CN102356481A - 沙漏形花瓶外壳中的全向天线 - Google Patents

Abstract

一种用于接收数字电视广播信号的天线结构包含具有大体上沙漏形状的花瓶天线外壳，其具有圆锥形上和下区段，所述圆锥形上和下区段接合在一起以限定较窄直径中间部分。该天线结构还包含蚀刻在花瓶天线外壳的内表面上的信号接收天线。该信号接收天线符合到花瓶天线外壳的形状并且由此呈现弓状的部分沙漏形状。该信号接收天线可以是苜蓿叶形天线或螺旋天线。

Description

沙漏形花瓶外壳中的全向天线

相关申请的交叉引用

本申请涉及2009年1月7日提交且标题为“Omni-Directional Antenna In An Hourglass-Shaped Vase Housing”的序列号为No.61/204,448的美国临时申请，其公开内容通过引用结合于此。本申请在35 U.S.C.119和/或35 U.S.C.120下要求前述相关临时申请的优先权权益。

技术领域

本发明大体上涉及用于接收诸如电视信号的广播信号的天线，并且更具体而言涉及用于接收数字格式的广播信号的电视天线。

背景技术

传统室内电视天线***通常包含分别用于VHF和UHF接收的两个分离天线。用于接收VHF频段的天线采用形成偶极的一对伸缩元件，其中每个元件具有4至6英尺（1.5至2.5m）的最大长度。所述两个元件经常安装成允许元件伸展分开以增大或缩短偶极长度，并且这些元件通常称为“兔耳”。室内UHF天线典型地是直径为约7 1/2英寸（20cm）的环形。

与传统室内天线***关联的一个问题在于，VHF偶极的物理尺度对于起居室中的通常设置而言是不期望地长，并且偶极元件的长度以及方向可能需要根据接收频道而调节。第二个问题在于，这种传统室内VHF/UHF天线的性能响应于天线元件周围物理条件的变化而变化。例如，由于接触天线的人体改变与天线元件关联的电磁条件，所以用户难以对天线进行适当调节。

第三个问题在于，传统室内天线***不总是提供用于良好接收的充分信号电平。

与“兔耳”天线关联的第四个问题在于，尽管它当前是能起作用的，但是在美学吸引力上差得多并且其较大的尺寸使得其难以隐藏。

与前述天线关联的第五个问题在于，它不是非常适合用于接收数字格式的高清晰度广播电视信号。

NTSC（国家电视标准委员会）广播信号于1941年被美国采用作为标准化电视广播和视频格式，这种格式目前正在使用。NTSC信号为模拟信号。然而，NTSC模拟格式于2009年6月12日被淘汰，并且所有电视广播信号已经改为ATSC（高级电视***委员会）数字格式。用于数字电视的ATSC标准已经被美国和若干其它国家采用。

因此，电视接收器天线已经成为新的数字电视接收***的关键元件从而接收所有新的数字电视频道，所述新的数字电视频道主要是在UHF（超高频）频段中，其中一些频道位于覆盖传统电视频道7至13的上VHF（甚高频）频段。没有良好的全向电视天线，消费者将无法接收所有的已经出现广播格式变化的数字ATSC信号。大多数传统室内或室外天线仅仅在天线指向电视广播电台的方向时接收信号；否则，转换盒或ATSC电视仅仅在电视上示出空白屏幕。利用模拟NTSC广播信号，当天线没有指向正确方向时，消费者仍然能够看到一些画面或者雪花状图像，并且消费者仍可以通过观察电视上显示内容的画面质量变化，将天线旋转到正确方向。接收ATSC信号的数字电视显示画面或者显示空白或黑暗屏幕，并且因而不提供警告消费者他们应旋转天线以在同一区域实现更好的频道接收的指示。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于接收数字格式的广播电视信号的天线。

本发明的另一目的是提供一种室内电视天线，该室内电视天线是全向的，并且因此不需要调节从而接收宽范围的广播电视信号。

本发明的又一目的是提供一种用于与接收模拟和数字电视信号二者的电视接收器一起使用的室内天线。

本发明的另一目的是提供一种用于电视接收器的接收天线，该天线包含有吸引力的沙漏形花瓶外壳，该天线元件位于所述外壳内。

依据本发明的一种形式，优选地供室内使用并且特别地构造成用于接收数字格式的广播电视信号的一种天线呈现用于良好电视信号接收的良好的全向性以及相对较高的增益，从而最小化或消除用户调节天线的位置的需求。在一种形式中，天线位于有吸引力的沙漏形花瓶外壳内，该外壳具有大体上圆锥形的上和下区段，所述上和下区段接合在一起以限定居中的或非居中的相对较窄直径中间部分。由上和下区段的较大端部分别限定的外壳的相对的顶和底端部部分因而形成有与中间部分的直径相比而言相对较大的直径。外壳提供了一种用于支撑天线的成形部（form）并且在其它方面对天线的功能不起作用，而是提供了用于收纳天线的总体上悦目的外观，使得用户将更倾向于在其电视附近陈列该外壳。

位于外壳内的天线可以配置成一对蝶形天线的形式，所述蝶形天线彼此横向地或者成角度地布置，其中一个蝶形天线的中心交叠或接近另一个蝶形天线的中心，并且其中它们的中心优选地布置成与沙漏形花瓶外壳的较窄中间部分对齐。蝶形对实施例大体上限定了苜蓿叶形天线，其优选地与外壳的较窄中间部分中心对齐。备选地，天线可以是位于外壳内并且其中心与外壳的较窄中间部分对齐的螺旋天线。

通过结合附图而阅读的对本发明说明性实施例的以下详细描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将清楚明显。

附图说明

图1-5为本发明的天线位于其中的沙漏形花瓶天线外壳的各种视图（分别为顶部等轴视图、底部等轴视图、侧视图、俯视图和仰视图）。

图6为本发明的天线的一种形式（在其位于外壳内之前）的平面俯视图，该天线为螺旋天线。

图7为图6所示的位于外壳内的本发明的螺旋天线的前等轴视图。

图8为两个类似形状的蝶形天线之一在位于外壳内之前的平面俯视图，所述两个类似形状的蝶形天线被组合以限定本发明的苜蓿叶形天线的第一种形式。

图9为两个类似形状的蝶形天线之一在位于外壳内之前的平面俯视图，所述两个类似形状的蝶形天线被组合以限定本发明的苜蓿叶形天线的第二种形式。

图10为图9所示的位于外壳内的本发明的苜蓿叶形天线的前等轴视图。

图11为对于位于如图7所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图6所示的螺旋天线，示出在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的增益（单位为dBd）的图表。

图12为对于位于如图7所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图6所示的螺旋天线，针对频率（单位为MHz）测量的增益（单位为dBd）的曲线图。

图13为对于位于如图7所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图6所示的螺旋天线，针对频率（单位为MHz）绘制的VSWR（电压驻波比）的曲线图。

图14为对于位于如图7所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图6所示的螺旋天线，在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图15为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线，示出在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的增益（单位为dBd）的图表。

图16为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线，针对频率（单位为MHz）测量的增益（单位为dBd）的曲线图。

图17为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线，针对频率（单位为MHz）测量的VSWR（电压驻波比）的曲线图。

图18为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线，在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图19为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线（在这种情况下该天线涂绘在其外表面上），示出在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的增益（单位为dBd）的图表。

图20为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线（在这种情况下该天线涂绘在其外表面上），针对频率（单位为MHz）测量的增益（单位为dBd）的曲线图。

图21为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线（在这种情况下该天线涂绘在其外表面上），针对频率（单位为MHz）测量的VSWR（电压驻波比）的曲线图。

图22为对于位于如图10所示的沙漏形花瓶外壳内并且依据本发明形成的诸如图9所示的两个蝶形天线形成的苜蓿叶形天线（在这种情况下该天线涂绘在其外表面上），在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图23为信号接收天线位于其中并且依据本发明的另一种形式构造的沙漏形花瓶天线外壳的侧视图。

图24为图23所示的本发明的沙漏形花瓶天线外壳的俯视图。

图25为图23和24所示的本发明的沙漏形花瓶天线外壳的仰视图。

图26为本发明的沙漏形花瓶天线外壳的分解等轴视图，并图示了位于其中且依据本发明形成的卷绕（rolled）形式的信号接收天线的一种形式。

图27为处于展开形式并且在其***本发明的花瓶天线外壳中之前，图26所示的本发明的信号接收天线的前视图。

图28为图27所示的本发明的信号接收天线的前视图，其中示出了天线的元件和区段的优选尺度。

图29为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图27和28所示的信号接收天线，示出在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的增益（单位为dBd）的图表。

图30为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图27和28所示的信号接收天线，示出在3dB点处、在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的全向性程度（全向角度）（单位为度）的图表。

图31为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图27和28所示的信号接收天线，在VHF频段中某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图32为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图27和28所示的信号接收天线，在UHF频段中某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图33为本发明的沙漏形花瓶天线外壳的分解等轴视图，并图示了位于其中且依据本发明形成的卷绕形式的信号接收天线的另一种形式。

图34为处于展开形式并且在其***本发明的花瓶天线外壳中之前，图33所示的本发明的信号接收天线的前视图。

图35为图34所示的本发明的信号接收天线的前视图，其中示出了天线的元件和区段的优选尺度。

图36为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图34和35所示的信号接收天线，示出在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的增益（单位为dBd）的图表。

图37为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图34和35所示的信号接收天线，示出在3dB点处、在某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的全向性程度（全向角度）（单位为度）的图表。

图38为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图34和35所示的信号接收天线，在VHF频段中某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

图39为对于位于如图23-26所示的沙漏形花瓶天线外壳内并且依据本发明形成的图34和35所示的信号接收天线，在UHF频段中某些频率（单位为MHz）处测量的竖直方向上的一系列辐射图案。

具体实施方式

首先参考附图的图1-10，可以看出，依据本发明构造的形式为螺旋天线3或者由两个蝶形天线6形成的苜蓿叶形天线4的全向天线2位于大体上沙漏形花瓶外壳8内。沙漏形花瓶外壳8包含大体上圆锥形的上和下区段10、12，所述上和下区段接合在一起（或整体形成）从而限定位于相对较大直径的顶端部部分16和底端部部分18之间的（在高度上）居中的或非居中的相对较窄直径中间部分14，外壳8的每个部分优选地限定内部腔体。外壳8对天线2的功能不起作用（除了为天线提供支撑之外），而是提供用于收纳天线2的总体上悦目的外观，使得用户将更倾向于接近其电视陈列天线结构。外壳8可以由玻璃、塑料或陶瓷材料形成，并包含外表面20和相对的内表面22。外壳8通过其厚度可以是透明、半透明或不透明的，或者外壳8可以使用涂料而涂绘在其外或内表面20、22上，所述涂料不显著抑制电视信号传输通过外壳8以被位于其中的天线2所接收。塑料或金属带24可围绕相对较窄直径的中间部分14，带24同样被提供以仅仅用于装饰目的。

本发明的天线2设计成呈现用于良好的电视信号接收（特别是用于数字格式的电视信号）的良好的全向性和相对较高的增益，并且最小化或消除用户调节天线结构（即，外壳8和安装在其上的天线2）的位置的需要。优选地，本发明的天线以及从美学上看令人满意的沙漏形外壳8被用作室内电视接收天线，不过在本发明的范围内设想将天线2和外壳8用作室外天线。

在本发明的一种形式中，位于沙漏形外壳内的天线2可以由附着到沙漏形花瓶外壳8内部表面22的柔性铜或铝片材或衬底形成。备选地，使用具有铝基、银基或铜基或者有助于良好电视信号接收的其它金属基或材料的金属涂料等，天线2可以涂绘在沙漏形外壳8的内部表面22上或者蚀刻在沙漏形外壳8的内部表面22内。

在本发明的一种形式中，天线2可以由一对蝶形天线26形成，每个蝶形天线26优选地具有图8或图9所示的配置。蝶形天线26优选地彼此横向地或者成角度地布置，其中一个蝶形天线26的中心交叠或接近另一个蝶形天线26的中心，并且它们的中心优选地布置在沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14处。因而，每个蝶形天线26的一个“弓形（bow）”部分或区段28布置在沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14上方并且位于外壳8的上圆锥形区段10的内表面22（或外表面20）上，而两个蝶形天线26的相对的“弓形”部分或区段30位于沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14下方，在外壳的下圆锥形区段12的内表面22（或外表面20）上。所述蝶形天线26一起限定苜蓿叶形天线4，该苜蓿叶形天线4位于沙漏形花瓶外壳8内或者其外表面上。苜蓿叶形天线装置4的中心布置成与沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14对齐。

在附图的图8所示的实施例中，每个蝶形天线26的每个“弓形”部分28、30优选地是实心的（solid），并且具有与其对应的相对“弓形”部分28、30相同的尺度和形状。此外，每个“弓形”部分28、30包含主区段32以及延伸区段34，所述延伸区段通过槽缝S与主区段32分开并且通过槽缝S的相对较窄的宽度而电容性或电感性地耦合到主区段32。更具体而言，槽缝S在宽度上优选地为约1.5毫米，从而将主区段32与每个“弓形”部分28、30的延伸区段34分开。备选地，电感器（或电容器）可以用于将延伸区段34耦合到“弓形”部分28、30的主区段32，使相对的引线电连接到主区段32和延伸区段34，电感器（或电容器）被跨过槽缝S布置。

每个蝶形天线26的每个“弓形”部分28、30被调整从而对由横向布置的蝶形天线26限定的苜蓿叶形天线4的总体配置提供全向性以及宽的带宽。相应地，每个“弓形”部分28、30的延伸区段34和主区段32中的每一个具有特定尺度以提供宽的带宽特性和全向性。

更具体而言，参照图8所示的实施例，每个“弓形”部分28、30优选地具有下述尺度和结构：第一***边缘102，其从位于蝶形天线26的中心处的“弓形”部分28、30的顶点A延伸到拐角C并且长度为约8毫米；第二***边缘104，其从第一***边缘102的拐角C延伸且与所述第一***边缘102成直角布置，并且延伸到槽缝S的边缘（第一***边缘102和第二***边缘104限定“弓形”部分28、30的主区段32的拐角C）并且长度为约1.7毫米；伸长的线性槽缝S的一个端部，成角度的槽缝端部的宽度为约2毫米；第三***边缘106，其形成延伸区段34的外边，从槽缝S的在其相同轴向端部上的相对边延伸到延伸区段34的端部拐角D，并且长度为约10.8毫米；第四***边缘108，其形成延伸区段34的位于直角拐角D和另一直角拐角E之间的远端部，并且长度为约1.1毫米；第五***边缘110，其形成延伸区段34的一部分，第五***边缘110在拐角E处以直角接合到第四***边缘108，并且在平行于第三***边缘106的方向上往回朝向槽缝S延伸，并且长度为约4.15毫米；第六***边缘112，其限定延伸区段34的与第三***边缘106相对的成角度边，第六***边缘112从第五***边缘110的端部延伸并且与其限定约173度的外角F，并且从第五***边缘110与第六***边缘112的接合点延伸的距离的长度为约4.6毫米；第七***边缘114，其限定延伸区段34的与第三***边缘106相对的边的小部分，第七***边缘114在平行于第四***边缘108的方向上从第六***边缘112的相对端部延伸并且长度为约0.1毫米；第八***边缘116，其限定延伸区段34的边，第八***边缘116从第七***边缘114的最外端部延伸的长度为约1毫米，并且与第七***边缘114形成的内角G为约153度，在第七***边缘114的最外端部到槽缝S的相对的轴向端部之间测量的第八***边缘116的长度为约4.1毫米；槽缝S的相对成角度的轴向端部，其宽度为约2毫米；槽缝S的一条边118，其限定延伸区段34的最内（最靠近顶点A的）端部，长度为约3.1毫米；槽缝S的相对边120，其限定“弓形”部分28、30的主区段32的最远端端部，长度为约3.3毫米；第九***边缘122，其限定“弓形”部分28、30的主区段32的边（该边从在相同侧上槽缝S的相对边缘延伸并且在与第八***边缘116共平行的方向上延伸），并且长度为约4.1毫米；第十***边缘124，其限定“弓形”部分28、30的主区段32的一部分（其从第九***边缘122的端部延伸的长度为约1.3毫米）并且与第九***边缘122形成约149度的内角H；以及第十一***边缘126，其从第十***边缘124的端部延伸到“弓形”部分28、30的顶点A并且长度为约1毫米，并且与第十***边缘124限定约153度的外角I。

每个蝶形天线26的第二“弓形”部分30具有与前述第一“弓形”部分28的尺度相似的尺度。然而，从图8可以看出，两个“弓形”部分28、30沿相反方向延伸。“弓形”部分28、30的顶点A彼此面对并且分开约0.5毫米的距离。因而，每个蝶形天线26的每个“弓形”部分28、30诸如前文所述包含主区段32和延伸区段34。应认识到，本发明的天线包含两个这种蝶形天线26，其中它们的中心彼此交叠或接近，使得两个蝶形天线26限定苜蓿叶形天线4。还应认识到，上述的蝶形天线26可以缩放到比先前所述的更大或更小，所具有的尺度与上述尺度成比例。

本发明的苜蓿叶形天线4也可以由一对优选地实心的蝶形天线26形成，每个蝶形天线26具有如图9所示的平面形状。每个蝶形天线26的每个“弓形”部分36、38具有等边三角形的形式，其每一条边优选地长度等于约14毫米或者缩放到成比例的更小或更大的尺度。蝶形天线26的一个“弓形”部分36的一个拐角面对蝶形天线26的另一个“弓形”部分38的拐角并且与之对齐。同样，诸如图9所示的两个蝶形天线26用于形成本发明的双蝶形或苜蓿叶形天线4。蝶形天线26的中心彼此交叠或接近从而限定置于沙漏形花瓶外壳8内部（或其外表面20上）的苜蓿叶形天线4。如同图8所示的实施例，图9的实施例具有位于外壳的上圆锥形区段10内的每个蝶形天线26的一个“弓形”部分36，其中每个蝶形天线26的另一个“弓形”部分38位于外壳8的下圆锥形区段12内，如附图的图10所示。由两个蝶形天线26限定的苜蓿叶形天线4的中心优选地与沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14对齐。另外，图8和9所示的蝶形天线26是中心馈电的并且在内部连接到同轴电缆40，如图10所示，优选地穿过外壳8的下圆锥形区段12的厚度。

替代一对蝶形天线26，本发明可具有位于沙漏形花瓶外壳8内（或其外表面20上）的螺旋天线3，如图7所示。这种螺旋天线3的优选形式示于附图的图6。从图6可以看出，优选地使用对数阿基米德实心元件螺旋天线3，该天线提供在感兴趣的带宽（对于数字格式的电视信号接收）上相对不依赖于频率的响应。类似于先前讨论并且图8和9所示的苜蓿叶形或双蝶形天线4，螺旋天线3可以由薄的柔性铜片材材料或衬底或者诸如铝或银之类的有助于接收数字格式的电视信号的其它材料形成。备选地，使用基于金属的涂料或诸如铜、银或铝之类的提供良好信号接收性的其它材料，图6所示的螺旋天线3可以被蚀刻到沙漏形花瓶外壳8的内或外表面22、20中或涂绘在沙漏形花瓶外壳8的内或外表面22、20上。螺旋天线3是中心馈电的并且连接到同轴电缆40，如图7所示，并且其中心优选地与沙漏形花瓶外壳8的较窄中间部分14对齐。

对于本发明的三个不同实施例，执行了三组测试并且进行了测量。第一实施例为诸如附图的图6所示的位于沙漏形花瓶外壳8内的螺旋天线3，该外壳具有约395毫米的高度并且具有在中心处接合的对称的圆锥形顶部和底部区段，上和下圆锥形区段10、12中的每一个具有直径为约115毫米的相对端部，外壳8具有直径为约98毫米的相对较窄中间部分14。螺旋天线3是中心馈电的。

本发明的第二实施例使用诸如附图的图9所示的双蝶形天线26来限定苜蓿叶形天线4。天线4收纳在比所测试的第一实施例的外壳更小的沙漏形花瓶外壳8内。外壳8包含不对称的上和下圆锥形区段10、12，其中非居中的较窄中间部分14的直径为约80毫米。外壳8的高度为约330毫米，并且外壳8的相对的顶和底端部16、18的直径为约130毫米。两个蝶形天线26限定苜蓿叶形天线4，该苜蓿叶形天线4的中心优选地与外壳8的非居中的较窄部分14对齐。

所测试的本发明的第三实施例类似于第二实施例，除了外壳8在其外表面20上涂敷有涂料使得它基本上不透明之外。

图11、15和19为分别对于三个前述测试的实施例中的每一个，在所选频率处测量的竖直方向上的天线增益的图表，第一个为螺旋天线3位于其中的相对较大外壳8，第二为苜蓿叶形天线4位于其中的相对较小外壳8，以及第三个是在与第二实施例相同大小的外壳8内并且具有与第二实施例相同的苜蓿叶形天线4，但是外壳的外表面20被涂绘。

图12、16和20为分别对于前述三个所测试的本发明实施例中的每一个，天线增益与频率的关系的曲线图。

图13、17和21为分别对于前述三个所测试的本发明实施例中的每一个，针对频率绘制的VSWR（电压驻波比）的曲线图。

图14、18和22为分别对于前述三个所测试的本发明实施例中的每一个，在所选频率处测量的竖直方向上的辐射或天线图案。

从图11-22所示的图表和曲线图可以看出，本发明的位于大体上沙漏形花瓶外壳8内的天线2提供了用于良好电视信号接收（特别是对于数字格式的电视信号）的良好全向性和相对较高的增益。大体上沙漏形花瓶外壳8从美学上看是令人满意的，使得用户将更倾向于接近他的电视陈列天线2位于其中的外壳8。

本发明的花瓶天线的另一型式示于附图的图23-39。此型式的花瓶天线结构包含类似于前文所述并且示于图1-5的沙漏形外壳8，其具有大体上圆锥形的上和下区段10、12以及位于相对较大直径顶端部部分16和底端部部分18之间的相对较窄直径中间部分14。然而，外壳8的顶端部部分16优选地成角度地倾斜，使得当花瓶天线直立地搁置在水平支撑表面上时，顶部边缘不位于水平平面内。此外，花瓶外壳8的底端部部分18具有底端盖或底座50，其安装到（通过螺钉51）圆锥形下区段12并且可以从圆锥形下区段12拆卸以获得对外壳8内部的访问。同轴电缆40（其可连接到用户的电视、数字调谐器或其它电子部件）穿过花瓶外壳8的圆锥形下区段12并且耦合到位于外壳的内部内的信号接收天线2。

此具体实施例的花瓶外壳8的顶端部部分16也具有顶端盖52，该顶端盖优选地具有截顶圆锥的形式，在其下顶点处在其中形成有中央开口54。顶端盖52安装到外壳8的大体上圆锥形的上区段10并且可以从该上区段拆卸。

具有闭合底端部58和轴向相对的开放顶端部60的圆柱形管56在其开放顶端部60处安装到顶端盖52的下开口54。优选地，圆柱形管56防水接合到顶端盖52。圆柱形管56具有在其中在开放顶端部60和闭合底端部58之间轴向延伸的孔62。圆柱形管56的外直径小于花瓶外壳8的较窄中间部分14的直径，使得它可以轴向延伸穿过花瓶外壳的内部。附加到顶端盖52的圆柱形管56可以与顶端盖52从花瓶外壳8拆卸。

圆柱形管56用于两个主要目的。第一，管56用作信号接收天线2的支撑成形部。如将更详细描述的，信号接收天线2安装在裹住圆柱形管56的柔性衬底（例如，Mylar™或其它材料的一个或多个片材64）上。第二，圆柱形管56利用花瓶外壳的顶端盖52限定腔体，用于将花、植物、蜡烛或其它装饰物容纳到其中。相应地，外壳8悦目地看上去只是用户家中的装饰花瓶，并且从其外部，人们将不知晓其含有并用作数字广播电视信号接收天线2。

如前所述，内部圆柱形管56优选地与花瓶外壳8的顶端盖52形成防水密封，使得由圆柱形管56和顶端盖52限定的腔体可以用水填充从而滋养由此容纳的活的植物和花，不过填充圆柱形管56的水可能影响裹住管的信号接收天线2的性能特性。尽管所述管56在此处描述成优选地为圆柱形式，但在本发明的范围内可设想到将管形成为其它形状，诸如在横向截面中为方形或多边形。

除了先前描述且示于附图的图6-10的苜蓿叶形、蝶形和螺旋天线之外，在本发明的范围内可设想到使用其它形式的信号接收天线2，所述天线提供充分的全向性并且呈现出优选地覆盖数字广播电视频率的带宽。两种附加优选形式的依据本发明构造的信号接收天线示于图26-28和图33-35，并且它们各自的增益、全向角度和辐射图案示于图29-32和图36-39。

更具体而言，并且如图26-28所示，优选形式的用于接收数字广播电视信号的天线2包含一对蝶形天线66、68，一个天线66被调整并且竖直地取向（当花瓶外壳8处于直立时）以接收VHF（甚高频）频段内的数字广播电视信号，并且另一个天线68被调整并且水平地取向（当花瓶外壳8处于直立时）以接收UHF（超高频）频段内的数字广播电视信号。

为了将花瓶天线8的结构保持在合理的大小，竖直地取向的VHF蝶形天线66优选地仅仅由一个“弓形”元件70形成。弓形元件70竖直地定位（当花瓶外壳8处于直立时）在一对水平布置的略微分隔开的大体上矩形导电连接盘（land）72上方，其中通过消除对第二个相对布置的弓形元件70的需要，这对大体上矩形导电连接盘72一起用作弓形元件70的接地平面并且有效地将蝶形天线66切成两半。这减小了VHF天线66的总体长度并且因而减小了花瓶外壳8的高度。

VHF天线66的弓形元件70优选地呈倒置的延伸三角形的形式，该三角形具有相互会聚的较低的第一和第二边74、76，所述较低的第一和第二边74、76会聚到小的矩形连接盘78（优选地长度为约7毫米且宽度为约5毫米）内以连接到平衡-不平衡变压器80，并且该三角形具有相对的矩形节段82从而与第三边84、第四边88以及顶部第五边92限定弓形元件70，第三边84以第一内部钝角86接合到第一边74，第四边88以第二内部钝角90接合到第二边76，顶部第五边92以九十度（90°）角接合到第三和第四边84、88。VHF蝶形天线66（具有其接地平面连接盘72）优选地由导电材料（例如铜或铝等）的柔性薄片材形成，UHF蝶形天线68也是如此，并且传输线或条带94被接合到VHF和UHF天线66、68并且将这二者互连，如将更详细描述的那样。

同轴电缆40的一个端部（即，接地屏蔽件（shield）和中心信号导体）连接到75欧姆至300欧姆平衡-不平衡变压器80，该平衡-不平衡变压器80的输出端连接到接地平面连接盘72并且连接到弓形元件70的中心矩形连接盘78。同轴电缆40的相对的轴向端部包含被选择用于连接到电视、数字调谐器或另一电子部件的连接器。

VHF弓形元件的优选尺度如下：第一边74长度为约70毫米；第二边76长度为约70毫米；第三边84长度为约70毫米；第四边88长度为约70毫米；以及第五边92长度为约90毫米。限定接地平面的每一个大体上矩形连接盘72包含：第一边96，其长度为约67毫米；略小的第二边98，其与第一边96相对，长度为约55毫米；更小的外部第三边140，其垂直地布置在第一和第二边96、98之间并且长度为约29毫米；以及第四内部边142，其包含以约116.6度内部角接合在一起并且长度分别为约10毫米和22毫米的两个区段142a和142b。

水平布置的UHF蝶形天线68包含两个相对布置的第一和第二三角形形状的弓形元件144、146，所述弓形元件分别具有指向相反方向的第一和第二顶点148、150。三角形弓形元件144、146彼此分开，但是在它们相面对的底座边152、154处利用在水平伸长的矩形传输线连接盘156而电互连。每个三角形弓形元件144、146因而具有相互会聚以形成弓形元件的第一和第二顶点148、150的第一边158和第二边160，以及处于与第一或第二顶点148、150相对的底座边152、154。优选地，UHF天线68的每个三角形弓形元件144、146具有下述尺度：第一边158长度为约61毫米；第二边160长度为约61毫米；以及底座边152、154长度为约90毫米。将两个三角形弓形元件144、146互连的矩形连接盘156优选地具有在弓形元件的底座边152、154之间测量的约45毫米的长度，以及约30毫米的宽度。此信号接收天线的另外尺度示于图28。上述接收天线在所选频率处的增益、全向角度和辐射图案示于图29-32。

UHF蝶形天线68利用传输线或条带94耦合到VHF蝶形天线66。更具体而言，传输线94在矩形传输线156顶边的中间接合到矩形传输线156（该矩形传输线156互连两个三角形弓形元件144、146），并且在单个VHF弓形元件66的第三边84与第五边92垂直相交处附近进一步接合到该第三边84。从测试结果看来，VHF弓形元件66上连接UHF天线68的这个位置提供了VHF和UHF天线66、68之间的良好耦合特性，而不需要分离的耦合电容器或电感器。

优选地，此处所述并且示于图6-10、27、28、34和35以在本发明的花瓶天线结构中使用的各种天线2的元件是闭合（实心）形式，但是在本发明的范围内可设想到天线2是由包含开放区域的导电轮廓限定的。

如前文另外所述，此处描述的信号接收天线2可以安装在Mylar™或其它材料的柔性片材64上，该柔性片材裹住圆柱形管56。甚至更优选地，制成天线2的导电材料（包含导电材料或者导电涂料的柔性片材）例如夹置在由Mylar™或其它非导电材料的两个片材64形成的层压片材内，所述片材64基本上不会改变位于它们之间的天线2的性能特性。这种层压的柔性结构接着在圆柱形管56的圆周的至少一部分上裹住该圆柱形管56的外表面，并且层压结构的面或交叠的边缘被胶连（taped）在一起以将Mylar™片材64和天线元件的层压结构紧固到圆柱形管56。当然，可以采用并且在本发明的范围内设想到的本领域中公知的将层压天线结构紧固到圆柱形管56的其它方法和手段（例如粘合剂或胶）。

对于图26-28所示的信号接收天线，VHF天线66和UHF天线68彼此分隔开，使得当天线66、68和所述天线66、68安装在其上的柔性衬底64裹住圆柱形管56时，VHF天线66和UHF天线68将使它们的大体中心位于圆柱形管56的在直径方向上相对的边上（即，分开180度），如附图的图26所示。

如前所述，信号接收天线2的另一优选形式示于图33-35。同样，这种具体信号接收天线优选地由柔性导电材料（或导电涂料）形成并且安装到（诸如先前关于图26-28所示的VHF和UHF蝶形天线66、68描述的）Mylar™或其它材料的一个或两个片材64或者安装在它们之间，所述片材如前所述裹住并且紧固到圆柱形管56，如图33所示。天线2基本上由VHF部件170和UHF部件172组成（每个部件由天线元件或区段形成）以接收存在于VHF和UHF频段内的数字广播电视信号。VHF部件170大体上具有环形天线的形式，并且UHF部件172大体上具有其天线元件相互交错的折叠偶极天线的形式，偶极天线位于由外部VHF天线170限定的内部区域174内。UHF和VHF天线170、172的各个区段的优选尺度和角度示于图35。上述接收天线在所选频率处的增益、全向角度和辐射图案示于图36-39。

对于图33-35所示的信号接收天线，同轴电缆的接地屏蔽件和信号导体连接到75至300欧姆平衡-不平衡变压器80的相应输入端，变压器80的输出端连接到VHF环形天线170的分隔开的端部，如图34所示。UHF偶极天线172的元件通过传输线在沿着VHF环形天线170的长度的各个点处电耦合到VHF环形天线170，以提供VHF和UHF天线之间的良好耦合特性，而不需要分离的耦合电感器或电容器。

尽管本发明的花瓶天线到目前为止被描述为具有沙漏形外壳8，但是应认识到外壳例如可以采用其它花瓶形状，诸如圆柱形或者具有加宽顶端部的大体上截顶的锥形。此处描述的各种信号接收天线2可以裹住成形部（诸如圆柱形管56），其被容纳在花瓶外壳内，或者可以涂绘或蚀刻在花瓶外壳的外表面或内表面上，如前文所述。

尽管此处已经参考附图描述了本发明的说明性实施例，但应理解，本发明不限于这些确切的实施例，并且本领域技术人员可以在本发明中实现各种其它改变和修改而不背离本发明的范围或精神。

Claims (16)

1.一种电视广播信号接收天线结构，其包括：

花瓶天线外壳，所述花瓶天线外壳具有大体上沙漏的形状并且包含大体上圆锥形下区段、安装在所述大体上圆锥形下区段上并且接合到所述大体上圆锥形下区段的大体上圆锥形上区段，上区段和下区段中的每一个都具有相对较大和相对较小的直径部分，所述上区段和下区段的相对较小直径部分接合在一起，以限定具有居中的和非居中的相对较窄直径中间部分的其中之一的大体上沙漏形花瓶天线外壳，所述大体上沙漏形花瓶天线外壳具有在纵向方向上延伸的内表面和外表面中的至少一个；以及

信号接收天线，所述信号接收天线位于花瓶天线外壳的内表面和外表面中的所述至少一个上，并且由此符合其形状从而呈现弓状的部分沙漏形状。

2.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述信号接收天线具有馈电点，并且其中该馈电点在纵向上与所述花瓶天线外壳的相对较窄直径中间部分对齐。

3.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述信号接收天线配置为由两个交叠的蝶形天线形成的苜蓿叶形天线，每个蝶形天线具有中心，每个蝶形天线的中心位于接近所述花瓶天线外壳的相对较窄直径中间部分，每个蝶形天线具有一对弓形天线元件，每个蝶形天线的一个弓形天线元件在纵向上被布置在所述花瓶天线外壳的相对较窄直径中间部分上方，并且每个蝶形天线的另一个弓形天线元件在纵向上被布置在所述花瓶天线外壳的相对较窄直径中间部分下方。

4.如权利要求3所述的电视广播信号接收天线结构，其中每个蝶形天线的每个弓形天线区段包含主部分和延伸部分，该延伸部分与主部分通过槽缝分开。

5.如权利要求3所述的电视广播信号接收天线结构，其中每个蝶形天线的每个弓形天线区段大体上形成为等边三角形的形状。

6.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述信号接收天线配置为螺旋天线，该螺旋天线具有中心，该中心位于接近所述花瓶天线外壳的相对较窄直径中间部分。

7.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中沿着所述花瓶天线外壳的纵轴测量的所述外壳的大体上圆锥形上区段的长度比沿着所述花瓶天线外壳的纵轴测量的所述外壳的圆锥形下区段的长度更小。

8.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述信号接收天线形成为涂绘或蚀刻在所述花瓶天线外壳的内表面和外表面中的至少一个上的金属涂料。

9.如权利要求1所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述信号接收天线由导电材料的柔性片材形成，所述柔性片材安装在所述花瓶天线外壳的内表面和外表面中的至少一个上。

10.一种电视广播信号接收天线结构，其包括：

花瓶天线外壳，所述花瓶天线外壳限定内部腔体；

信号接收天线，所述信号接收天线由柔性导电材料形成；以及

伸长的天线成形部，所述伸长的天线成形部位于所述花瓶天线外壳的内部腔体内，柔性信号接收天线安装到所述花瓶天线外壳的内部腔体内的所述伸长的天线成形部。

11.如权利要求10所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述伸长的天线成形部包含外表面，所述柔性信号接收天线安装在所述伸长的天线成形部的外表面上。

12.如权利要求11所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述伸长的天线成形部具有开放的第一轴向端部，并且具有沿轴向形成于其中的孔，所述孔与开放的第一轴向端部连通以用于容纳装饰品。

13.如权利要求11所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述伸长的天线成形部具有位于与开放的第一轴向端部相对的第二轴向端部，所述第二轴向端部是闭合的，由此所述伸长的天线成形部能够通过开放的第一轴向端部容纳液体并且将液体包含在该孔内。

14.如权利要求10所述的电视广播信号接收天线结构，其还包括：

至少一个天线安装衬底，所述至少一个天线安装衬底由非导电材料的柔性片材形成，所述信号接收天线安装到所述至少一个柔性天线安装衬底，所述至少一个柔性天线安装衬底以及安装到其上的所述信号接收天线被安装到所述花瓶天线外壳的内部腔体内的所述伸长的天线成形部。

15.如权利要求12所述的电视广播信号接收天线结构，其中所述花瓶外壳具有开放顶端，所述开放顶端与开放的第一轴向端部和所述伸长的天线成形部的孔连通，以通过所述花瓶外壳的开放顶端并且通过所述伸长的天线成形部的开放的第一轴向端部容纳装饰品并且至少部分地进入所述伸长的天线成形部的孔。

16.如权利要求10所述的电视广播信号接收天线结构，其还包括：

非导电材料的第一柔性片材；以及

非导电材料的第二柔性片材，所述第二柔性片材位于接近所述第一柔性片材，所述信号接收天线***在第一和第二柔性片材之间，所述第一和第二柔性片材以及***在其间的所述信号接收天线安装到所述花瓶天线外壳的内部腔体内的伸长的天线成形部。

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