專利名稱：一種寬帶全向錐形套筒單極子天線的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子技術領域，它特別涉及天線技術。
背景技術：
目前，套筒單極子天線在移動通信等領域有著廣泛的應用。圖1給出了一種傳統的套筒單極子天線，該天線置于金屬底板3之上，用同軸線饋電，其中同軸線的內導體伸出作為輻射體1，同軸線外導體伸出一部分作為直立套筒2。整個天線結構簡單緊湊，其帶寬特性優于普通單極子天線，但通常其相對工作帶寬小于30％，而且需要匹配網絡才能同標準的天線同軸饋線相匹配。
在本專利文件中，我們定義相對工作帶寬為回波損耗小于-10dB條件下頻率上限與頻率下限之差同中心頻率的百分比。
為進一步提高帶寬，文獻[ZhiNing Chen，Kazuhiro Hirasawa，Ke Wu，A novelsleeve monopole with broad bandwidth，Antennas and Propagation Society，(1999)，Vol.2，1244-1247]給出了一種改進型套筒天線，其結構(剖視圖)如圖2所示，它由上輻射體1、直立套筒2、上直立套筒4、金屬底板3和上金屬底板5組成。該天線的相對工作帶寬達到了36％，但是結構較復雜，不易安裝。
發明內容
本發明的目的是提供一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，它具有較寬的相對工作帶寬，同時保持了傳統的套筒單極子天線固有的結構簡單緊湊、易于加工安裝等優點。
本發明提供的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，包括上輻射體1、同軸接頭6及金屬底板3，其特征是它還包括錐形套筒7和絕緣底座8，錐形套筒7固定在絕緣底座8上，錐形套筒7的高度可以為上輻射體1的一半，錐形套筒7的錐度θ的取值范圍為30°≤θ＜90°，錐形套筒7與金屬底板3之間通過絕緣底座8連接，絕緣底座8固定在金屬底板3上，可以通過介質螺釘9來固定。
需要說明的是，上輻射體1、錐形套筒7和金屬底板3可以采用如銅、鋁、銀等導電性能良好的金屬材料，而絕緣底座8和介質螺釘9可以采用如聚四氟乙烯、玻璃纖維等絕緣性好的介質材料；同軸接頭6由內導體10和外導體11組成，內導體10與上輻射體1的底部相連。
發明的工作原理本發明是在傳統的套筒單極子天線(如圖1所示)的基礎上改進得到的。它是通過保持上輻射體1不變，將直立圓柱形套筒2改成有一定錐角的錐形套筒7，以實現上輻射體1的輸入阻抗同天線的同軸饋線的特性阻抗之間的平滑過渡，起到阻抗變換的作用，同時由電磁理論和天線原理可知，錐形套筒7外表面電流同上輻射器1的電流同方向，故也起了輻射作用。通常錐形套筒7的長度取為上輻射體1總長度的一半左右，根據上輻射體1半徑和與天線連接的同軸饋線的特性阻抗可以粗略計算得到錐形套筒7下部半徑的值，錐形套筒7的上半徑的取值范圍通常為0.01λ～下半徑值之間。由于錐形套筒7同金屬底板3之間用絕緣材料8隔離，這樣就減小了天線的輻射損耗，從而提高了輻射效率。這里金屬底板3用來近似理想的大地，其尺寸大小將影響寬帶全向套筒天線的E面輻射方向圖，金屬底板3的尺寸越小對寬帶全向套筒天線的影響就越大，故應根據天線的安裝平臺確定金屬底板3的大小，使金屬底板3的面積盡可能大。上輻射體1靠近同軸接頭內導體10處有一錐角，目的是改善上輻射體同天線輸入端的匹配，以減小反射損耗。通常該錐角取值范圍為60°～120°。
本發明的有益效果是本發明的寬帶全向錐形套筒單極子天線的相對工作帶寬可以達到100％以上，大幅度地提高了套筒天線的工作帶寬，而且不需要匹配網絡就可以實現天線與標準同軸饋線之間的良好匹配；同時保持了傳統套筒單極子天線所具有的結構簡單緊湊的優點。
圖1為傳統的套筒單極子天線的結構示意圖其中，1是輻射體，2是直立套筒，3是金屬底板；圖2是改進型套筒單極子天線結構示意圖其中，1是上輻射體，2是直立套筒，3是金屬底板，4是上直立套筒，5是上金屬底板，6是同軸接頭；圖3是本發明的寬帶全向錐形套筒單極子天線的立體結構示意圖。
其中，1是上輻射體，3是金屬底板，7是錐形套筒，8是絕緣底座；圖4是本發明的寬帶全向錐形套筒單極子天線的剖視圖其中，1是上輻射體，3是金屬底板，6是同軸接頭，7是錐形套筒，8是絕緣底座，9是介質螺釘，10是同軸接頭6的內導體，11是同軸接頭6的外導體，θ是錐形套筒7的錐度，是上輻射體1底端錐角；圖5是實施例的回波損耗測試6是實施例的H面輻射方向圖具體實施方式
本發明的一個實施例是上輻射體1半徑為0.5cm，總長為5cm，錐形套筒7的高度為2.5cm，厚度為0.1cm，上下半徑分別為0.7cm和1.25cm，金屬底板3的半徑為20cm，厚度為0.2cm，θ＝77.6°，＝90°，其中，上輻射體1和錐形套筒7采用的材料是金屬銅，底板3的材料為金屬鋁，絕緣底座8采用的是介電常數為2.3的聚四氟乙烯材料。圖4給出了實施例的回波損耗的測試結果，從圖中可以看出該實施例的工作頻帶在回波損耗小于-10dB時為1175～3720Mhz，即相對工作帶寬為101.3％，遠大于傳統的套筒單極子天線的相對工作帶寬。圖五給出了該實施例的H面輻射方向圖，從圖中可以發現該實施例具有十分良好的全向輻射特性，其方向圖的不圓度不小于-3dB。
綜上所述，本發明提供的寬帶全向錐形套筒單極子天線具有相對工作帶寬寬、全向的輻射特性及結構簡單緊湊等特點，它可以廣泛的應用于移動通信、超短波通信等領域。
權利要求
1.一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，包括上輻射體(1)、同軸接頭(6)及金屬底板(3)，其特征是它還包括錐形套筒(7)和絕緣底座(8)，錐形套筒(7)固定在絕緣底座(8)上，錐形套筒(7)的高度可以為上輻射體(1)的一半，錐形套筒(7)的錐度θ的取值范圍為30°≤θ＜90°，錐形套筒(7)與金屬底板(3)之間通過絕緣底座(8)連接，絕緣底座(8)固定在金屬底板(3)上，可以通過介質螺釘(9)來固定。
2.根據權利要求1所述的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，其特征是所述的上輻射體(1)、錐形套筒(7)和金屬底板(3)可以采用如銅、鋁、銀等導電性能良好的金屬材料。
3.根據權利要求1所述的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，其特征是所述的絕緣底座(8)和介質螺釘(9)可以采用聚四氟乙烯、玻璃纖維。
4.根據權利要求1所述的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，其特征是所述的同軸接頭(6)由內導體(10)和外導體(11)組成，內導體(10)與上輻射體(1)的底部相連。
全文摘要
本發明提供的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線，它是在傳統的套筒單極子天線的基礎上通過保持上輻射體1不變，將直立套筒2改成有一定錐角的錐形套筒7，以實現上輻射體1的輸入阻抗同天線的同軸饋線的特性阻抗之間的平滑過渡，起到阻抗變換的作用，從而展寬了天線的相對工作帶寬。本發明提供的一種寬帶全向錐形套筒單極子天線具有較寬的相對工作帶寬，同時保持了傳統的套筒單極子天線固有的結構簡單緊湊、易于加工安裝等優點。
文檔編號H01Q9/04GK1674353SQ200410022118
公開日2005年9月28日 申請日期2004年3月25日 優先權日2004年3月25日
發明者阮成禮, 王洪裕 申請人:電子科技大學