CN1682408A - 具有一个面偶极子的天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的天线结构，其特征在于，半偶极子(1’)的相互对着的端部(9)分别与一个自己的连接线路(49a，49b)电连接，连接线路(49a，49b)引至两个放大器(53a，53b)，两个放大器(53a，53b)的输出端与变压器(55)的两个输入端相连接，变压器的输出端至少间接地电连接于一个连接端(61)，最好是一个同轴连接端(61)，设置有一个或多个滤波器(51，57，59)，滤波器(51，57，59)被置于连接线路(49a，49b)和连接端(61)之间，滤波器(51，57，59)被设计来用于抑制移动通信频率和/或保护广播信号。

Description

具有一个面偶极子的天线结构

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的具有一个面偶极子的天线结构。

偶极子天线已经为大家充分了解。它们可以用来接收不同的频率。同时半偶极子的长度决定于被传输的频率范围。

与此相关，面偶极子在原理上也是已知的，它的两个半偶极子例如由两个矩形的导电半偶极子组成，它们例如可以也以一个印刷电路板的形式构成在一个基板上。

这种面偶极子可以例如用于DVB-T的接收。但是它首先对许多应用情况不具备足够的品质，并且/或者不具有足够的带宽，尤其是当它以相对于工作波长以比较紧凑的结构方式来实现时。

原则上可以设想设计一个具有面偶极子的天线结构，例如用于UHF波段，即用于大约从470MHz至862MHz的频率范围。

相反，如果想设计工作于VHF波段的面天线，即例如工作于160MHz至230MHz的频率范围，则这种天线肯定结构庞大。

DE 3405 044 C1公开了一种天线结构。它包括一个面偶极子，其半偶极子具有相互走向端部的尖顶。在尖顶分别连接一根连接线，它引至两个放大器。然后放大器的输出通过一个相加元件形式的变压器相结合，并且与一个公共连接器一最好以同轴连接器的形式一相连接。

与此相反，本发明的目的在于给出一种具有一个面偶极子的改进天线结构，它尤其用于DVB-T的运营。同时本发明的天线结构应有较小的结构，并且最好可工作于两个频段，即例如工作于UHF波段和VHF波段。而且此天线还应该适用于无干扰工作。

上述任务按照本发明由权利要求1所述特征完成。本发明的具有优点的方案由从属权利要求给出。

令人惊奇的是用本发明的解决方案首次实现了以下可能性：设计一个具有一个面偶极子的天线结构，它具有比较小的尺寸，从而尤其是不仅可用于UHF波段，而且也可用于VHF波段。正是对于VHF波段，意想不到的是，可以借助于一个相对小尺寸的天线实现接收。

本发明的天线结构同现有技术一样也由一个具有放大装置的有源天线构成。其中每个半偶极子在相互对着(位于中央)的偶极端上具有独立的连接线路，在连接线路中分别配置一个放大组件。

以前，设计一个具有一个面偶极子的天线结构-它在例如UHF波段和VHF波段这样的两个分开的频段都具有好的接收性能，并且能以更小的结构尺寸用于DVB-T的运营-是不可能的。

本发明的天线具有比由两个分开的独立天线构成的天线-其中例如一副独立天线适于接收VHF波段，而另一副独立天线适于接收UHF波段-更好的性能。

本发明的天线同时被优化，使其噪音最小。这通过其它令人惊异的特征来实现，首先，每个半偶极子被配置一个自己的放大级。放大级的输出然后被连接到一起，其中按一个优选的实施方式连接到一根共面导线上，此共同导线引向同轴电缆连接端。

本发明的天线的特征在于设置了至少一个、最好是多个滤波装置或滤波组件，利用它们可以抑制肯定会妨碍最佳工作的频率。这种被抑制的频段例如可以是无线电广播频段，也可以是特定的移动通信频段。

在本发明的一个优选方案中，连接线路，即半偶极子端部与分别接在其后的放大器之间的线路具有一个电容性耦合，换言之，具有一个电容。这样还优化了电磁兼容性(更好的EMV保护)。

在本发明的一个优选设计中，在两个半偶极子之间，以及在两个放大级的两个输入端之间还设置了一个高通滤波器。这里高通滤波器可以直接电连接在半偶极子的输出端之间，即最好在其之前设置的、并集成在连接线路中的电容。然而此高通滤波器也可连接于任何位置，即连接在两个连接线路的这一段上，这一段位于两个设置在连接线路中的电容与后接的放大器之间。在上述两种情况下高通滤波器的作用通过两个连接线路中的上述电容被进一步优化。

最后，已被证实有效的是，两个放大级通过一个变压器共同连接在一个公共输出线路上。为此最好采用一个1∶1变压器，例如一个Guanella变压器。

另一个有效的改进可如此实现：例如在天线结构的同轴连接端与两个放大级之间，最好在同轴连接端与上述变压器之间，首先设置一个低通滤波器(GSM滤波器)，在它后面可以跟着一个带阻，即一个带阻滤波器。上述低通滤波器可以保证无问题地在室内打电话，即用移动无线终端或所谓的手机通话，而这些频率不被所述室内天线接收，且相应信号不会抵达同轴连接端。所述带阻滤波器可以最好在例如230MHz至470MHz的范围内，它用于隔阻那些通常保留并对各种业务开放的频率范围。在这频率范围中包括电子设备等可自由使用的控制频率。

本发明的天线虽然具有设计成平面的偶极子结构，但是具有几乎最佳的圆辐射特性。它适用于室内工作，首先是适用于广播和电视节目的DVB-T接收。

本发明的其它优点、特点和特征由下面说明的实施例给出。附图中：

图1是本发明天线的顶视示意图；

图2是平行于基板平面看去的天线前视图，然而图中省去了同轴电缆连接及电导线和组件，它们与两个半偶极子的相互对着的连接位置电连接；

图3是放大器和连接装置放大的顶视图，两个半偶极子通过连接装置与同轴连接端相连接；

图4示出对图3略加改变的本发明实施方式，在两个从半偶极子出发的连接线路中具有附加的电容；以及

图5示出对图4略加改变的实施方式，其中高通滤波器连接在两个连接线路之间，高通滤波器不是在电容之前，而是在电容之后。

图1所示本发明天线结构的第一实施例的顶视示意图中面偶极子1具有两个在长度方向3上延伸的半偶极子1’。

面偶极子1包括导电的平面元件5，作为半偶极子1’，半偶极子最好以印刷电路板7’的形式构造在基板7上。

在图1和2所示实施例中半偶极子1’被构成三角形并被如此排列，使得它们的尖顶相互对着。这里半偶极子1’具有长度L，并且在其底边上半偶极子1’的伸展平面E中具有宽度B。

在半偶极子1’的两个相互对着的内端9上有两个馈电位置11a和11b，它们用于给相应的半偶极子1’馈电(图3)。

所示实施例中，在半偶极子1’的相互背对的外端13形成所谓顶网电容1”，以改善天线的宽带性和/或天线的品质，在所示实施例中顶网电容具有矩形结构并且其走向垂直于面偶极子1的纵向伸展方向3。顶网电容1”的伸出距离16-即顶网电容1”超出半偶极子1’的侧边缘17的尺寸-可以为了进行优化而有不同的选择。在所示实施例中一方面只在一侧(即在半偶极子1’的同一侧上)有伸出距离16，另一方面此伸出距离16小于不包括顶网电容1”在内的半偶极子1’的长度。此外伸出距离在垂直于面偶极子1的纵向方向的横向方向上具有一个延伸量，它大于半偶极子1’纵向延伸尺寸的10％，最好大于该尺寸的20％，在所示实施例中延伸量约为该尺寸的20％至60％，尤其是该尺寸的40％左右。顶网电容1”的宽度在所示实施例中相对较窄，且最好小于半偶极子长度L的20％，尤其是小于此长度的10％，或者甚至小于此长度的5％。

图1和2的实施例表明，半偶极子1”最好对称于横向对称面27构造。

在图1所示实施例中，这些半偶极子1’构造成从内向其外端连续地变宽，使得其侧边缘17从内向外发散。每个半偶极子1’侧边缘17发散的角度可以例如为30°左右。最好应用10°至50°，尤其是20°至40°的值。因此半偶极子1’有从上面呈三角形或梯形的结构。顶网电容1”同样也最好设置在外端上，并且尽可能以小的尺寸超过半偶极子1’的外端宽边。半偶极子也可以有与图1实施例不同的形状。例如可以没有位于中央的相互对着的尖顶9，使其构成梯形的形状，位于中央的边缘近似为直线。此外半偶极子的边缘17也不一定构成直线。此边缘可以在前进过程中多次从一个大发散角变化为较小的发散角。

最后，也可以想像半偶极子1’具有矩形结构，从而两个在纵向方向3上相邻的矩形平面元件5被用作半偶极子。由此可见，原理上不同的形状可用于半偶极子1’，其中所选的三角形至梯形结构优先被应用。

由图3可见，在一个对称于对称平面27的沿伸区域中设置两个放大级和一个引向同轴连接端的共面连接线路，下面借助图3详细说明。

借助图3再次简要和部分地示出两个半偶极子1’，它们在图1所示实施例中被设计成三角形，并且它们的尖顶对垂直对称面27对称。

准确地在最前面的点上，即在两个半偶极子1’相互最靠近的点9上置有馈电位置11a和11b，它们通过连接线路49a和49b以及连接线路51相互连接，并且还中间连接一个高通滤波器52。此高通滤波器尤其用于保护放大器输入不受强的UKW广播(87MHz至108MHz)和其它低于160MHz的无线业务的干扰。

两个半偶极子1’接收到的信号通过连接线49a和49b馈入分别配置给单独一个半偶极子1’的分立放大级53a及53b。为了尽可能保证天线的低噪音性能，半偶极子1’的相互对着的端部9分别尽可能直接与放大级53a，53b电连接。此连接可通过尽可能短的连接线路49a和49b实现。这些连接线路的长度应最好在0.2cm至3cm厘米，尤其是在0.5cm和1.5cm之间。作为替代，半偶极子1’的端部9与放大器53a和53b的输入端之间的连接可以通过一个电容来实现。此电容可以利用一个分立元件实现。也可以通过印刷的形式在基板(印刷电路板)上形成电容。

两个放大级53a，53b的输出馈送到变压器55的两个输入端，此变压器最好由一个1∶1变压器(例如一个所谓的Guanelle变压器)构成。

变压器55的输出端与一个低通滤波器57(所谓的GSM滤波器，用于抑制手机通信领域所用的频率)和一个后接的带阻，即一个带阻滤波器59串联，带阻滤波器然后与同轴连接端61电连接。低通滤波器57主要用于抑制移动通信频段，尤其是GSM频率。相反，带阻滤波器59的任务是抑制两个频段之间的区域，在所示实施例中最好抑制230MHz至470MHz之间的频率。为了完整起见，应该指出：原则上低通滤波器57和带阻滤波器59的连接顺序也可以与图3所示的不同，以相反的顺序设置在变压器55和同轴连接端61之间。

半偶极子1’至变压器55的传输线段近似对称地构造。阻抗与频率有关。在从变压器的输出端到同轴馈入端61之间的传输线段上阻抗最好为75欧姆，并且共面传输线非对称构造。

整个装置被安置在载体、基板或印刷电路板63上的一个矩形的、沿对称面伸展的区域63内。两个半偶极子1’可以与区域63中的放大级和传输级一起构造在基板、印刷电路板等的同一侧上。然而放大级与其连接线路一起也可以构造在基板的背面上，即在半偶极子的相应导电平面部分的背面。

基片7本身可以由不同的材料构成，例如由塑料、相对传统的印刷电路板构成，但是也可以由更廉价、更简单的材料-如纸板材料、硬纸板等构成。

为DVB-T接收而制造的天线可以例如用于VHF及UHF接收。此天线同时被最紧凑地构造，其垂直于对称面27的长度例如小于30cm，必要时甚至小于20cm，例如15cm左右。平行于对称面27的横向长度可以更小。

如果图1所示天线以其在图1中下面的边置于水平面上，则它适合于接收水平极化信号。如果相对于图1旋转90°，即天线平行于半偶极子的外部底边，则它适合于接收垂直极化信号。

下面参考图4进行说明。

图4示出相对于图1至3仅有微小改变的实施例。在图4实施例中两个半偶极子1’不是相互指向尖顶，而是重又设计成矩形。半偶极子的形状可以具有一个适当的形状，例如在顶视图上为一个n多边形。

在图4所示实施例中也与图1至3实施例一样，具有从连接点11a和11b出发的连接线路49a和49b，它们引到相应连接线路49a和49b中的相应放大器53a或53b的输入端。在此实施例中这两个放大器53a和53b也连接到一个变压器55的两个输入端，其公共输出通过一个低通滤波器57-例如一个GSM滤波器-以及后接的一个带阻滤波器59与一个连接端61-最好是一个同轴连接端61相连接。

在此实施例中两个半偶极子1’也通过一个高通滤波器52相互连接。

在图4所示实施例中，比前述实施例在每个连接线路49a和49b中增加了一个电容性耦合71a或71b一通常是一个电容71a及71b(例如分别以电容器的形式)。

按照图4，高通滤波器52在电容71a和71b之前连接在两个连接线路49a和49b之间。

增补的这个电容71a及71b也存在于图5所示实施例中。在该实施例中一个高通滤波器52同样连接在两个连接线路49a和49b之间。与图4不同的是，在图5所示实施例中高通滤波器52分别接在每个连接线路49a或49b的延伸段中，它位于相应电容器71a的输出端与后接放大器49a的输入端之间，或者电容71b的输出端与后接放大器53b的输入端之间。应指出的是，高通滤波器52可以在不同位置上接到两个连接线路49a和49b之间。

由图4和图5所示实施例可见，改进可如此实现：连接线路49a、49b分别具有至少一个电容，和/或半偶极子1’的端部9通过一个电容性耦合(电容)与相应的后接放大器53a、53b相连接。

Claims (11)

1.具有一个面偶极子的天线结构，它最好被设置在一个基板(7)上，该天线结构具有以下特征：

—半偶极子(1’)的相互对着的端部(9)分别与一个自己的连接线路(49a，49b)电连接，

—连接线路(49a，49b)引至两个放大器(53a，53b)，

—两个放大器(53a，53b)的输出端与一个变压器(55)的两个输入端相连接，变压器的输出端至少间接地与一个连接端(61)，最好是与一个同轴连接端(61)电连接，

其特征在于，

—设置有一个或多个滤波器(51，57，59)，

—滤波器(51，57，59)被设置在连接线路(49a，49b)和连接端(61)之间，

—滤波器(51，57，59)用于抑制移动通信频段和/或作为对广播信号的保护，以及

—连接线路(49a，49b)最好分别具有至少一个电容(71a，71b)，并且/或者最好半偶极子(1’)的端部(9)通过一个容性耦合(71a，71b)与后接的相应放大器(53a，53b)相连接。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，连接线路(49a，49b)通过一个连接线路(41)相互连接，并且中间连接一个高通滤波器(52)。

3.如权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，在两个放大器(53a，53b)至连接端(61)的区段内中间连接一个尤其用于抑制手机频率的低通滤波器(57)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的天线结构，其特征在于，在两个放大器(53a，53b)的输出端和连接端位置(61)之间连接一个带阻滤波器(59)，其中带阻滤波器(59)最好接在低通滤波器(57)之后。

5.如权利要求3或4所述的天线结构，其特征在于，低通滤波器(57)和/或带阻滤波器(59)位于变压器(55)之后和连接端(61)之前。

6.如权利要求1至5中任一项所述的天线结构，其特征在于，半偶极子(1’)的相互对着的端部(9)分别尽可能直接地电连接于一个放大器(53a，53b)。

7.如权利要求1至6中任一项所述的天线结构，其特征在于，半偶极子(1’)的端部(9)与后接放大器(53a，53b)之间的连接线路(49a，49b)的长度在0.2cm至3cm，尤其是在0.5cm至1.5cm的范围内。

8.如权利要求1至7中任一项所述的天线结构，其特征在于，变压器由一Guanella变压器构成，或包括一个Guanella变压器。

9.如权利要求1至8中任一项所述的天线结构，其特征在于，在连接线路(49a，49b)之间和/或在半偶极子(1’)的端部(9)之间接一个高通滤波器(52)。

10.如权利要求9所述的天线结构，其特征在于，在两个连接线路(49a，49b)之间和/或半偶极子(1’)的端部(9)之间的高通滤波器(52)接在相应的电容(71a，71b)之前。

11.如权利要求9所述的天线结构，其特征在于，高通滤波器(52)接在两个连接线路(49a，49b)之间，并且在连接线路(49a，49b)的相应区段之间，这些区段在相应电容(71a，71b)和后接的相应放大器(53a，53b)之间。

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