雙頻寬帶電小天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供雙頻寬帶電小天線，包括錐體結(jié)構(gòu)、接地金屬柱、圓形地板結(jié)構(gòu)和同軸饋電線，錐體結(jié)構(gòu)包括圓錐體部、錐體末端水平展開(kāi)部和弧形頂；錐體末端水平展開(kāi)部形成于圓錐體部的末端，弧形頂加載于錐體末端水平展開(kāi)部的與圓錐體部相對(duì)的一側(cè)；錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部與接地金屬柱的一端相連，接地金屬柱位于錐體末端水平展開(kāi)部的與圓錐體部相同的一側(cè)，接地金屬柱的另一端與圓形地板結(jié)構(gòu)相連；接地金屬柱上具有一截?cái)嗫p隙，在截?cái)嗫p隙間加載有集總電路，其中，集總電路包括串聯(lián)的電阻和電感；圓形地板結(jié)構(gòu)的中央具有第一通孔，同軸饋電線穿過(guò)所述第一通孔與圓錐體部的頂端接觸，以進(jìn)行饋電。適合在天線領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙頻寬帶電小天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及雙頻寬帶電小天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線通信設(shè)備的天線尺寸一般與其工作頻段所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相關(guān)。若采用的是單極 子類(lèi)天線，則至少需要1/4波長(zhǎng)的天線長(zhǎng)度才能產(chǎn)生諧振，因此單極子類(lèi)天線的尺寸通常 較大。在實(shí)際中，通常會(huì)同時(shí)放置多個(gè)天線，而，當(dāng)設(shè)置天線的空間有限時(shí)，單極子類(lèi)天線之 間的電磁干擾將會(huì)影響通信質(zhì)量。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，小型化天線能夠克服上述缺陷，如電小天線，其中，當(dāng)天線的電尺 寸T小于1時(shí)，則可稱(chēng)之為電小天線，電小天線是天線小型化的極限。其中，天線的電尺寸 T = ka，k為自由空間波數(shù)，a為天線的最大幾何尺寸。但是，由于電小天線的輻射電阻遠(yuǎn) 小于電抗，其相當(dāng)于僅有少量輻射的電容器或電感器，因此，電小天線與常用的特性阻抗為 50Ω的同軸饋電線匹配困難。另外，根據(jù)Chu理論，電小天線的電尺寸T越小，則品質(zhì)因數(shù) Q越大，天線的帶寬也越窄，從而天線的整體性能也會(huì)變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中電小天線存在的匹配困難和帶寬窄的技術(shù)問(wèn)題，提供一 種雙頻寬帶電小天線。
[0005] 本申請(qǐng)的雙頻寬帶電小天線，包括錐體結(jié)構(gòu)、接地金屬柱、圓形地板結(jié)構(gòu)和同軸饋 電線，錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)接地金屬柱與圓形地板結(jié)構(gòu)相連，錐體結(jié)構(gòu)包括圓錐體部、錐體末端水 平展開(kāi)部和弧形頂；其中，
[0006] 錐體末端水平展開(kāi)部形成于圓錐體部的末端，弧形頂加載于錐體末端水平展開(kāi)部 的與圓錐體部相對(duì)的一側(cè)；
[0007] 錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部與接地金屬柱的一端相連，接地金屬柱位于錐 體末端水平展開(kāi)部的與圓錐體部相同的一側(cè)，接地金屬柱的另一端與圓形地板結(jié)構(gòu)相連；
[0008] 接地金屬柱上具有一截?cái)嗫p隙，在截?cái)嗫p隙間加載有集總電路，其中，集總電路包 括串聯(lián)的電阻和電感；
[0009] 圓形地板結(jié)構(gòu)的中央具有第一通孔，同軸饋電線穿過(guò)所述第一通孔與圓錐體部的 頂端接觸，以進(jìn)行饋電。
[0010] 進(jìn)一步的，所述錐體末端水平展開(kāi)部呈圓盤(pán)狀，且錐體末端水平展開(kāi)部的直徑與 所述圓形地板結(jié)構(gòu)的直徑相同。
[0011] 進(jìn)一步的，所述圓錐體部的頂端具有一圓形截面，圓形截面內(nèi)具有第二通孔，同軸 饋電線通過(guò)所述第二通孔插入圓錐體部的頂端。
[0012] 進(jìn)一步的，所述第一通孔的直徑與所述同軸饋電線的外徑相等。
[0013] 進(jìn)一步的，所述錐體結(jié)構(gòu)、所述接地金屬柱和所述圓形地板結(jié)構(gòu)的材料為銅。
[0014] 進(jìn)一步的，所述同軸饋電線具體為特性阻抗為50Ω的標(biāo)準(zhǔn)同軸饋線。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)包括圓錐體部的錐體結(jié)構(gòu)和圓形地板結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)的 雙頻寬帶電小天線實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶有地板的單錐天線，在具有與雙錐天線相同的寬帶特性 時(shí)，其高度為雙錐天線的一般，因此，解決了雙錐天線橫、縱向尺寸較大的技術(shù)問(wèn)題，降低了 天線的尺寸，還具有與雙錐天線相同的良好寬帶特性；
[0016] 進(jìn)一步的，通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部2實(shí)現(xiàn)了在不增加天線總體尺寸的情況下延 長(zhǎng)天線的電長(zhǎng)度，其等效于實(shí)現(xiàn)了天線的小型化；
[0017] 進(jìn)一步的，通過(guò)弧形頂構(gòu)成的漸變結(jié)構(gòu)，可以改善錐體末端水平展開(kāi)部的不連續(xù) 性，減小了天線的反射，從而使得天線能夠以小尺寸實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的輻射性能和較寬的頻帶；
[0018] 又，通過(guò)接地金屬柱，可以補(bǔ)償工作頻率低的天線輸入阻抗的較大電容值，改善天 線的阻抗特性，展寬帶寬，使得雙頻寬帶電小天線實(shí)現(xiàn)覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶；
[0019] 又，通過(guò)接地金屬柱上的截?cái)嗫p隙和縫隙間加載的集總電路，使得雙頻寬帶電小 天線產(chǎn)生諧振點(diǎn)，能夠在很寬的頻段范圍內(nèi)獲得理想的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)lMHz-38. 8MHz頻段 的覆蓋，進(jìn)一步的，通過(guò)改變集總電路中的電阻值和電感值還實(shí)現(xiàn)工作頻段的移動(dòng)；
[0020] 又，為便于同軸饋電線的同軸探針饋電，將圓錐體部的頂端削平，形成一圓形截 面，在圓形截面內(nèi)打第二通孔，同軸探針通過(guò)第二通孔插入圓錐體部的內(nèi)部，從而同軸探針 能夠與圓錐體部緊密接觸。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的雙頻寬帶電小天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明的雙頻寬帶電小天線的仿真反射系數(shù)圖；
[0023] 圖3a-e是本發(fā)明的雙頻寬帶電小天線分別在38MHz、184MHz、l. 3GHz、2. 5GHz、 6GHz的二維仿真方向圖；
[0024] 其中，1為圓錐體部,2為錐體末端水平展開(kāi)部,3為弧形頂,4為接地金屬柱,41為 截?cái)嗫p隙，5為圓形地板結(jié)構(gòu)，51為第一通孔，6為同軸饋電線。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026] 本申請(qǐng)的雙頻寬帶電小天線，包括錐體結(jié)構(gòu)、接地金屬柱4、圓形地板結(jié)構(gòu)5和同 軸饋電線6,錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)接地金屬柱4與圓形地板結(jié)構(gòu)5相連，錐體結(jié)構(gòu)包括圓錐體部1、 錐體末端水平展開(kāi)部2和弧形頂3 ;其中，錐體末端水平展開(kāi)部2形成于圓錐體部1的末端， 弧形頂3加載于錐體末端水平展開(kāi)部2的與圓錐體部1相對(duì)的一側(cè)；錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)錐體末 端水平展開(kāi)部2與接地金屬柱4的一端相連，接地金屬柱4位于錐體末端水平展開(kāi)部2的 與圓錐體部1相同的一側(cè)，接地金屬柱4的另一端與圓形地板結(jié)構(gòu)5相連；接地金屬柱4上 具有一截?cái)嗫p隙41，在截?cái)嗫p隙41間加載有集總電路，其中，集總電路包括串聯(lián)的電阻和 電感；圓形地板結(jié)構(gòu)5的中央具有第一通孔51，同軸饋電線6穿過(guò)所述第一通孔51與圓錐 體部1的頂端接觸，以進(jìn)行饋電。
[0027] 通過(guò)包括圓錐體部1的錐體結(jié)構(gòu)和圓形地板結(jié)構(gòu)5,本申請(qǐng)的雙頻寬帶電小天線 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶有地板的單錐天線，在具有與雙錐天線相同的寬帶特性時(shí)，其高度為雙錐 天線的一般，因此，解決了雙錐天線橫、縱向尺寸較大的技術(shù)問(wèn)題，降低了天線的尺寸，還具 有與雙錐天線相同的良好寬帶特性；進(jìn)一步的，通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部2實(shí)現(xiàn)了在不增 加天線總體尺寸的情況下延長(zhǎng)天線的電長(zhǎng)度，其等效于實(shí)現(xiàn)了天線的小型化；進(jìn)一步的，通 過(guò)弧形頂3構(gòu)成的漸變結(jié)構(gòu)，可以改善錐體末端水平展開(kāi)部2的不連續(xù)性，減小了天線的 反射，從而使得天線能夠以小尺寸實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的輻射性能和較寬的頻帶；又，通過(guò)接地金屬柱 4,可以補(bǔ)償工作頻率低的天線輸入阻抗的較大電容值，改善天線的阻抗特性，展寬帶寬，使 得雙頻寬帶電小天線實(shí)現(xiàn)覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶；又，通過(guò)接地金屬柱4上的截?cái)嗫p 隙41和縫隙間加載的集總電路，使得雙頻寬帶電小天線產(chǎn)生諧振點(diǎn)，能夠在很寬的頻段范 圍內(nèi)獲得理想的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)lMHz-38. 8MHz頻段的覆蓋。
[0028] 在本申請(qǐng)中，如圖1所示，雙頻寬帶電小天線，包括錐體結(jié)構(gòu)，其中，錐體結(jié)構(gòu)包括 圓錐體部1、錐體末端水平展開(kāi)部2和弧形頂3。所述雙頻寬帶電小天線還包括接地金屬柱 4、圓形地板結(jié)構(gòu)5和同軸饋電線6。錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)接地金屬柱4與圓形地板結(jié)構(gòu)5相連。 具體的，錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部2與接地金屬柱4的一端相連，接地金屬柱4的 另一端與圓形地板結(jié)構(gòu)5相連。在具體實(shí)施過(guò)程中，錐體結(jié)構(gòu)、接地金屬柱4、圓形地板結(jié)構(gòu) 5和同軸饋電線6的材料均采用金屬銅。
[0029] 在本申請(qǐng)中，錐體末端水平展開(kāi)部2形成于圓錐體部1的末端，所述錐體末端水平 展開(kāi)部2呈圓盤(pán)狀，具體的，在圓錐體部1的末端向外水平展開(kāi)并且延伸，從而形成圓盤(pán)狀 的錐體末端水平展開(kāi)部2。且，錐體末端水平展開(kāi)部2的直徑與圓形地板結(jié)構(gòu)5的直徑相 同，即在圓錐體部1的末端向外水平展開(kāi)并延伸到與圓形地板結(jié)構(gòu)5的尺寸相同的長(zhǎng)度。通 過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部2實(shí)現(xiàn)了在不增加天線總體尺寸的情況下延長(zhǎng)天線的電長(zhǎng)度，其等 效于實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。
[0030] 在本申請(qǐng)中，弧形頂3加載于錐體末端水平展開(kāi)部2的與圓錐體部1相對(duì)的一側(cè)， 具體的，在形成錐體末端水平展開(kāi)部2之后，在錐體末端水平展開(kāi)部2上加載一弧形頂3,從 而形成一個(gè)漸變結(jié)構(gòu)。通過(guò)該漸變結(jié)構(gòu)，可以改善錐體末端水平展開(kāi)部2的不連續(xù)性，減小 了天線的反射，從而使得天線能夠以小尺寸實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的輻射性能和較寬的頻帶。
[0031] 在具體實(shí)施過(guò)程中，圓錐體部1的厚度為2mm、高度hi為215mm、底端直徑為屯為 250mm、錐角Θ為60°。錐體末端水平展開(kāi)部2的外直徑(12為300mm、厚度為2mm?；⌒雾?3的高度h 2為87mm、厚度為2mm。
[0032] 具體的，在本申請(qǐng)中，接地金屬柱4位于錐體末端水平展開(kāi)部2的與圓錐體部1相 同的一側(cè)，又接地金屬柱4設(shè)置于錐體末端水平展開(kāi)部2的邊緣，由于接地金屬柱4呈感 性，因此，可以補(bǔ)償工作頻率低的天線輸入阻抗的較大電容值，改善天線的阻抗特性，展寬 帶寬，使得雙頻寬帶電小天線實(shí)現(xiàn)覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶。
[0033] 優(yōu)選的，在本申請(qǐng)中，接地金屬柱4上具有一截?cái)嗫p隙41，在截?cái)嗫p隙41間加載有 集總電路，具體的，先將接地金屬柱4截?cái)啵僭诮財(cái)嗵幖虞d集總電路，其中，集總電路包括 串聯(lián)的電阻R和電感L，從而使得雙頻寬帶電小天線產(chǎn)生諧振點(diǎn)，能夠在很寬的頻段范圍內(nèi) 獲得理想的阻抗特性。在具體實(shí)施過(guò)程中，接地金屬柱4的直徑d 3為12_，將接地金屬柱 4在與圓形地板結(jié)構(gòu)5相距h3高度處截?cái)啵⒓虞d集總電路，h 3為180mm，其中，截?cái)嗵幙p隙 41的高度為2mm，R的電阻值為33Ω，L的電感值為80Nh，從而使得天線在1MHz處產(chǎn)生一 個(gè)諧振點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)lMHz-38. 8MHz頻段的覆蓋，進(jìn)一步的，通過(guò)改變電阻和電感值還實(shí)現(xiàn)工作 頻段的移動(dòng)。
[0034] 在本申請(qǐng)中，圓形地板結(jié)構(gòu)5的中央具有第一通孔51，同軸饋電線6穿過(guò)所述第一 通孔51與圓錐體部1的頂端接觸，以進(jìn)行饋電。具體的，第一通孔51的直徑與同軸饋電線 6的外徑相等，同軸饋電線6的同軸探針穿過(guò)第一通孔51進(jìn)行饋電。在具體實(shí)施過(guò)程中，圓 形地板結(jié)構(gòu)5的厚度為2mm、直徑d 4為300mm。同軸饋電線6具體為特性阻抗為50 Ω的標(biāo) 準(zhǔn)同軸饋線，其內(nèi)導(dǎo)體直徑為1. 3mm，外導(dǎo)體直徑為3mm。
[0035] 優(yōu)選的，在本申請(qǐng)中，圓錐體部1的頂端具有一圓形截面，圓形截面內(nèi)具有第二通 孔，同軸饋電線6通過(guò)第二通孔插入圓錐體部1的頂端。具體的，為便于同軸饋電線6的同 軸探針饋電，將圓錐體部1的頂端削平，形成一圓形截面，在圓形截面內(nèi)打第二通孔，第二 通孔為圓柱形，同軸探針通過(guò)第二通孔插入圓錐體部1的內(nèi)部，從而同軸探針能夠與圓錐 體部1緊密接觸。在具體實(shí)施過(guò)程中，形成一直徑為4mm的圓形截面，第二通孔的直徑為 1. 3mm,高度為 2mm。
[0036] 本申請(qǐng)的雙頻寬帶電小天線以300mm X 300mm X 306m的總體尺寸實(shí)現(xiàn)了 lMHz-38. 8MHz和184MHz-6GHz雙頻段的寬頻工作范圍。
[0037] 通過(guò)CST軟件仿真本申請(qǐng)的雙頻寬帶電小天線得到的反射系數(shù)如圖2所示，進(jìn)一 步的，該雙頻寬帶電小天線在38ΜΗζ、184ΜΗζ、1. 3GHz、2. 5GHz、6GHz這五個(gè)頻點(diǎn)處的仿真輻 射方向圖分別如圖3a_e所示。從圖中可以看出，隨著頻率的升高，E面（xoz面）方向圖由 類(lèi)似倒"8"字的形狀逐漸發(fā)生畸變，Η面（xoy面）方向圖由類(lèi)似圓形逐漸發(fā)生畸變，方向 圖具有全向性。
【權(quán)利要求】
1. 雙頻寬帶電小天線，其特征在于，包括錐體結(jié)構(gòu)、接地金屬柱（4)、圓形地板結(jié)構(gòu)（5) 和同軸饋電線（6)，錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)接地金屬柱（4)與圓形地板結(jié)構(gòu)（5)相連，錐體結(jié)構(gòu)包括 圓錐體部（1)、錐體末端水平展開(kāi)部（2)和弧形頂（3); 其中，錐體末端水平展開(kāi)部（2)形成于圓錐體部（1)的末端，弧形頂（3)加載于錐體末 端水平展開(kāi)部（2)的與圓錐體部（1)相對(duì)的一側(cè)； 錐體結(jié)構(gòu)通過(guò)錐體末端水平展開(kāi)部（2)與接地金屬柱（4)的一端相連，接地金屬柱（4) 位于錐體末端水平展開(kāi)部（2)的與圓錐體部（1)相同的一側(cè)，接地金屬柱（4)的另一端與 圓形地板結(jié)構(gòu)（5)相連； 接地金屬柱（4)上具有一截?cái)嗫p隙（41)，在截?cái)嗫p隙（41)間加載有集總電路，其中，集 總電路包括串聯(lián)的電阻和電感； 圓形地板結(jié)構(gòu)（5)的中央具有第一通孔（51)，同軸饋電線（6)穿過(guò)所述第一通孔（51) 與圓錐體部（1)的頂端接觸，以進(jìn)行饋電。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述錐體末端水平展開(kāi)部（2)呈 圓盤(pán)狀，且錐體末端水平展開(kāi)部（2)的直徑與所述圓形地板結(jié)構(gòu)（5)的直徑相同。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述圓錐體部（1)的頂端具有一 圓形截面，圓形截面內(nèi)具有第二通孔，同軸饋電線（6)通過(guò)所述第二通孔插入圓錐體部（1) 的頂端。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述第一通孔（51)的直徑與所 述同軸饋電線（6)的外徑相等。
5. 如權(quán)利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述錐體結(jié)構(gòu)、所述接地金屬柱 (4)和所述圓形地板結(jié)構(gòu)（5)的材料為銅。
6. 如權(quán)利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述同軸饋電線（6)具體為特性 阻抗為50 Ω的標(biāo)準(zhǔn)同軸饋線。
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK104157959SQ201410387927
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】肖紹球, 但冬梅, 王秉中 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)