TW201535864A - 錐形天線 - Google Patents

Abstract

一種錐形天線包括底盤、主輻射體、環形諧振器。其中，底盤的中心設置貫孔，用於饋入電磁波訊號；主輻射體包括呈圓錐形的第一輻射部、呈圓柱形的第二輻射部及呈圓臺形的第三輻射部，用於收發電磁波訊號；環形諧振器設置於底盤上，第一輻射部的外壁穿過環形諧振器與底盤貫孔的外壁緊密連接，環形諧振器與主輻射體共同作用，產生電磁波訊號的諧振頻率。

Description

錐形天線

本發明涉及天線，尤其涉及一種錐形天線。

近年來，由於行動通訊產品的市場需求不斷增大，使得無線通訊技術的發展更為迅速。在通訊產品中，有很大一部分產品為體積較小的可攜式產品。這就要求產品中的各個主要部件必須符合體積小巧但性能良好的要求。目前，在寬頻通訊應用中，錐形天線的使用日益廣泛。但現有錐形天線中，天線的整體體積較大，難以應用在攜帶方便但只有狹小空間的通訊產品中，並且天線的頻帶不寬，在一定程度上限制了此類天線的使用範圍。

有鑑於此，需提供一種錐形天線以滿足電磁波訊號頻帶性能良好且體積較小的要求，便於應用在行動通訊產品中。

本發明實施方式提供的錐形天線包括底盤、主輻射體、環形諧振器。其中底盤的中心設置貫孔，用於饋入電磁波訊號；主輻射體包括呈圓錐形的第一輻射部、呈圓柱形的第二輻射部及呈圓臺形的第三輻射部，用於收發電磁波訊號；環形諧振器設置於底盤表面之上，第一輻射部的外壁穿過環形諧振器與底盤的貫孔外壁緊密連接，環形諧振器與主輻射體共同諧振，產生電磁波訊號的諧振頻率。本發明設計的錐形天線具有體積小、頻帶性能好的特徵，有利於應用在體積狹窄的可攜式通訊產品中。

優選地，第一輻射部、第二輻射部及第三輻射部的中心軸線皆重合。

優選地，主輻射體的中心軸線與底盤的中心軸線相互重合。

優選地，第一輻射部的圓錐底面、第二輻射部的圓柱底面及第三輻射部圓臺兩底面中較小者的直徑長度皆相等。

優選地，第一輻射部、第二輻射部及第三輻射部的外壁共同形成一個曲面，使主輻射體的特性阻抗與設計頻帶匹配。

優選地，環形諧振器的底面與底盤的表面所在平面重合。

優選地，第一輻射部的頂點部分設置通孔，且通孔的外壁直徑與底盤貫孔的外壁直徑相等。

優選地，第一輻射部的中心軸線穿過環形諧振器的圓環中心點。

優選地，主輻射體、底盤及環形諧振器為一體成型，且主輻射體的外部為導電材料結構，內部為空心結構。

本發明的有益效果是明顯的，本發明設計的錐形天線比現有的錐形天線的體積有所減小，而且頻帶性能良好，更便於應用在體積狹窄的可攜式通訊產品中。

圖1為本發明錐形天線一實施方式的立體結構示意圖。

圖2為本發明錐形天線一實施方式的平面示意圖。

圖3為本發明錐形天線一實施方式的尺寸示意圖。

圖4為本發明錐形天線一實施方式的阻抗特性及回波損耗圖。

圖5為本發明錐形天線一實施方式在頻率700MHz到900MHz範圍內的最大增益圖。

圖6為本發明錐形天線一實施方式在頻率2500MHz到2700MHz範圍內的最大增益圖。

圖7為本發明錐形天線一實施方式在頻率800MHz時水平面方向的增益示意圖。

圖8為本發明錐形天線一實施方式在頻率800MHz時垂直平面方向的增益示意圖。

圖9為本發明錐形天線一實施方式在頻率2600MHz時水平面方向的增益示意圖。

圖10為本發明錐形天線一實施方式在頻率2600MHz時垂直平面方向的增益示意圖。

以下實施方式的具體參數只為更好地說明本發明，但不應以具體數值限制本發明專利的範圍。

圖1為本發明錐形天線一實施方式的立體結構示意圖，圖2為本發明錐形天線一實施方式的平面示意圖。如圖1、圖2所示，錐形天線包括底盤1、主輻射體5、環形諧振器6。

在本實施方式中，底盤1呈圓盤形，底盤1的上底面和下底面均為一平面且兩面相互平行，底盤1中心設置貫孔，用於饋入電磁波訊號。在其他實施方式中，底盤1也可以為其他形狀。

本天線的主輻射體5用於輻射和接收電磁波訊號，包括呈圓錐形的第一輻射部2、呈圓柱形的第二輻射部3及呈圓臺形的第三輻射部4。

第一輻射部2可為一種用導電材料製作而成的空心圓錐結構。沿垂直第一輻射部2中心軸線的平面方向對第一輻射部2的圓錐頂點部分進行切割，使切割後第一輻射部2的頂點部分成為一通孔（或切口），且使這一通孔外壁的直徑與底盤1的貫孔外壁直徑相等，從而當第一輻射部2與底盤1連接時，第一輻射部2的通孔外壁與底盤1的貫孔外壁緊密連接，並且底盤1的中心軸線與第一輻射部2的中心軸線重合。

第二輻射部3亦可為一種用導電材料製作而成的空心圓柱結構。第二輻射部3圓柱的一底面與第一輻射部2的圓錐底面完全重合，使得兩輻射部的外壁緊密連接，共同形成一個曲面。

第三輻射部4亦可為一種用導電材料製作而成的空心圓臺結構。第三輻射部4中直徑較小的底面與第二輻射部3的圓柱另一底面完全重合，使得兩輻射部的外壁緊密連接，共同形成一個曲面。

在本發明一具體實施例中，第一輻射部2、第二輻射部3、第三輻射部4所用的導電材料可以為銅、鋁等一些金屬材料或由混合材料製作而成的導電材料。

第一輻射部2、第二輻射部3及第三輻射部4順序相連且它們的中心軸線重合，使得它們的外壁共同形成一個曲面，從而使得主輻射體5的中心軸線和第一輻射部2、第二輻射部3及第三輻射部4的中心軸線同在一條直線上且特性阻抗與設計頻帶匹配。主輻射體5的第一輻射部2與底盤1的平面垂直連接，使得主輻射體5的中心軸線與底盤1的中心軸線相互重合。

環形諧振器6設置於底盤1表面之上，用於與主輻射體5共同諧振，產生電磁波訊號的諧振頻率。環形諧振器6的底面與底盤1表面所在的平面重合，第一輻射部2的外壁穿過環形諧振器與底盤1貫孔的外壁緊密連接，且第一輻射部2的圓錐中心軸線穿過環形諧振器6的圓環中心點。

結合本實施方式設計目標的電磁波訊號頻譜寬度，依照公式（1）和（2）計算環形諧振器6的平均直徑：

（1）

（2）

其中公式中的n代表正整數，c代表光速度，ε代表有效介電常數，代表諧振環的平均直徑，λg代表波導波長。

圖3為本發明錐形天線一實施方式的尺寸示意圖，在本實施方式中，底盤1的直徑長度為130毫米，厚度為0.5毫米。

第一輻射部2的圓錐高度為30毫米，圓錐底面直徑長度為40毫米，第一輻射部2的圓錐側面與底盤1上表面所在平面形成50°的夾角。第二輻射部3的圓柱高度為40毫米，圓柱兩底面直徑長度皆為40毫米，與第一輻射部2的直徑長度相等，使得第二輻射部3的外壁與第一輻射部2的外壁形成一個曲面。

第三輻射部4的圓臺高度為14毫米，圓臺的上底面直徑長度為80毫米，圓臺的下底面直徑長度為40毫米，圓臺的下底面直徑長度與第二輻射部3的上底面直徑長度相等，使得第三輻射部4的外壁與第二輻射部3的外壁形成一個曲面。

環形諧振器6的高度為4毫米，外環直徑長度為56毫米，內環直徑長度為44毫米。

在本實施方式中，本發明的錐形天線可採用一體成型的製作工藝製作而成，使得主輻射體5的外部為導電材料結構，外部的導電材料厚度約為0.56毫米，內部為空心結構，從而使得其具有較小的體積，適用於攜帶方便但只有狹小內部空間的通訊產品中。此參數與結構僅舉例參考，不作限定。

對本發明圖1所示的錐形天線進行模擬類比，得到如圖4所示的阻抗特性及回波損耗圖。曲線41表示對應頻率的回波損耗，曲線42和曲線43代表對應頻率阻抗的實部和虛部。從圖中可以看到在頻率約630MHz到4000MHz的範圍內，回波損耗基本符合低於-10dB的設計目標。

方向在三維座標Z軸偏向X軸40°(θ=40°)時，天線所達到的最大增益如圖5、圖6所示。圖5所描述的是，頻率在700MHz到900MHz範圍內，天線所達到的最大增益與對應頻率的關係圖。圖6所描述的是，頻率在2500MHz到2700MHz範圍內，天線所達到的最大增益與對應頻率的關係圖。從圖5和圖6中可以看到，在一定範圍內，不同頻率的增益皆較高且相互頻率間的增益差異不大，說明本發明錐形天線的增益性能較好。

圖7為本發明錐形天線在頻率800MHz時水平面方向的增益示意圖。如圖7所示，在頻率800MHz時，在平面不同方向的增益均能達到1.75dB左右，不同方向的增益較為均勻，全向性較好。

圖8為本發明錐形天線在頻率800MHz時垂直平面方向的增益示意圖。如圖8所示，接近垂直平面正負90°時，天線達到最大增益。

圖9為本發明錐形天線在頻率2600MHz時水平面方向的增益示意圖。如圖9所示，在頻率2600MHz時，在平面不同方向的增益均能達到7.55dB左右，不同方向的增益較為均勻，全向性較好。

圖10為本發明錐形天線在頻率2600MHz時垂直平面方向的增益示意圖。如圖10所示，約在垂直平面呈正負30°時，天線的增益較大。

本發明實施方式中設計的錐形天線，增益性能較好且體積較小，同時天線的頻寬可達到630MHz~4000MHz，有效地擴展了天線的頻寬，從而擴大了天線的應用範圍。

可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。

1‧‧‧底盤

2‧‧‧第一輻射部

3‧‧‧第二輻射部

4‧‧‧第三輻射部

5‧‧‧主輻射體

6‧‧‧環形諧振器

無

1‧‧‧底盤

2‧‧‧第一輻射部

3‧‧‧第二輻射部

4‧‧‧第三輻射部

5‧‧‧主輻射體

6‧‧‧環形諧振器

Claims (9)

1. 一種錐形天線，包括：
   底盤，該底盤中心設置貫孔，用於饋入電磁波訊號；
   主輻射體，包括呈圓錐形的第一輻射部、呈圓柱形的第二輻射部及呈圓臺形的第三輻射部，用於收發該電磁波訊號；及
   環形諧振器，設置於該底盤表面上，該第一輻射部的外壁穿過該環形諧振器與該底盤貫孔的外壁緊密連接，該環形諧振器與該主輻射體共同諧振，產生該電磁波訊號的諧振頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之錐形天線，其中，該第一輻射部、該第二輻射部及該第三輻射部順序相連且中心軸線重合，使得該主輻射體的中心軸線與該第一輻射部、該第二輻射部及該第三輻射部的該中心軸線同在一條直線上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之錐形天線，其中，該主輻射體的該中心軸線與該底盤的中心軸線相互重合。
4. 如申請專利範圍第2項所述之錐形天線，其中，該第一輻射部的該中心軸線穿過該環形諧振器的圓環中心點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之錐形天線，其中，該第一輻射部的圓錐底面、該第二輻射部的圓柱底面及該第三輻射部圓臺兩底面中較小者的底面直徑長度皆相等。
6. 如申請專利範圍第1項所述之錐形天線，其中，該第一輻射部、該第二輻射部及該第三輻射部的外壁共同形成一個曲面，使該主輻射體的特性阻抗與設計頻帶匹配。
7. 如申請專利範圍第1項所述之錐形天線，其中，該環形諧振器的底面與該底盤的表面所在平面重合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之錐形天線，其中，該第一輻射部的頂點部分設置通孔，且該通孔的外壁直徑與該底盤貫孔的外壁直徑相等。
9. 如申請專利範圍第1-8任一項所述之錐形天線，其中，該主輻射體、該底盤及該環形諧振器為一體成型，且該主輻射體的外部為導電材料結構，內部為空心結構。