一种用于移动通信的小型多频宽带变形套筒天线的利记博彩app

本发明涉及无线通信硬件设计领域，尤其涉及一种多频宽带套筒天线。

背景技术：

随着无线通信系统的迅猛发展，原有传统的窄带天线已满足不了不断发展的无线通信系统的需求。同时，为了尽量减少天线间的干扰，需要尽可能减少天线数量。因此，使用中，多个通信台站通常需要共同使用更少的天线甚至是共用同一副天线。这也要求现在所研制的天线在保证通信效率高、匹配好、损耗小、体积小等性能要求的同时，能够尽可能多地覆盖足够宽的频段。考虑到现有天线的研究现状及现代无线通信系统对天线所提出的各种需求，结构简单的宽带天线逐渐成为天线研究中的一个重要课题。

目前广泛应用的宽带全向线天线主要是宽带套筒天线。宽带套筒天线具有带宽宽、功率容量大的特点。但是由于套筒结构复杂，参量多，难以同时兼顾良好的匹配特性与频带宽度。且，实际制作天线的过程中，天线的结构尺寸还需受到加工条件的限制，由此对天线的工作带宽造成了一定程度的制约。

基于现有套筒天线结构复杂、参数调节困难、加工受限等不足，本发明提出一种变形套筒天线结构。该天线，结构简单、易于加工、宽频带、小型化，既具有理论研究价值，又能很好的填补当前移动平台应用的空白，具有很大的实用意义

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种变形套筒天线，及其对应的参数调节方法。

首先，为实现上述目的，提出一种变形套筒天线，包括底部加载导体柱、导电底板、天线内部导体柱，所述变形套筒天线采用均匀设置于所述导电底板外缘的变形套筒导体柱阵列代替传统套筒天线的套筒结构；

所述变形套筒天线由一根穿过所述导电底板的导体柱构成所述底部加载导体柱和所述天线内部导体柱：所述的天线内导体柱可以看做是所述底部加载导体柱的延伸，两者为一体，所述导体柱与所述导电底板连接的部分形成馈电输入端口；以所述馈电输入端口为界，靠近馈电端的导体柱构成所述底部加载导体柱，靠近辐射端的导体柱构成所述天线内部导体柱；

所述变形套筒导体柱阵列包括至少1根套筒导体柱，所述套筒导体柱的方向与所述天线内部导体柱同向，所述套筒导体柱的长度根据套筒结构等效电容值确定，即，根据所述变形套筒天线辐射频段阻抗匹配的要求，结合选取的所述导电底板的面积，通过软件仿真确定所述套筒导体柱的长度。

进一步，上述变形套筒天线中，还包括螺旋导体柱，所述螺旋导体柱为均匀螺距的弹簧形状导体(为简化设计，便于加工实现，所述螺旋导体柱也可以采用变螺距)；所述螺旋导体柱套接于所述天线内部导体柱的辐射端，所述螺旋导体柱与所述天线内部导体柱的整体电长度合计为1/4低频辐射波长(即基频辐射波长的1/4)。选用螺距变化的螺旋导体柱时，需要同时对螺旋直径与螺距相对调整，使其伸直后的等效电长度满足天线辐射波长要求。

具体而言，上述变形套筒天线中，螺旋导体柱通过卡合于所述变形套筒导体柱阵列辐射端的第一绝缘固定结构固定：所述第一绝缘固定结构的外部结构与所述变形套筒导体柱阵列的辐射端匹配并紧密卡合，所述第一绝缘固定结构的内部设有沿所述螺旋导体柱安装方向并与所述螺旋导体柱形状相匹配的通孔结构，所述螺旋导体柱的耦合端通过所述通孔结构固定于所述天线内部导体柱的辐射端。本领域技术人员应当理解：这里所述的馈电端是以所述底部加载导体柱为参照，远离所述导电底板的方向；所述的辐射端是以所述天线内部导体柱为参照，远离所述导电底板的方向。

进一步，上述变形套筒天线中，还包括耦合辐射导体。所述耦合辐射导体为设置于所述天线内部导体柱的辐射端延长线上的金属圆柱，所述耦合辐射导体的长度为1/4高频辐射波长。

为保证辐射特性，并保证天线机械结构的稳定，耦合辐射导体通过设置于所述螺旋导体柱内的第二绝缘固定结构固定。所述第二绝缘固定结构的外部结构与所述螺旋导体柱(5)的内侧匹配，所述第二绝缘固定结构套接于所述螺旋导体柱内，所述第二绝缘固定结构的内部设有沿天线内部导体柱的辐射方向并与所述耦合辐射导体尺寸相匹配的穿孔结构，所述耦合辐射导体贯穿所述穿孔结构，由所述穿孔结构固定。

为更进一步保证上述变形套筒天线的机械结构稳定，所述变形套筒导体柱阵列的辐射端还包括横向固定杆，所述横向固定杆垂直于所述天线内部导体柱的辐射方向(即天线的轴向)，所述横向固定杆与所述变形套筒导体柱阵列中相邻的套筒导体柱固定连接。

其次，为实现上述目的，还提出一种针对上述变形套筒天线的设计方法，步骤包括：

根据极化参数，确定所述变形套筒天线中套筒导体柱的个数；

根据所述变形套筒天线的工作波长确定所述天线内部导体柱和所述底部加载导体柱的整体长度，所述天线内部导体柱和所述底部加载导体柱的整体长度为所述工作波长的1/4；

根据所述变形套筒天线的工作频段，确定套筒结构等效电容值，根据所述套筒结构等效电容值确定所述导电底板的面积和所述套筒导体柱的长度；

根据所述变形套筒天线的输入阻抗确定所述底部加载导体柱的长度。

进一步，上述变形套筒天线的设计方法中，根据所述变形套筒天线的工作波长确定天线内部导体柱和所述底部加载导体柱的整体长度的步骤中，如果所述变形套筒天线还包括螺旋导体柱，则根据所述螺旋导体柱的电长度抵消所述的天线内部导体柱的相应长度。

进一步，上述方法步骤中还包括，根据所述变形套筒天线的高频辐射波长确定所述耦合辐射导体长度的步骤。所述耦合辐射导体的长度为所述高频辐射波长的1/4。

有益效果

本发明通过采用若干套筒导体柱结构组成的阵列替代传统套筒天线的套筒结构，在保证与传统套筒天线相似的辐射特性的同时，简化了天线的结构，便于加工。本发明通过这种导体柱阵列产生类似于传统套筒结构的电容，通过调节导电底板的面积(及变形套筒导体柱阵列与天线内部导体柱之间的间距)以及阵列中套筒导体柱的长度，调节电容大小，从而改变天线的s11阻抗特性，有效拓宽天线带宽。

在此基础上，本天线还通过调节天线底部加载导体柱的长度(或同时调节其直径)，对消电抗天线输入端的电抗特性，实现天线输入端的阻抗匹配，同样可以拓展天线带宽。

此外，本发明还提供了一种有效缩小天线的尺寸的方式。即，通过螺旋化导体结构，将天线的电长度进行压缩。采用这种方式，只需保证所述螺旋导体柱与所述天线内部导体柱的整体电长度达到1/4低频辐射波长，即，在需要缩小天线长度时，采用较长的螺旋导体柱，对天线内部导体柱的相应长度进行替换。由于对天线辐射特性影响较大的“电长度”是指整个螺旋导体柱伸直后的长度，而非仅仅是其轴向长度，采用这种方法可针对相同的工作频段，设计出整体尺寸更小的天线。

更进一步，本天线还在其辐射方向上增设与低频结构相耦合的耦合辐射导体。通过调节所述耦合辐射导体的尺寸结构，将天线的低频辐射能量耦合至对应的高频频段，进一步地拓展天线带宽。

针对天线的机械结构，本发明在变形套筒导体柱阵列的辐射端设置横向固定杆，提高变形套筒结构的机械的稳定度。同时，本发明还针对螺旋导体柱和耦合辐射导体的结构设计了第一绝缘固定结构和第二绝缘固定结构，分别为螺旋导体柱和耦合辐射导体提供固定。这样的结构设计，在保证天线辐射特性的同时，避免了天线安装或使用过程中出现的结构性形变，有效保证了天线的机械强度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的变形套筒天线结构示意图；

图2为根据本发明的6柱变形套筒天线结构示意框图；

图3为现有套筒天线结构示意框图；

图4为本发明实施例中所提供的两种变形套筒天线与现有套筒天线的驻波比参数对比曲线图；

图5为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构的增益曲线图；

图6为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在0.82ghz频点的辐射方向图；

图7为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在0.96ghz频点的辐射方向图；

图8为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在1.7ghz频点的辐射方向图；

图9为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在1.9ghz频点的辐射方向图；

图10为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在2.1ghz频点的辐射方向图；

图11为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在2.3ghz频点的辐射方向图；

图12为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在2.4ghz频点的辐射方向图；

图13为根据本发明第一实施例所提供的变形套筒天线结构在2.7ghz频点的辐射方向图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例：

图1为根据本发明的4柱变形套筒天线结构示意图。该天线包括底部加载导体柱1、导电底板7、天线内部导体柱4，所述4柱变形套筒天线采用均匀设置于所述矩形导电底板7外缘的变形套筒导体柱阵列3代替传统套筒天线的套筒结构(结构可参照图3所示传统套筒天线结构中的标记14及13)；

所述变形套筒天线由一根穿过所述导电底板7的导体柱构成所述底部加载导体柱1和所述天线内部导体柱4：所述的天线内导体柱可以看做是所述底部加载导体柱的延伸，两者为一体，所述导体柱与所述导电底板7连接的部分形成馈电输入端口2；以所述馈电输入端口2为界，靠近馈电端的导体柱构成所述底部加载导体柱1，靠近辐射端的导体柱构成所述天线内部导体柱4；

所述变形套筒导体柱阵列3包括4根分别设置于矩形导电底板7四角的套筒导体柱3-1、3-2、3-3、3-4，所述套筒导体柱3-1、3-2、3-3、3-4的方向与所述天线内部导体柱4同向，所述套筒导体柱3-1、3-2、3-3、3-4的长度根据所述变形套筒天线辐射频段阻抗匹配的要求，结合选取的所述导电底板7的面积确定。该结构中，所述变形套筒导体柱阵列3与天线内部导体柱4之间形成与传统套筒结构相类似的电容，通过调节变形套筒导体柱阵列3的宽度、长度、高度(其本质是调节该阵列所形成的变形套筒结构的表面积)以及变形套筒导体柱阵列3、天线内部导体柱4之间间距(底面大小)可调节电容值，达到与传统套筒类似的阻抗调节效果，拓展天线带宽。

本领域技术人员可以理解，在对天线方向性要求不高的情况下，单独1根套筒导体柱3-1也可以与天线内部导体柱4构成相同的套筒结构等效电容。通过调节该套筒导体柱3-1的长度以及该套筒导体柱3-1与天线内部导体柱4之间的距离(即所述导电底板7的宽度或面积)，也可以在仅适用1根套筒导体柱3-1的时候，将套筒结构等效电容调节至所需阻抗。因此，同样可以实现天线s11参数的匹配，拓展天线带宽。

进一步，上述变形套筒天线中，还包括螺旋导体柱5，所述螺旋导体柱5为均匀螺距的弹簧形状导体(为使天线结构设计简单易于实现，也可以采用变螺距)；所述螺旋导体柱5套接于所述天线内部导体柱4的辐射端，所述螺旋导体柱5与所述天线内部导体柱4的整体电长度合计为1/4低频辐射波长(即基频辐射波长的1/4)。适当调节底部加载金属柱长度，可对消输入电抗，使天线在宽频段内谐振，拓展带宽。调节螺旋导体柱5所占辐射结构的长度比例，可取代天线内部导体柱4中的相应长度，通过螺旋结构，在保证相同辐射特性的同时，压缩天线的整体尺寸。

为保证天线安装及使用过程中机械结构的稳定，上述变形套筒天线中，螺旋导体柱5通过卡合于所述变形套筒导体柱阵列3辐射端的第一绝缘固定结构8固定：所述第一绝缘固定结构8的外部结构与所述变形套筒导体柱阵列3的辐射端匹配并紧密卡合，所述第一绝缘固定结构8的内部设有沿所述螺旋导体柱5安装方向并与所述螺旋导体柱5形状相匹配的通孔结构，所述螺旋导体柱5的耦合端通过所述通孔结构固定于所述天线内部导体柱4的辐射端。本领域技术人员应当理解：这里所述的馈电端是以所述底部加载导体柱1为参照，远离所述导电底板7的方向；所述的辐射端是以所述天线内部导体柱4为参照，远离所述导电底板7的方向。

进一步，上述变形套筒天线中，还包括耦合辐射导体6。所述耦合辐射导体6为设置于所述天线内部导体柱4的辐射端延长线上的金属圆柱，所述耦合辐射导体6的长度为1/4高频辐射波长。耦合辐射导体6可选择不接触天线其他导体部分的金属圆柱，其总长度相当于高频1/4波长，通过调节其与天线内部导体柱4的距离，调节耦合强度，实现高频段的覆盖。

同样，为保证辐射特性，并保证天线机械结构的稳定，耦合辐射导体6通过设置于所述螺旋导体柱5内的第二绝缘固定结构9固定。所述第二绝缘固定结构9的外部结构与所述螺旋导体柱5的内侧匹配，所述第二绝缘固定结构(9)套接于所述螺旋导体柱5内，所述第二绝缘固定结构9的内部设有沿天线内部导体柱4的辐射方向并与所述耦合辐射导体6尺寸相匹配的穿孔结构，所述耦合辐射导体6贯穿所述穿孔结构，由所述穿孔结构固定。所述第一绝缘固定结构8和第二绝缘固定结构9可选用塑料材质的紧固件实现固定。

为更进一步保证上述变形套筒天线的机械结构稳定，所述变形套筒导体柱阵列3的辐射端还包括横向固定杆，所述横向固定杆垂直于所述天线内部导体柱4的辐射方向(即天线的轴向)，所述横向固定杆与所述变形套筒导体柱阵列3中相邻的套筒导体柱固定连接。

第二实施例：

本发明所提供的天线结构中，根据对天线辐射特性的要求，尤其，根据天线电压驻波比vswr的不同要求，可选择相应数量的套筒导体柱。电压驻波比与套筒导体柱的数量关系可参考图4。

由此，本实施例还提供一种根据本发明的6柱变形套筒天线结构。参考图2，该结构中，将第一实施例中的矩形导电底板7变形为圆盘结构，所述6根套筒导体柱均匀分布于圆盘结构的外缘。无论套筒形状如何改变，只要能获得与原型套筒结构类似的电容值，就可以实现天线相应的功能。

天线的具体参数按照如下方式确定：

根据极化参数，确定所述变形套筒天线中套筒导体柱19的个数，本实施例选取6柱结构；

根据所述变形套筒天线的工作波长确定所述天线内部导体柱20和所述底部加载导体柱16的整体长度，所述天线内部导体柱20和所述底部加载导体柱16的整体长度为所述工作波长的1/4；

根据所述变形套筒天线的工作频段，确定套筒结构等效电容值，根据所述套筒结构等效电容值确定所述导电底板17的面积和所述套筒导体柱19的长度；

根据所述变形套筒天线的输入阻抗确定所述底部加载导体柱16的长度。

进一步，上述变形套筒天线的设计方法中，根据所述变形套筒天线的工作波长确定天线内部导体柱20和所述底部加载导体柱16的整体长度的步骤中，如果所述变形套筒天线还包括类似于上一实施例种的螺旋导体柱5，则根据所述螺旋导体柱5的电长度抵消所述的天线内部导体柱20的相应长度。

进一步，上述方法步骤中还可进一步包括，根据所述变形套筒天线的高频辐射波长确定如上一实施例中的耦合辐射导体6长度的步骤。所述耦合辐射导体6的长度为所述高频辐射波长的1/4。

本发明技术方案的优点主要体现在：通过端部加载技术(具体指调节底部加载导体柱尺寸)减小天线输入电抗，从而达到增加天线的阻抗带宽的目的；通过将套筒内导体螺旋化，减小天线的总体长度，使天线实现了小型化；同时为了保持天线在高频端的正常性能，在螺旋体中加入耦合辐射体，通过耦合辐射，完成高频端的覆盖，实现了宽带化。为了简化设计，将传统的圆柱套筒，改变为4个金属柱形成变形套筒，其结构对称、简洁、便于产品加工实现、便于安装。同时为了保证套筒的强度，金属柱末端相连成为一个整体。

结合图4、图5以及图6，本发明的用于移动通信的小型多频宽带变形套筒天线的阻抗带宽驻波比小于3的频段范围：0.85ghz-0.97ghz、1.69ghz-2.78ghz，覆盖了目前国内所有移动通信频段；天线的最低增益在0db以上，在工作频段范围内最高增益达到6.9db；在垂直内导体面上，天线的方向图为全向。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。