CN103346402B - 一种全向超宽带圆片天线 - Google Patents

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Abstract

一种全向超宽带圆片天线，它涉及一种天线，具体涉及一种全向超宽带圆片天线。本发明为了解决现有圆片开槽天线在通信中不能覆盖多个频段的问题。本发明包括圆形金属片、圆环形金属片、金属圆台、同轴线、金属地板和四个金属杆，圆环形金属片与金属地板由上至下并排平行设置，圆环形金属片的下表面与金属地板的上表面通过四个金属杆连接，圆形金属片的外边缘与圆环形金属片的内边缘形成环形缝隙，金属圆台固定安装在金属地板上表面的中部，同轴线的上端由下至上依次穿过金属地板、金属圆台，同轴线的外导体与金属地板和金属圆台接触，同轴线的内芯与圆形金属片下表面的中心连接。本发明用于无线电领域。

Description

一种全向超宽带圆片天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体涉及一种全向超宽带圆片天线。
背景技术
超宽带天线一直被广泛应用于通信***当中，以覆盖多个通信频段，实现天线复用功能。但在一些应用环境中，对天线的纵向尺寸有着严格限制，这就需要保证天线带宽及全向辐射的同时，最大可能的减小天线的高度。传统超宽带全向天线，如双锥天线、旋转体天线等在高度上往往不能满足要求。近年来国内外学者对新型低形态天线展开了研究，其中圆片开槽天线在纵向尺寸缩小上表现出良好的性质，但是其物理结构决定其只具有7％左右的宽带，之后的研究者通过在圆片周围添加短路线拓宽其带宽，但依旧不能够满足对于通信上覆盖多个频段的要求。因此实现天线高度最小化并且保持天线全向辐射及超宽带特性成为人们研究的目标。
发明内容
本发明为解决现有圆片开槽天线在通信中不能覆盖多个频段的问题，进而提出一种全向超宽带圆片天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括圆形金属片、圆环形金属片、金属圆台、同轴线、金属地板和四个金属杆，圆环形金属片与金属地板由上至下并排平行设置，圆环形金属片的下表面与金属地板的上表面通过四个金属杆连接，且四个金属杆呈矩形设置，圆形金属片设置在圆环形金属片的中部，且圆形金属片的上表面与圆环形金属片的上表面位于同一平面，圆形金属片的外边缘与圆环形金属片的内边缘形成环形缝隙，金属圆台固定安装在金属地板上表面的中部，且金属圆台竖直方向的轴线与金属地板竖直方向的轴线重合，同轴线的上端由下至上依次穿过金属地板、金属圆台，同轴线的外导体与金属地板和金属圆台接触，同轴线的内芯与圆形金属片下表面的中心连接。
本发明的有益效果是：本发明有效的展宽低频段的带宽，通过在圆形金属片及金属地板之间加入金属圆台，改变辐射缝隙到金属地板之间的距离，有效的拓展了高频段的带宽；本发明解决了全向开槽圆片天线的带宽较窄及纵向尺寸较大的问题。本发明具有超宽的频带范围良好的全向辐射特性；并且具有非常低的天线高度，结构简单制作容易，本发明在微波频段通讯天线工程技术领域里具有实用价值和广阔的应用前景，本发明的中心频率可达到2.07GHz，阻抗带宽可达到0.87GHz～3.27GHz，相对带宽可达到116％，天线高度达到0.13λ0。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明的俯视图，图3是本发明的主剖视图，图4是每个金属杆的长度取不同值时本发明的反射系数，图4中Router表示环形金属片的外半径，Frequency表示频率，图5是金属圆台取不同值时本发明的反射系数，图5中Frequency表示频率，图6是金属杆长度为21mm，金属圆台上表面与圆形金属片下表面之间的距离为12mm时本发明的反射系数，图6中Frequency表示频率，图7是不同工作频率下本发明E面的辐射方向图，图8是不同工作频率下本发明H面的辐射方向图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线包括圆形金属片1、圆环形金属片2、金属圆台3、同轴线4、金属地板5和四个金属杆6，圆环形金属片2与金属地板5由上至下并排平行设置，圆环形金属片2的下表面与金属地板5的上表面通过四个金属杆6连接，且四个金属杆6呈矩形设置，圆形金属片1设置在圆环形金属片2的中部，且圆形金属片1的上表面与圆环形金属片2的上表面位于同一平面，圆形金属片1的外边缘与圆环形金属片2的内边缘形成环形缝隙7，金属圆台3固定安装在金属地板5上表面的中部，且金属圆台3竖直方向的轴线与金属地板5竖直方向的轴线重合，同轴线4的上端由下至上依次穿过金属地板5、金属圆台3，同轴线4的外导体与金属地板5和金属圆台3接触，同轴线4的内芯与圆形金属片1下表面的中心连接。
本实施方式中通过四个金属杆6将圆环形金属片2与金属地板5连接起来组成谐振回路，所述谐振回路由圆形金属片1和圆环形金属片2之间的环形缝隙7的等效电容及四个金属杆6的等效电感组成，有效的展宽了低频带的带宽；通过在圆形金属片1与金属地板5之间加入金属圆台3，改变了辐射缝隙到金属地板5之间的距离，有效的拓展了高频段的带宽。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的圆形金属片1的半径为4.5mm～5.5mm，圆形金属片1的厚度为0.5mm～1.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的圆环形金属片2的内半径为6.0mm～6.4mm，圆环形金属片2的外半径为49.5mm～50.5mm，圆环形金属片2的厚度为0.5mm～1.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的金属圆台3上表面的半径为14.5mm～15.5mm，金属圆台3上表面与圆形金属片1下表面之间的距离Z为11.5mm～12.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的每个金属杆6的直径为1.5mm～2.5mm，每个金属杆6的长度为20.5mm～21.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的环形缝隙7的宽度为1.0mm～1.4mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种全向超宽带圆片天线的圆形金属片1的半径为5mm，圆形金属片1的厚度为1mm，圆环形金属片2的内半径为6.4mm，圆环形金属片2的外半径为50mm，圆环形金属片2的厚度为1mm，金属圆台3上表面的半径为15mm，金属圆台3上表面与圆形金属片1下表面之间的距离Z为12mm，每个金属杆6的直径为2mm，每个金属杆6的长度为21mm，环形缝隙7的宽度为1.4mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，可以通过确定金属杆的尺寸可以调节低频段的带宽，通过确定金属圆台的高度和半径，可实现高频段阻抗的匹配，通过调节环形缝隙及环形金属片外半径的尺寸确定了天线工作的中心频率，使天线的频带为0.8GHz～3.27GHz。
利用CST(CST MICROWAVE STUDIO)仿真软件对具体实施方式七所述天线结构进行仿真实验：从图4、图5和图6中可以看出当金属圆台3上表面与圆形金属片1下表面之间的距离Z为12mm，每个金属杆6的长度为21mm时，可以使天线具有很宽的阻抗带宽，其中心频率是2.07GHz，阻抗带宽为0.87GHz～3.27GHz，相对带宽为116％，天线高度达到0.13λ0(λ0为中心频率的波长)。从图7和图8中可以看出本发明具有良好的全向辐射特性。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

Claims (7)

1.一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：所述一种全向超宽带圆片天线包括圆形金属片(1)、圆环形金属片(2)、金属圆台(3)、同轴线(4)、金属地板(5)和四个金属杆(6)，圆环形金属片(2)与金属地板(5)由上至下并排平行设置，圆环形金属片(2)的下表面与金属地板(5)的上表面通过四个金属杆(6)连接，且四个金属杆(6)呈矩形设置，圆形金属片(1)设置在圆环形金属片(2)的中部，且圆形金属片(1)的上表面与圆环形金属片(2)的上表面位于同一平面，圆形金属片(1)的外边缘与圆环形金属片(2)的内边缘形成环形缝隙(7)，金属圆台(3)固定安装在金属地板(5)上表面的中部，且金属圆台(3)竖直方向的轴线与金属地板(5)竖直方向的轴线重合，同轴线(4)的上端由下至上依次穿过金属地板(5)、金属圆台(3)，同轴线(4)的外导体与金属地板(5)和金属圆台(3)接触，同轴线(4)的内芯与圆形金属片(1)下表面的中心连接，金属圆台(3)位于四个金属杆(6)组成的矩形内。
2.根据权利要求1所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：圆形金属片(1)的半径为4.5mm～5.5mm，圆形金属片(1)的厚度为0.5mm～1.5mm。
3.根据权利要求1所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：圆环形金属片(2)的内半径为6.0mm～6.4mm，圆环形金属片(2)的外半径为49.5mm～50.5mm，圆环形金属片(2)的厚度为0.5mm～1.5mm。
4.根据权利要求1所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：金属圆台(3)上表面的半径为14.5mm～15.5mm，金属圆台(3)上表面与圆形金属片(1)下表面之间的距离(Z)为11.5mm～12.5mm。
5.根据权利要求1所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：每个金属杆(6)的直径为1.5mm～2.5mm，每个金属杆(6)的长度为20.5mm～21.5mm。
6.根据权利要求1所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：环形缝隙(7)的宽度为1.0mm～1.4mm。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述一种全向超宽带圆片天线，其特征在于：圆形金属片(1)的半径为5mm，圆形金属片(1)的厚度为1mm，圆环形金属片(2)的内半径为6.4mm，圆环形金属片(2)的外半径为50mm，圆环形金属片(2)的厚度为1mm，金属圆台(3)上表面的半径为15mm，金属圆台(3)上表面与圆形金属片(1)下表面之间的距离(Z)为12mm，每个金属杆(6)的直径为2mm，每个金属杆(6)的长度为21mm，环形缝隙(7)的宽度为1.4mm。
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