[发明专利]一种宽带全向天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及电磁场与微波技术领域的一种宽带全向天线。本发明在宽频带范围内工作，具有水平全向的方向图，适用于现代化的宽带大功率跳频、扩频通信电台中具有较宽工作频带的宽带天线。

背景技术

在现代通信技术中，为了保障通信的质量和信息的保密性，通信电台广泛使用了跳频扩频技术。因此，就要求天线必须是具有较宽工作频带的宽带天线。另外，由于外观及空间利用方面的原因，体积小巧，结构紧凑成为制约天线的又一要求。在传统的短波、超短波天线中，传统单极子天线因其结构简单、易于馈电、具有水平全向的辐射特性而得到了广泛应用，但其阻抗带宽较窄，一般只有10％左右，不能满足现代化的宽带调频扩频通信要求。通过改进单极子天线，可以增加天线带宽，并能同时保证天线的全向辐射特性。通常，宽带的调频、扩频电台宽带天线实现主要有以下三种方法：

泉州佳信天线有限公司申请的专利“宽带全向天线的改进结构”(申请号：200910112518.3，公开号：CN101651258A)中提出了一种通过多个辐射体、寄生振子、额流管和金属支撑管共线排列的宽带天线。该天线有很宽的工作带宽。该宽带全向天线仍然存在的不足是：虽然该宽带全向天线具有较宽的阻抗带宽，但是，相邻振子间距很大，导致该天线体积很大，不宜在空间相对狭小的场地安装，因而在短波及超短波频带应用时受到限制。

西安电子科技大学申请的专利“宽带中馈鞭天线”(申请号：93102443.9，公开号：CN1096137A)中提出了一种非对称中馈鞭天线，通过在馈电点处串联一个非调谐式宽带阻抗匹配器来展宽天线的带宽。采用该方法的天线频带宽，电压驻波比低。但是，该方法存在的不足之处有三点，第一，采用不平衡中馈天线，会导致天线的辐射方向图畸形，最大辐射方向不再是水平方向。第二，该方法在馈电点位置处串联一个无源的阻抗变换器和一个宽带电抗补偿元件，虽然阻抗匹配网络中一般都使用理论上无耗的电抗元件，但在实际中这些元件并不是完全无耗的，会降低天线的辐射效率。第三，在馈电点出处加入集总元件构成的匹配网络会使得天线整个结构不再紧凑。因而在实际应用中局限性比较大。

发明内容

本发明的目的在与克服上述现有技术的不足，提供了一种体积小且结构紧凑的宽带全向天线，利用天线自身结构特点，根据普通单极子天线的阻抗特点，在辐射体上以及辐射体内部设计阻抗匹配结构。在工作频段内展宽了天线的阻抗带宽和方向图带宽，实现了水平方向的全向辐射特性，最大增益方向在水平方向。

实现本发明的具体思路是：采用上部分实心、下部分空心的金属管作为辐射体，根据该金属管的阻抗特点，在辐射体上以及辐射体内部设计阻抗匹配结构。通过现代全局优化算法优化阻抗匹配结构的尺寸及位置，实现天线阻抗的匹配。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明包括辐射结构、馈电结构和阻抗匹配结构。辐射结构采用上部分实心、下部分空心的金属管。馈电结构包括中心开孔的金属地板和同轴电缆接头，同轴电缆接头的外导体焊接在金属地板上。阻抗匹配结构包括铜导线、圆环形金属片和尼龙螺钉，金属管、铜导线、圆环金属片、地板呈共轴排列，同轴电缆接头的内导体穿过金属地板中心的孔与铜导线的底端焊接，铜导线套装于金属管内部，铜导线的顶端焊接在金属管内部实心部分的底端，金属管的底端焊接在圆环形金属片的内圆处，圆环形金属片通过尼龙螺钉固定在金属地板的上方。

发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明采用上部分实心、下部分空心的金属管作为辐射体，克服了现有技术存在的宽带天线体积大的缺点。使得本发明具有了结构简单、占用空间小的优点，有效扩大了天线的应用范围。

第二，本发明通过在辐射体上和辐射体内部设计阻抗匹配结构，展宽了天线阻抗带宽，克服了现有技术在馈电端口处接入额外的阻抗匹配网络，使天线结构不紧凑、馈电复杂的缺点。使得本发明具有结构紧凑、易于馈电的优点。

第三，本发明通过现代全局优化算法优化铜导线的直径及长度、圆环形金属片的外直径及其距离地板的高度来实现天线阻抗的匹配，克服了现有技术使用集总元件构成的阻抗匹配网络降低天线辐射效率的缺点。使得本发明具有在展宽天线带宽的同时不影响天线的辐射效率的优点。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的A-A剖视图；

图3为本发明实施例电压驻波比的仿真及测试图；

图4为本发明实施例的方向图。

具体实施方式