专利名称：宽带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽带天线，尤其全向天线。
背景技术：
全向天线例如已知作为所谓的室内天线，它们是多频带以及优选地按垂直极化辐射。它们包括一块底板，单极状辐射器横向于亦即垂直于底板在底板上凸起。整个装置通常借助保护罩(天线罩)覆盖。
在金属或至少导电的并在俯视中通常设计为圆形的底板上，在中央或与中央略微错开地在中央附近加工一个凹槽，用于插塞连接的插接元件锚固在此凹槽中，此插接元件通常是一插头状触点元件。从下侧可在那里连接一同轴电缆作为第二插接元件，通常设计为套管状插接元件。在这里，外导体与底板触点接通。馈电电缆的内导体通过设在底板上的插接触点与单板状辐射器电连接，辐射器从底板凸起。换句话说，此内导体与底板并因而与要连接的同轴电缆的外导体电隔离。
这种全向天线可设计为，使它们同时可在多个频率范围内，亦即同时在多个频带内辐射。
例如，申请人已制成并提供了这种室内全向天线，它们例如可同时在下列频率范围内辐射824-960MHz1425-1710 MHz1710-1880 MHz1850-1990 MHz1920-2170 MHz已知一些同样由申请人制造和销售的多频带天线，它们例如可在下列频率范围内同时工作
876-890 MHz890-960 MHz1710-2170MHz2170-2500MHz发明内容本发明的目的是创造一种相对而言结构很低的多频带的，亦即总体上非常宽带的天线，它也可用作全向天线。在这里，这些天线应能在更大的带宽内同时工作。
为此，本申请提出一种宽带天线，包括一单极状辐射器，辐射器由一底板或配重面凸起，辐射器有一个从底板出发延伸的外表面，在底板内制有一凹槽，单极状辐射器的底点与底板或配重面电隔离地装在所述凹槽的区域内，其特征在为辐射器借助一串联的或电容的内导体线路耦合器馈电。
肯定令人出乎意外的是，仅通过天线的馈电在辐射器底点借助一串联或电容的线路耦合器进行，便可以实现通过一结构很低的天线在带宽显著增大的同时在不同的频率范围内工作。
仅采取这一措施便可以实现很大的带宽。按本发明的天线例如可以没有任何问题地同时在800至1000MHz频带、在1400-3500MHz频带、也例如在5000-6000MHz频带内工作。由于这种串联(电容)的线路耦合，所以可在上部频带内存在谐振。
按本发明的单极式天线优选地有旋转对称性，或优选地设计为至少在一定的角度区内旋转对称，其中，天线包括至少一个沿单极状天线的纵向锥形或圆锥形扩展的分段。此天线只从其外形看也可以设计为总体上是锥形或圆锥形的。
因此，此天线原则上也可以是径向对称或辐射对称，也就是有这样一种横截面造型，当天线平面地绕中心线旋转某一个角度时可以重合。这可以例如仅适用于辐射器，或例如仅适用于底板，或适用于两者。
作为替换方案，单极状或类似单极的辐射器可设计为圆柱形的。
但优选地，天线的单极状辐射器有这种形状，即，它分为一个从底板出发呈锥形扩张的第一段和一个与之连接的圆柱形第二段。换句话说，按本发明此辐射器优选地由一种由锥形或圆锥形辐射器段与圆柱形辐射器段的组合构成。辐射器的圆锥形部分主要起用于上部频带的单极的作用。辐射器的圆柱形部分，与之相反，与附属的配重面(底板)一起用于较低的频率。应肯定地指出，可以确定由此圆柱形部分对上部频带没有反作用。
串联和/或电容式线路耦合，也就是由一种串联和/或电容的内导体耦合构成的线路耦合，优选地通过一个与馈电线(同轴导体的内导体)连接的第一杆状耦合部分进行，它与底板绝缘地从底板伸出。与之耦合的第二个耦合部分与辐射器连接或设计为辐射器的部分。优选地此第二耦合部分设计为管状。尤其是为了防止旋转，此耦合部分也可以设计为四边形或类似的形状，亦即例如具有n边的横截面。总之，横截面形状可以设计为使之至少有一种与圆形不同的形状。由此，类似单极的由一种包括圆锥面和连接在其上的圆柱段的组合构成的辐射器，可通过位于内部的管段(它从辐射器底点向上伸出)直接安装在杆状和与馈电电缆连接的第一耦合部分上。因为第一和第二耦合部分，亦即馈电线与单极状辐射器，为了实现串联的线路耦合是电隔离的，所以优选地装上第一耦合部分的绝缘套管，然后单极状辐射器可将其第二耦合部分安装在绝缘套管上。
由此也做到最简单地装配，因为辐射器可无需钎焊仅通过套装在此与馈电线连接的第一耦合部分上，在绝缘的绝缘子作为中间连接的情况下装配在底板上部。
但绝缘子不必强制性地用一种例如具有可预选的介电常数的塑料制成。作为绝缘体也可以使用空气。在这种情况下仅须采用恰当的定心装置和/或定距器，它们保证装上的辐射器不会与提及的从底板伸出的杆状耦合部分和/或底板或基板本身发生电接触。
此外，由于这种串联馈电，与传统的方案相比，此辐射器的高度可以降到最低程度。由此也可以减小配重面(底板)，因为可实现一种比较小的结构高度。
下面借助实施例进一步说明本发明。附图具体为图1a按本发明的天线示意俯视图；图1b按本发明的天线下视图；图2沿轴向在中央通过按本发明的天线的示意垂直截面；图3从底板1向上伸起的杆状耦状部分示意透视图，它与馈电线电连接；图4辐射器第一种实施形式示意透视图；图5通过再一种修改的辐射器形状的轴向截面图；图6修改为圆锥形或截锥形辐射器形状的轴向截面；图7通过在一个首先装上的内罩中按本发明的天线的轴向截面；以及图8与图7相应的截面图，其中在内罩上安装一个覆盖全部的外罩。
具体实施方式
在图1a中用示意俯视图、在图1b中用示意下视图以及在图2中用垂直通过中心线延伸的截面图，表示按本发明包括一辐射器15的天线第一种实施例。
天线包括底板、基板或接地板1，在图示的实施例中它设计为圆形或盘状。但此底板、基板或接地板1也可以有一种完全不同的形状。它例如可以是正方形、矩形、椭圆形等形状，因此一般而言还可以有n边或其他任意基本形状和边界线。在下文中板1基本上称为底板1。在这里，底板1尤其还具有配重面的作用。
在底板1的中心加工一凹槽3。在凹槽3下方定位和固定一插接元件5，在图示的实施例中它设计为同轴插接元件5’。插接元件5的外导体7a与底板1电连接。插接元件5的内导体7a与外导体7b隔离地穿过凹槽3，并与在底板1上部延伸的第一或馈电侧耦合元件11连电接。此耦合元件11横向于底板，亦即在图示的实施例中垂直于底板伸出。它设计成杆状并优选地可以有圆形横截面。
在此耦合元件11上装上一个管状绝缘元件13。在图示的实施例中，此绝缘元件13有一个大体与耦合元件11的轴向长度一致的长度。在绝缘元件13的下端设有侧向伸出的凸缘13a，在图示的实施例中它同样设计为圆形或盘状，以及在凹槽3的区域内装在底板1上。
此绝缘元件13还插入图1和2中表示的单极状辐射器15内。
单极状辐射器15有第一天线段15a和第二天线段15b。第一天线段15a从底点19出发呈圆锥形或锥形扩张地定向，也就是以其扩张的圆锥段离开底板1向上指。在此圆锥形或锥形的第一辐射器段15a上连接圆柱形的第二辐射器段15b，其中，在从第一向第二辐射器段的过渡处，圆锥形辐射器段的直径与圆柱形辐射器段的直径相等。因此，辐射器有一个外表面，它围绕横向于底板延伸的纵轴线延伸。在这里，辐射器15优选地设计为旋转对称或局部旋转对称，或至少近似或基本上径向对称或辐射状对称的。
由按图2的截面图还可看出，一个设计在内部的管状耦合元件15c是辐射器的一部分，它有一个等于或略大于管状绝缘元件13的自由内径。因此，单极状辐射器可通过此耦合段15c套在绝缘元件13上，直至辐射器15最下部的支承面15’，亦即辐射器底点19，支靠在绝缘元件13的绝缘凸缘13a上，并由此与底板1电隔离。
耦合元件15c的轴向长度通常比绝缘元件13的轴向长度和/或比馈电电缆侧第一耦合元件11的长度长。在这里，空心圆柱形绝缘子13的长度相对而言不是关键性的，并因而也可以设计为短得多。绝缘子基本上仅用于机械上固定辐射器15，并除此之外有助于使辐射器15的任何部分，尤其耦合段15c，不能和处于与内导体电接触状态的耦合元件11电接触。
这两个平行的在图示的实施例中甚至互相同轴布置的电隔离的第一和第二耦合元件11和15c，在辐射器15底点构成一串联(电容)的线路耦合器，亦即构成一个串联或电容式内导体耦合装置。因此，第一和第二耦合元件11或15c的长度优选地选择为，使得对于不同的频率范围能实现期望的最佳耦合。由部分辐射器装置构成的耦合元件15c通过选择为比馈电电缆侧耦合元件11的长度长。馈电电缆侧耦合元件11的长度优选地根据上部频带按这样的方式选择，即，使此长度为Lambda/4或n×Lambda/4，其中，n表示整奇数，亦即n＝1、3、5...。因此线路耦合器的开端(对于各自频带的中心频率)在馈电部位15’通过短路连接，亦即电连接。因此对于有效截止频率(Randfrequenzen)，馈电电缆侧的耦合元件11既是电容式的又是电感式的。对于其中馈电侧耦合元件11的长度是Lambda/2时的序列形成一种谐振，也就是说，在辐射器15底点15’处的开端起到与开路运行(高欧姆)一样的作用。对于最低的频带(亦即在图示和已说明的实施例中频带从约800至1000MHz)，馈电电缆侧耦合元件11的长度比Lambda/4小得多(亦即11＜＜Lambda/4)，并因而构成串联电容，它可以在此频率实施宽带的阻抗匹配，而且对于低的结构方式也是起决定性作用的。
图3用示意透视图表示在取走辐射器15的情况下杆状的第一导电耦合元件11，其中，耦合元件在凹槽3的区域内与处于底板1下侧的同轴插接元件导电地连接，亦即导电连接在那里的内导体插头中。
由按图3的示意透视图可以看出，管状的绝缘元件13仅仅套装在此第一耦合元件11上，它优选地用塑料制造并有期望的介电常数值。之后，如已说明的那样，可将辐射器15通过其位于内部的第二管状元件15c套在它上面。
借助图4用透视图单独表示辐射器15，它分成圆锥形或锥形的辐射器段15a和圆柱形的辐射器段15b。
借助图5用示意截面图表示辐射器的一种经修改的实施例，它仅由一个圆锥形或锥形的辐射器15构成。在这里可涉及一种截锥形的造型。
与按图6的截面图相应，在这里作为辐射器15只使用一个圆柱形或罐状的单极式辐射器，它不包括锥形段，在这种情况下，耦合元件15c借助一个径向连接段或底段(15d)与设计为圆柱形的辐射器(15)外表面连接。
不仅在按图5的实施例中，而且在图6中，均分别在截面内表示了构成辐射器一部分的位于内部中央的空心圆柱形耦合段15c，它然后优选地在空心圆柱形绝缘子作为中间连接的情况下套装在第一耦合元件11上并围绕着它。
通过按图5的辐射器可以实现一种小结构尺寸的全向天线，它尤其可在低的频率范围内工作。通过按图6的辐射器，亦即仅仅是圆锥形或截锥形的辐射器，实现了一种小结构尺寸的天线，它尤其可在高的频带内工作。但若优选地设计具有按图1和2的辐射器的天线类型，则它的带宽既包括较低的也包括高的和很高的频率范围和频带。
采用所说明的天线类型不仅可实现一种非常宽带的天线，而且尤其还可以通过串联馈电使辐射器高度最小化，并由此又可将配重面(底板)设计得较小。因此所说明的天线有优点，它在与传统的天线相比结构尺寸小的同时是宽带式的，以及在这种情况下可以更简单地制造和装配，因为原则上只须将各自的辐射器通过其组合在内的耦合元件15c套装在与馈电线电连接的第一耦合元件11上。
原则上可以取消绝缘元件13，只要单极状辐射器能通过其耦合元件15c与第一耦合元件11电隔离地安置。为此，这样做就可以满足要求，即，辐射器仅在其底点区域内支承和固定在盘状或板状绝缘元件上，从而使两个耦合元件11和15c在电路上不触点接通。
可以与图示实施例不同，插接元件5不一定非得由一插座(例如N-插座)构成。也可以采用固定连接的电缆，也就是说，尤其是同轴电缆的内导体相应地这样定位，即，使它按图中所画起馈电侧耦合元件11的作用。因此，所选择的术语“馈电侧耦合元件11”也可理解为是这样一种实施形式，其中，耦合元件11意味着是相应的馈电导体的端部，优选地意味着是相应的同轴馈电电缆的内导体端部。
最后，在另一种改型中同样可以规定，馈电线一侧的耦合元件11、围绕此耦合元件11的绝缘子13以及优选地除此之外还有包括内导体7a在内的插接元件5，可作为预制成可共同操作的结构单元提供使用，此结构单元可插入并机械地锚固在底板1上的一个相应的孔中，以便然后还只需要将辐射器15通过其辐射器侧的耦合元件15c套装在此结构单元上。
由图7和8的截面图可以看出，反射器在一些相对于中心错开的位置上有一些凹陷的压坑或所谓的安装点31，其中分别加工一个孔33，以便能通过旋入螺钉将反射器相应地固定在一个支架上。
整个天线装置最终通过一内罩35支承和固定。内罩35在反射器侧有一些沿周向错开布置的止动元件或卡子37，它们可以插入反射器1内相应的冲孔或开口内。在卡入后的状态，止动元件37倒钩住反射器内的冲孔，从而保证无需采取其他装配措施可靠地固定天线和内罩37。
在这里将内罩35设计为，它在中央有一个向下插入杯状辐射器部分内的固定段37a，固定段通过其在反射器侧的端面37b将辐射器保险在插装好的位置。在这里，内罩的端面37b可与辐射器侧耦合元件15c面朝它的上端面接触。因此，通过此内罩可靠地固定辐射器15，防止其沿轴向滑移和径向偏倾。
最后，可全覆盖地装上一个所谓的外罩41，其中，外罩同样可借助位于内部的止动元件或卡子37，卡锁在例如在内罩的台阶上在那里加工的孔中和/或卡锁在反射器中的孔内，确切地说通过将相应的止动元件或卡子穿过孔插入，并可在后面钩住内罩和/或反射器相应的材料部分。在这里，外罩设计为覆盖并由此保护包括反射器在内的全部。
内罩和外罩35、41用一种材料制造，此材料尤其在要传输的频率范围内可透过电磁射束。
最后应补充说明，辐射器15按其不同的实施形式不必强制性地固定用导电材料制造，而是它也可以用其他不导电的材料制成，例如塑料。在这种情况下，辐射器15应在其内表面和/或外表面上或按其他方式包括一个恰当的导电层或设置一个恰当的导电层。
权利要求1.宽带天线，-包括一单极状辐射器(15)，-辐射器(15)由一底板或配重面(1)凸起，-辐射器(15)有一个从底板(1)出发延伸的外表面，-在底板(1)内制有一凹槽(3)，单极状辐射器(15)的底点(19)与底板或配重面(1)电隔离地装在所述凹槽(3)的区域内，其特征在为-辐射器(15)借助一串联的或电容的内导体线路耦合器馈电。
2.按照权利要求1所述的天线，其特征为内导体耦合器包括一个第一耦合元件(11)，它横向于和优选垂直于底板或配重面(1)延伸，并与此底板或配重面(1)电隔离，而可与一馈电线电连接或触点接通。
3.按照权利要求2所述的天线，其特征为线路耦合器包括一个第二耦合元件(15c)，它与辐射器(15)电连接或是辐射器(15)的一部分，其中，这两个互相不电连接的第一和第二耦合元件(11、15c)造成此串联的线路耦合。
4.按照权利要求3所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)设计为杆状，而第二耦合元件(15c)设计为管状并围绕所述第一耦合元件(11)。
5.按照权利要求4所述的天线，其特征为在第一耦合元件(11)与第二耦合元件(15c)之间设一管状的绝缘元件(13)。
6.按照权利要求5所述的天线，其特征为绝缘元件(13)往辐射器(15)底点的区域有一个沿径向伸出的止挡、凸缘或凸缘段(13a)，绝缘元件(13)经由它面对底板(1)支承或固定。
7.按照权利要求6所述的天线，其特征为辐射器(15)以其底点(19)支靠在凸缘(13a)上。
8.按照权利要求2所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)是馈电导体的一部分。
9.按照权利要求8所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)由一同轴馈电线的内导体构成。
10.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为所述天线有至少一个圆柱形辐射器段(15b)或由其组成。
11.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为辐射器(15)至少分成两段并且有一个从底板出发呈锥形扩张的第一辐射器段(15a)，它在其远离底板或配重面(1)的那一侧过渡为一圆柱形的辐射器段(15b)。
12.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为属于辐射器(15)的耦合元件(15c)在其面朝底板(1)的那一侧与圆锥形或锥形或截锥形的辐射器或辐射器段(15、15a)连接，或通过一个优选地平行于底板(1)延伸的连接段(15d)作为中间连接与辐射器(15)的其余外套段连接。
13.按照权利要求5至9之一所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)和绝缘元件(13)尤其采取下列措施构成为一个可统一操作的结构单元，即，绝缘子(13)由喷涂在第一耦合元件(11)上的塑料或绝缘材料组成。
14.按照权利要求13所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)与处在它上面的绝缘元件(13)以及一个可固定在底板上的插接元件(5、5’)一起作为可统一操作的结构单元固定在底板(1)上。
15.按照权利要求2至9之一所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)的轴向长度为Lambda/4±＜40％并优选±＜20％，其中，Lambda是要传输的频带的平均波长。
16.按照权利要求2至9之一所述的天线，其特征为第一耦合元件(11)的轴向长度为n×Lambda/4±＜40％，并优选±＜20％，其中，n＝1、3、5...。
17.按照权利要求2至9之一所述的天线，其特征为对于多个频带之一的最低频率，第一耦合元件(11)的轴向长度确定为，它小于Lambda/4，其中，Lambda表示所涉及频带的中心频率。
18.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为辐射器(15)用导电材料制成。
19.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为辐射器(15)用塑料制成，尤其由塑料压注件构成，它设有导电镀层。
20.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征为辐射器(15)用一个罩覆盖，借此防止辐射器(15)轴向滑动以及特别是防止径向偏倾。
21.按照权利要求20所述的天线，其特征为覆盖装置包括一内罩(35)，它优选地借助一卡子和/或止动装置固定在反射器(1)上。
22.按照权利要求21所述的天线，其特征为内罩(35)包括一个在中央伸入杯状辐射器(15)内部的固定段(37a)，它压在第二耦合元件(15c)的邻接的端侧上，并由此防止辐射器(15)轴向移动和/或径向偏倾。
23.按照权利要求21或22所述的天线，其特征为在内罩(35)上可装上一个全覆盖的外罩(41)，它优选地可借助一卡子和/或止动装置固定在内罩和/或反射器(1)上。
专利摘要本实用新型涉及一种宽带天线，其包括一单极状辐射器，辐射器(15)从底板或配重面(1)凸起；辐射器(15)有一个从底板(1)出发延伸的外表面；底板(1)内制一凹槽(3)，单极状辐射器(15)的底点(19)与底板或配重面(1)电隔离地装在凹槽(3)的区域内；辐射器(15)借助一串联或电容的内导体线路耦合器馈电。由此，可实现通过一结构很低的天线在带宽显著增大的同时在不同的频率范围内工作。
文档编号H01Q9/40GK2718805SQ200420036498
公开日2005年8月17日 申请日期2004年4月15日 优先权日2003年12月18日
发明者托马斯·豪恩伯格, 迪特尔·齐尔胡特 申请人:凯瑟雷恩工厂两合公司