雙頻寬帶電小天線的制作方法
【專利摘要】本發明提供雙頻寬帶電小天線，包括錐體結構、接地金屬柱、圓形地板結構和同軸饋電線，錐體結構包括圓錐體部、錐體末端水平展開部和弧形頂；錐體末端水平展開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部的與圓錐體部相對的一側；錐體結構通過錐體末端水平展開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部的與圓錐體部相同的一側，接地金屬柱的另一端與圓形地板結構相連；接地金屬柱上具有一截斷縫隙，在截斷縫隙間加載有集總電路，其中，集總電路包括串聯的電阻和電感；圓形地板結構的中央具有第一通孔，同軸饋電線穿過所述第一通孔與圓錐體部的頂端接觸，以進行饋電。適合在天線領域推廣應用。
【專利說明】雙頻寬帶電小天線
【技術領域】
[0001] 本發明涉及天線【技術領域】，尤其是涉及雙頻寬帶電小天線。
【背景技術】
[0002] 無線通信設備的天線尺寸一般與其工作頻段所對應的波長相關。若采用的是單極 子類天線，則至少需要1/4波長的天線長度才能產生諧振，因此單極子類天線的尺寸通常 較大。在實際中，通常會同時放置多個天線，而，當設置天線的空間有限時，單極子類天線之 間的電磁干擾將會影響通信質量。
[0003] 在現有技術中，小型化天線能夠克服上述缺陷，如電小天線，其中，當天線的電尺 寸T小于1時，則可稱之為電小天線，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，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 小于電抗，其相當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Chu理論，電小天線的電尺寸T越小，則品質因數 Q越大，天線的帶寬也越窄，從而天線的整體性能也會變差。
【發明內容】
[0004] 本發明為解決現有技術中電小天線存在的匹配困難和帶寬窄的技術問題，提供一 種雙頻寬帶電小天線。
[0005] 本申請的雙頻寬帶電小天線，包括錐體結構、接地金屬柱、圓形地板結構和同軸饋 電線，錐體結構通過接地金屬柱與圓形地板結構相連，錐體結構包括圓錐體部、錐體末端水 平展開部和弧形頂；其中，
[0006] 錐體末端水平展開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部 的與圓錐體部相對的一側；
[0007] 錐體結構通過錐體末端水平展開部與接地金屬柱的一端相連，接地金屬柱位于錐 體末端水平展開部的與圓錐體部相同的一側，接地金屬柱的另一端與圓形地板結構相連；
[0008] 接地金屬柱上具有一截斷縫隙，在截斷縫隙間加載有集總電路，其中，集總電路包 括串聯的電阻和電感；
[0009] 圓形地板結構的中央具有第一通孔，同軸饋電線穿過所述第一通孔與圓錐體部的 頂端接觸，以進行饋電。
[0010] 進一步的，所述錐體末端水平展開部呈圓盤狀，且錐體末端水平展開部的直徑與 所述圓形地板結構的直徑相同。
[0011] 進一步的，所述圓錐體部的頂端具有一圓形截面，圓形截面內具有第二通孔，同軸 饋電線通過所述第二通孔插入圓錐體部的頂端。
[0012] 進一步的，所述第一通孔的直徑與所述同軸饋電線的外徑相等。
[0013] 進一步的，所述錐體結構、所述接地金屬柱和所述圓形地板結構的材料為銅。
[0014] 進一步的，所述同軸饋電線具體為特性阻抗為50Ω的標準同軸饋線。
[0015] 本發明的有益效果是：通過包括圓錐體部的錐體結構和圓形地板結構，本申請的 雙頻寬帶電小天線實質上是一個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，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問題，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] 進一步的，通過錐體末端水平展開部2實現了在不增加天線總體尺寸的情況下延 長天線的電長度，其等效于實現了天線的小型化；
[0017] 進一步的，通過弧形頂構成的漸變結構，可以改善錐體末端水平展開部的不連續 性，減小了天線的反射，從而使得天線能夠以小尺寸實現優良的輻射性能和較寬的頻帶；
[0018] 又，通過接地金屬柱，可以補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現覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶；
[0019] 又，通過接地金屬柱上的截斷縫隙和縫隙間加載的集總電路，使得雙頻寬帶電小 天線產生諧振點，能夠在很寬的頻段范圍內獲得理想的阻抗特性，實現lMHz-38. 8MHz頻段 的覆蓋，進一步的，通過改變集總電路中的電阻值和電感值還實現工作頻段的移動；
[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，在圓形截面內打第二通孔，同軸探針通過第二通孔插入圓錐體部的內部，從而同軸探針 能夠與圓錐體部緊密接觸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的雙頻寬帶電小天線的結構示意圖；
[0022] 圖2是本發明的雙頻寬帶電小天線的仿真反射系數圖；
[0023] 圖3a-e是本發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部,3為弧形頂,4為接地金屬柱,41為 截斷縫隙，5為圓形地板結構，51為第一通孔，6為同軸饋電線。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖，對本申請的技術方案進行詳細描述。
[0026] 本申請的雙頻寬帶電小天線，包括錐體結構、接地金屬柱4、圓形地板結構5和同 軸饋電線6,錐體結構通過接地金屬柱4與圓形地板結構5相連，錐體結構包括圓錐體部1、 錐體末端水平展開部2和弧形頂3 ;其中，錐體末端水平展開部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部2的與圓錐體部1相對的一側；錐體結構通過錐體末 端水平展開部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部2的 與圓錐體部1相同的一側，接地金屬柱4的另一端與圓形地板結構5相連；接地金屬柱4上 具有一截斷縫隙41，在截斷縫隙41間加載有集總電路，其中，集總電路包括串聯的電阻和 電感；圓形地板結構5的中央具有第一通孔51，同軸饋電線6穿過所述第一通孔51與圓錐 體部1的頂端接觸，以進行饋電。
[0027] 通過包括圓錐體部1的錐體結構和圓形地板結構5,本申請的雙頻寬帶電小天線 實質上是一個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，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問題，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；進一步的，通過錐體末端水平展開部2實現了在不增 加天線總體尺寸的情況下延長天線的電長度，其等效于實現了天線的小型化；進一步的，通 過弧形頂3構成的漸變結構，可以改善錐體末端水平展開部2的不連續性，減小了天線的 反射，從而使得天線能夠以小尺寸實現優良的輻射性能和較寬的頻帶；又，通過接地金屬柱 4,可以補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現覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶；又，通過接地金屬柱4上的截斷縫 隙41和縫隙間加載的集總電路，使得雙頻寬帶電小天線產生諧振點，能夠在很寬的頻段范 圍內獲得理想的阻抗特性，實現lMHz-38. 8MHz頻段的覆蓋。
[0028] 在本申請中，如圖1所示，雙頻寬帶電小天線，包括錐體結構，其中，錐體結構包括 圓錐體部1、錐體末端水平展開部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、圓形地板結構5和同軸饋電線6。錐體結構通過接地金屬柱4與圓形地板結構5相連。 具體的，錐體結構通過錐體末端水平展開部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構5相連。在具體實施過程中，錐體結構、接地金屬柱4、圓形地板結構 5和同軸饋電線6的材料均采用金屬銅。
[0029] 在本申請中，錐體末端水平展開部2形成于圓錐體部1的末端，所述錐體末端水平 展開部2呈圓盤狀，具體的，在圓錐體部1的末端向外水平展開并且延伸，從而形成圓盤狀 的錐體末端水平展開部2。且，錐體末端水平展開部2的直徑與圓形地板結構5的直徑相 同，即在圓錐體部1的末端向外水平展開并延伸到與圓形地板結構5的尺寸相同的長度。通 過錐體末端水平展開部2實現了在不增加天線總體尺寸的情況下延長天線的電長度，其等 效于實現了天線的小型化。
[0030] 在本申請中，弧形頂3加載于錐體末端水平展開部2的與圓錐體部1相對的一側， 具體的，在形成錐體末端水平展開部2之后，在錐體末端水平展開部2上加載一弧形頂3,從 而形成一個漸變結構。通過該漸變結構，可以改善錐體末端水平展開部2的不連續性，減小 了天線的反射，從而使得天線能夠以小尺寸實現優良的輻射性能和較寬的頻帶。
[0031] 在具體實施過程中，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°。錐體末端水平展開部2的外直徑(12為300mm、厚度為2mm。弧形頂 3的高度h 2為87mm、厚度為2mm。
[0032] 具體的，在本申請中，接地金屬柱4位于錐體末端水平展開部2的與圓錐體部1相 同的一側，又接地金屬柱4設置于錐體末端水平展開部2的邊緣，由于接地金屬柱4呈感 性，因此，可以補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現覆蓋184MHz-6GHz的超寬頻帶。
[0033] 優選的，在本申請中，接地金屬柱4上具有一截斷縫隙41，在截斷縫隙41間加載有 集總電路，具體的，先將接地金屬柱4截斷，再在截斷處加載集總電路，其中，集總電路包括 串聯的電阻R和電感L，從而使得雙頻寬帶電小天線產生諧振點，能夠在很寬的頻段范圍內 獲得理想的阻抗特性。在具體實施過程中，接地金屬柱4的直徑d 3為12_，將接地金屬柱 4在與圓形地板結構5相距h3高度處截斷，并加載集總電路，h 3為180mm，其中，截斷處縫隙 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處產生一 個諧振點，實現lMHz-38. 8MHz頻段的覆蓋，進一步的，通過改變電阻和電感值還實現工作 頻段的移動。
[0034] 在本申請中，圓形地板結構5的中央具有第一通孔51，同軸饋電線6穿過所述第一 通孔51與圓錐體部1的頂端接觸，以進行饋電。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的同軸探針穿過第一通孔51進行饋電。在具體實施過程中，圓 形地板結構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 準同軸饋線，其內導體直徑為1. 3mm，外導體直徑為3mm。
[0035] 優選的，在本申請中，圓錐體部1的頂端具有一圓形截面，圓形截面內具有第二通 孔，同軸饋電線6通過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，在圓形截面內打第二通孔，第二 通孔為圓柱形，同軸探針通過第二通孔插入圓錐體部1的內部，從而同軸探針能夠與圓錐 體部1緊密接觸。在具體實施過程中，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] 本申請的雙頻寬帶電小天線以300mm X 300mm X 306m的總體尺寸實現了 lMHz-38. 8MHz和184MHz-6GHz雙頻段的寬頻工作范圍。
[0037] 通過CST軟件仿真本申請的雙頻寬帶電小天線得到的反射系數如圖2所示，進一 步的，該雙頻寬帶電小天線在38ΜΗζ、184ΜΗζ、1. 3GHz、2. 5GHz、6GHz這五個頻點處的仿真輻 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 類似倒"8"字的形狀逐漸發生畸變，Η面（xoy面）方向圖由類似圓形逐漸發生畸變，方向 圖具有全向性。
【權利要求】
1. 雙頻寬帶電小天線，其特征在于，包括錐體結構、接地金屬柱（4)、圓形地板結構（5) 和同軸饋電線（6)，錐體結構通過接地金屬柱（4)與圓形地板結構（5)相連，錐體結構包括 圓錐體部（1)、錐體末端水平展開部（2)和弧形頂（3); 其中，錐體末端水平展開部（2)形成于圓錐體部（1)的末端，弧形頂（3)加載于錐體末 端水平展開部（2)的與圓錐體部（1)相對的一側； 錐體結構通過錐體末端水平展開部（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部（2)的與圓錐體部（1)相同的一側，接地金屬柱（4)的另一端與 圓形地板結構（5)相連； 接地金屬柱（4)上具有一截斷縫隙（41)，在截斷縫隙（41)間加載有集總電路，其中，集 總電路包括串聯的電阻和電感； 圓形地板結構（5)的中央具有第一通孔（51)，同軸饋電線（6)穿過所述第一通孔（51) 與圓錐體部（1)的頂端接觸，以進行饋電。
2. 如權利要求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部（2)呈 圓盤狀，且錐體末端水平展開部（2)的直徑與所述圓形地板結構（5)的直徑相同。
3. 如權利要求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，圓形截面內具有第二通孔，同軸饋電線（6)通過所述第二通孔插入圓錐體部（1) 的頂端。
4. 如權利要求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. 如權利要求1所述的雙頻寬帶小天線，其特征在于，所述錐體結構、所述接地金屬柱 (4)和所述圓形地板結構（5)的材料為銅。
6. 如權利要求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的標準同軸饋線。
【文檔編號】H01Q1/36GK104157959SQ201410387927
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】肖紹球, 但冬梅, 王秉中 申請人:電子科技大學