1＝52mm；h2＝133mm；D＝0.6mm。本套筒天线外筒1放置在一手持天线的金属接地外壳4之上,其中金属接地外壳4可等效为地，且并非天线本身结构的一部分。在3处将金属接地外壳开一圆孔，并将同轴线外壁与金属接地外壳相连接，内芯相对于外径伸出4.3mm的高度，并直接与套筒天线高度为h2部分的底面相连接。高度为h1的外筒与高度为h2的外筒之间不相连接，它们之间缝隙高度为0.6mm。而套筒天线直径为6mm，高度为H的振子则直接连接在套筒高度为h1部分的中心处，实现由套筒外筒向套筒振子的馈电过程。本实用新型之中主要通过调节h2/h1的比值与缝隙高度D来减少阻抗中虚部的影响，进而体现为拓展了天线的阻抗带宽，因此，h1、h2和D是对套筒天线VSWR起主要影响作用的参数，如图2和图3所示。当外筒整体高度(h1+h2的高度)不变时，外筒上半部分h1的长度会影响套筒的工作频段，h1在大于19mm时，在电压驻波比小于2时才有工作带宽。增大h1的值，天线电压驻波比VSWR会变宽，而当h1大于132mm时，天线会失配，不能工作在VSWR<2以下。在振子整体长度H不变的时候，外筒缝长D会影响套筒的工作带宽。当D＝0mm时，天线处于完全失配状态，在VSWR<2以下天线不能工作。当D＝0.6mm时，天线处于谐振状态，在工作频带内能够工作。当D继续增大时，天线谐振点会偏移，天线工作带宽会向高频偏移。在本天线结构中，h2/h1＝2.56，h1＝52mm,D＝0.6mm。当振子接地且振子直径足够大时，振子中就可以穿过另一同轴线来确保在套筒天线顶端进行另一天线的馈电，从而确保不用另外引接地线对套筒天线本身参数产生较大影响，还能保证天线结构简单易行。本套筒天线可以保证工作带宽在370MHz-678MHz即1.83:1的倍频程内实现VSWR<2。

本实用新型通过侧馈的方式，使得该天线的电流分布与振子天线的分布相类似。由半波振子天线的电流分布公式可知，

$I\left(z\right)=I_m\sin \&lsqb;\mathrm{\&beta;}(\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}-|z\left|\right)\&rsqb;,\left|z\right|\&le;\frac{\mathrm{\&lambda;}}{4}$

通过侧馈的方式，当整个天线高度从到变化时，套筒天线自身的虚拟馈点位置的电流只有微小变化，因此套筒天线相比于普通的振子天线的带宽要宽很多。

本实用新型目的是这样实现的，将传统侧馈方式的套筒天线的外筒通过沿垂直于套筒轴线方向将外筒分割为上下两个部分，下半部分外筒经由同轴线内芯馈电，而上半部分外筒则与套筒振子相连接。而振子则与地板相连接，从而等效接地，确保振子中间可以有同轴线穿过，方便在套筒天线顶端与其他天线相共形，而外筒通过开缝的方式，则可以等效加载的方式来拓展天线带宽(如图所示)，最终可以确保在370MHz-678MHz内实现VSWR<2的宽带匹配。

其中，本实用新型中与普通套筒天线相比，采用在外筒底端使用同轴馈电的方式，相对于普通套筒天线的馈电方式，能够降低大约0.2个波长的天线高度。而此馈电方式的套筒天线，寄生感抗会增加，而通过在外筒沿垂直于套筒轴线方向开缝的方式，增加天线自身的容抗，使得天线在工作频带内产生谐振，提高频带内的带宽。

Claims (4)

1.一种侧馈宽频带套筒天线，其特征在于，包括套筒天线外筒(1)、套筒天线振子(2)和SMA同轴连接头(3)；套筒天线外筒(1)一端封闭一端开口；在套筒天线外筒(1)上，沿与套筒天线外筒(1)轴线相互垂直的方向上开缝；套筒天线外筒(1)内同轴设有套筒天线振子(2)，套筒天线振子(2)一端与套筒天线外筒(1)封闭端相连接,另一端与手持天线模型的金属接地外壳相连接；套筒天线外筒(1)开口端通过SMA同轴连接头(3)内芯与手持天线模型的金属接地外壳相连接；SMA同轴连接头(3)外导体表面与手持天线模型的金属接地外壳相连接。

2.如权利要求1所述的一种侧馈宽频带套筒天线，其特征在于，所述套筒天线外筒(1)上开缝的缝隙大小为0.6mm。

3.如权利要求1所述的一种侧馈宽频带套筒天线，其特征在于，所述套筒天线外筒(1)封闭端到开缝处的高度为h1，开缝处到开口端之间的高度为h2。

4.如权利要求3所述的一种侧馈宽频带套筒天线，其特征在于，所述h2/h1＝2.56。