專利名稱：寬頻帶平面小型化數(shù)字電視地面廣播接收天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種平面天線，尤其是一種用于接收數(shù)字電視地面廣播的寬頻 帶平面小型接收天線。
背景技術(shù)：
目前數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)由于可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電視和電視信號(hào)盲區(qū)覆蓋的功能 而備受關(guān)注。在歐美國(guó)家，尤其是英國(guó)數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)已經(jīng)廣泛被采用，而我國(guó)具有 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)也已經(jīng)出現(xiàn)，并在幾個(gè)省市具有了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字 電視地面廣播系統(tǒng)所占用的頻段為UHF頻段，雖然在各個(gè)國(guó)家和地區(qū)，具體的應(yīng)用頻段略 有不同，但是目前都被包含在UHF的470MHz-850MHz的頻段內(nèi)，而作為此系統(tǒng)的接收天線則 是其中的重要組成部分。目前的數(shù)字電視地面廣播接收天線主要產(chǎn)用兩種形式1、鞭狀天線，是一種可彎 曲的垂直桿狀天線，其長(zhǎng)度一般為1/4或1/2波長(zhǎng)。大多數(shù)鞭狀天線都不用地線而用地網(wǎng)。 小型鞭狀天線常利用小型電臺(tái)的金屬外殼作地網(wǎng)。有時(shí)為了增大鞭狀天線的有效高度，可 在鞭狀天線的頂端加一些不大的輻狀葉片或在鞭狀天線的中端加電感等。其利用傳統(tǒng)形式 的偶極子或者單極子形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，最重要的缺點(diǎn)在于寬帶特性不好，同時(shí)不是低剖面而 且尺寸較大。由于偶極子和單極子為諧振結(jié)構(gòu)，因此帶寬受限，無(wú)法滿足58%的寬帶要求。 同時(shí)，由于不是低剖面，無(wú)法滿足目前小型化終端設(shè)備的要求。2、微帶形式的吸頂天線，其 可一般體積小、重量輕低剖面，但通過(guò)設(shè)計(jì)不同的微帶元實(shí)現(xiàn)最大輻射方向從邊射到端射 范圍內(nèi)調(diào)整，而不能實(shí)現(xiàn)全向輻射，這樣對(duì)于用戶安裝需要提出要求，同時(shí)對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái) 說(shuō)會(huì)出現(xiàn)收不到信號(hào)的盲點(diǎn)區(qū)域。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)目前天線所存在的缺點(diǎn)，本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)了一種新型的天線形式，首先能夠具有 超寬帶的特點(diǎn)，可以完全覆蓋470MHz-850MHz整個(gè)頻段。其次，具有低剖面、平面化的特點(diǎn)。 第三，具有全向輻射的方向圖特性。最后，具有小型化的特點(diǎn)，而小型化和易于制作的特點(diǎn) 也使得此天線具有低成本的特性。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，該天線包括具有相互平行的一上表面及一下表面的介 質(zhì)基板，設(shè)置于所述上表面的第一金屬輻射部，及設(shè)置于所述下表面的第二金屬輻射部，其 中，所述第一金屬輻射部包括位于所述介質(zhì)基板頂端的第一平面金屬板及在平面金屬板的 豎直中線方向上延伸的微帶金屬線，所述接地金屬線與所述第一平面金屬板具有接觸點(diǎn)， 并與接觸點(diǎn)兩側(cè)的所述第一平面金屬板的邊緣成鈍角角度，所述第一平面金屬板上設(shè)置有 鏤空部分，所述第二金屬輻射部為位于所述介質(zhì)基板底端所的第二平面金屬板，所述第二 平面金屬板上設(shè)置有鏤空部分。優(yōu)選的，所述接地金屬線與所述第一平面金屬板的接觸點(diǎn)，在所述介質(zhì)基板的垂 直方向上的投影，落在所述第二平面金屬板之外，以在所述第一平面金屬板與所述第二平面金屬板之間形成耦合。優(yōu)選地，所述第一平面金屬板上設(shè)置的鏤空部分為4個(gè)大小相同，有規(guī)則幾何形 狀，并以對(duì)稱的兩行兩列方式排列的第一鏤空。優(yōu)選地，所述第一鏤空中的第一行鏤空，長(zhǎng)32mm，寬16mm，鏤空上邊緣距離金屬頂 端40mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板的豎直中線的邊緣分別處于所述豎直中線 的1. 5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓??；第二行鏤空長(zhǎng)32mm，寬16mm，鏤空上邊緣 距離金屬頂端80mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板的豎直中線的邊緣分別處于所 述豎直中線的1. 5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓弧。優(yōu)選地，所述第二平面金屬板上設(shè)置的鏤空部分為2個(gè)大小相同，具有規(guī)則幾何 形狀，并以所述第二平面金屬板的豎直中線為對(duì)稱軸排列的第二鏤空。優(yōu)選地，所述第二鏤空由矩形和半圓形組合而成，并形成一閉合幾何形狀，其中， 矩形靠近所述第二平面金屬板的豎直中線的邊緣到所述豎直中線的垂直距離為30mm，長(zhǎng) 10mm，高30mm，左右兩邊是半徑為15mm的半圓形，鏤空下邊緣距離基板下沿20mm。優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4. 4。所述天線的覆蓋頻率為470MHz-850MHz。通過(guò)設(shè)置在平面金屬板上的鏤空部分，改變了現(xiàn)有的平面化寬帶單極子天線的形 式。在沒(méi)有鏤空的時(shí)候，寬帶單極子的尺寸要求是低頻段對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一，即160mm左 右，而加入了鏤空部分后，增加電流路徑使得尺寸變成了 IlOmm左右，從而實(shí)現(xiàn)天線的小型 化。

[0014]圖1為本申請(qǐng)中天線的正向透視圖；[0015]圖2為本申請(qǐng)中天線的第一金屬輻射部的正向視圖；[0016]圖3為本申請(qǐng)中天線的第二金屬輻射部的正向視圖；[0017]圖4為本申請(qǐng)中天線在470MHz時(shí)電流的動(dòng)態(tài)分布圖，及駐波到行波的變化[0018]圖5為本申請(qǐng)中天線在850MHz時(shí)電流的動(dòng)態(tài)分布圖，及駐波到行波的變化[0019]圖6為本申請(qǐng)中天線端口的阻抗匹配情況；[0020]圖7為本申請(qǐng)中天線的全向輻射具體實(shí)施方式如圖1所示，是本申請(qǐng)?zhí)炀€的正面透視圖。其中，該天線包括介質(zhì)基板2，位于基板 2上表面的第一金屬輻射部3和位于基板2下表面的第二金屬輻射部1。其中第一金屬輻 射部3包括第一平面金屬板AB⑶E，和微帶金屬線DK，所述微帶金屬線DK在所述第一平面 金屬板AB⑶E的豎直中線的延伸方向上，并互相接觸于D點(diǎn)。所述第一平面金屬板設(shè)置于 所述介質(zhì)基板的頂端，邊AB近似平行于所述介質(zhì)基板的上邊緣，角A、B近似的接近于所述 介質(zhì)基板的上頂端頂角。第一平面金屬板與接地金屬線電連接于D點(diǎn)，或，第一平面金屬板 與微帶金屬線為一整體，即由同一金屬板原料加工而成。第一平面金屬板位于接觸點(diǎn)D兩 端的邊DE、DG與邊AB不平行，并同時(shí)與微帶金屬線DK形成有相等的鈍角角度。該第一平 面金屬板上設(shè)置有第一鏤空部分。[0022]位于基板2下表面的第二金屬輻射部1為一第二平面金屬板FGHI，所述第二平面 金屬板FGHI設(shè)置于所述介質(zhì)基板2的底端，邊HI近似平行于所述介質(zhì)基板的下邊緣，角H、 I近似的接近于所述介質(zhì)基板的下底端頂角。該第二平面金屬板上設(shè)置有第二鏤空部分。如圖2、3所示，分別為在介質(zhì)基板2上表面的第一金屬輻射部的正向視圖，和在介 質(zhì)基板2下表面的第二金屬輻射部的正向視圖，其中第一平面金屬板ABCDE上具有第一鏤 空部分201，第二平面金屬板FGHI上具有第二鏤空部分301。第一鏤空部分201可分為兩 行，202和203。鏤空部分的設(shè)置是為了通過(guò)這些鏤空改變電流的分布，而使得天線在具有 較小的尺寸下工作在較低的頻率上。由于天線的尺寸與工作頻段對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)成正比，低頻 對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)需要一個(gè)長(zhǎng)的電流路徑，而這些鏤空的存在即延長(zhǎng)了電流路徑，而使得天線 具有較小的尺寸。第一鏤空和第二鏤空可以設(shè)計(jì)為具有規(guī)則或不規(guī)則幾何形狀的空，鏤空的數(shù)量也 可由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)多次試驗(yàn)而得到其所期望的效果。本申請(qǐng)中，將第一鏤空設(shè)置為4 個(gè)大小相同、以第一平面金屬板的豎直中線為對(duì)稱軸的兩行兩列方式排列的矩形加圓角的 形狀，第二鏤空設(shè)置為2個(gè)大小相同，以第二平面金屬板的豎直中線為對(duì)稱軸排列的矩形 加半圓的形狀。也可將這些鏤空設(shè)置為純矩形、純正方形、純圓形、純橢圓形等，這些形狀 也都可以使得天線具有一定的小型化特點(diǎn)，但是效果還是目前使用的為最好。 對(duì)于第一鏤空，其位置和尺寸設(shè)置為，第一鏤空中的第一行鏤空，長(zhǎng)32mm，寬 16mm，鏤空上邊緣距離金屬頂端40mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板的豎直中線 的邊緣分別處于所述豎直中線的1.5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓??；第二行鏤空 長(zhǎng)32mm，寬16mm，鏤空上邊緣距離金屬頂端80mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板 的豎直中線的邊緣分別處于所述豎直中線的1. 5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓弧。對(duì)于第二鏤空，其位置和尺寸設(shè)置為，所述第二鏤空由矩形和設(shè)置在矩形兩側(cè)的 兩個(gè)半圓形組合而成，并形成一閉合幾何形狀，其中，矩形靠近所述第二平面金屬板的豎直 中線的邊緣到所述豎直中線的垂直距離為30mm，長(zhǎng)10mm，高30mm，左右兩邊是半徑為15mm 的半圓形，鏤空下邊緣距離基板下沿20mm。第二平面金屬板的在豎直方向上的高度略小于接地金屬線的長(zhǎng)度，使得接地金屬 線與第一平面金屬板的接觸點(diǎn)D在垂直于介質(zhì)基板方向上，在介質(zhì)基板下表面上的投影點(diǎn) 在第二平面金屬板的范圍之外，以在所述第一平面金屬板與所述第二平面金屬板之間形成 華禹合。如圖4-5所示，給出了在本申請(qǐng)的最佳實(shí)施方式下，分別在470MHz和850MHz時(shí)電 流的動(dòng)態(tài)分布圖，及駐波到行波的變化。通過(guò)上述天線結(jié)構(gòu)，由于該天線類似于寬帶單極子天線，輔以本領(lǐng)域的普通知識(shí) 和試驗(yàn)，可使天線的完全覆蓋UHF的470MHz-850MHz的整個(gè)頻段。同時(shí)，如果本天線上沒(méi)有 那些鏤空的部分，其就是一個(gè)平面化寬帶單極子的形式。沒(méi)有鏤空的時(shí)候，寬帶單極子的長(zhǎng) 度尺寸要求是低頻段對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一，即160mm左右，而加入了鏤空部分后增加電流 路徑使得長(zhǎng)度尺寸變成了 IlOmm左右。因此，對(duì)于低頻的覆蓋，主要的參數(shù)包括上層天線的 長(zhǎng)和寬、下層地板的長(zhǎng)和寬、鏤空部分的形狀、長(zhǎng)寬尺寸、以及在處于天線上的相對(duì)位置參 數(shù)。而對(duì)于高頻的覆蓋，主要的參數(shù)是天線的長(zhǎng)寬、地板的長(zhǎng)寬、上部天線單元從窄線變換 到寬線的漸變斜率，以及開(kāi)始漸變的位置與地板上沿之間的距離。天線在低頻處呈現(xiàn)駐波諧振狀態(tài)，而在高頻處呈現(xiàn)行波天線狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小型化超寬帶天線。由于鏤空的 存在，延長(zhǎng)了電流路徑，減少了天線尺寸，進(jìn)而使得承載輻射部的介質(zhì)基板的厚度也減小， 在本申請(qǐng)中，使用的介質(zhì)基板的厚度僅在Imm左右。 如圖6所示，該阻抗匹配圖給出了在本申請(qǐng)的最佳實(shí)施方式下，天線端口的阻抗 匹配情況即匹配帶寬，由于工程上要求VSWR即電壓駐波比小于2，因此從本圖可以看出該 天線已經(jīng)完全覆蓋了 470MHz-850MHz。 由于單極子天線的主電流方向是沿著天線長(zhǎng)邊方向的，其輻射方式都是水平全向 的，因此將天線直立起來(lái)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，其形成的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度在水平360度內(nèi)相當(dāng)且最 大，從而實(shí)現(xiàn)天線的全向輻射。如圖7所示，該輻射方向圖給出了本申請(qǐng)中天線在最佳實(shí)施 方式下，在360度范圍內(nèi)的輻射情況，是一個(gè)全向輻射的天線。由上述實(shí)施方式可以看出，本申請(qǐng)中的天線具有超寬帶的特點(diǎn)，可以完全覆蓋 470MHz-850MHz整個(gè)頻段；具有低剖面、平面化的特點(diǎn)；具有全向輻射的方向圖特性；具有 小型化的特點(diǎn)，而小型化和易于制作的特點(diǎn)也使得此天線具有低成本的特性。由于此天線 具有這些優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電視地面廣播接收系統(tǒng)中可通過(guò)兩種方式進(jìn)行應(yīng)用。其一將其作為 附屬配件安裝于電視外殼上，通過(guò)夾具固定于電視的側(cè)邊或頂部；其二，直接將此小型化天 線內(nèi)置于電視機(jī)內(nèi)部，作為電視的組成部件來(lái)應(yīng)用。以上所述，僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施方式，并不以此限定本申請(qǐng)的范圍，凡以本申請(qǐng) 權(quán)利要求及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所做的簡(jiǎn)單的等效變換與修飾，皆應(yīng)屬于本申請(qǐng)所覆蓋的范圍。
權(quán)利要求一種數(shù)字電視地面廣播天線，其特征在于，包括具有相互平行的一上表面及一下表面的介質(zhì)基板，設(shè)置于所述上表面的第一金屬輻射部，及設(shè)置于所述下表面的第二金屬輻射部，其中，所述第一金屬輻射部包括位于所述介質(zhì)基板頂端的第一平面金屬板及在平面金屬板的豎直中線方向上延伸的微帶金屬線，所述微帶金屬線與所述第一平面金屬板具有接觸點(diǎn)，并與接觸點(diǎn)兩側(cè)的所述第一平面金屬板的邊緣成鈍角角度，所述第一平面金屬板上設(shè)置有鏤空部分，所述第二金屬輻射部為位于所述介質(zhì)基板底端的第二平面金屬板，所述第二平面金屬板上設(shè)置有鏤空部分。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述微帶金屬線與所述第一平面金屬板的 接觸點(diǎn)，在所述介質(zhì)基板的垂直方向上的投影，落在所述第二平面金屬板之外，以在所述第 一平面金屬板與所述第二平面金屬板之間形成耦合。
3.如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，所述第一平面金屬板上設(shè)置的鏤空部分為4 個(gè)大小相同，有規(guī)則幾何形狀，并以對(duì)稱的兩行兩列方式排列的第一鏤空。
4.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述第一鏤空中的第一行鏤空，長(zhǎng)32mm，寬 16mm，鏤空上邊緣距離金屬頂端40mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板的豎直中線 的邊緣分別處于所述豎直中線的1.5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓?。坏诙戌U空 長(zhǎng)32mm，寬16mm，鏤空上邊緣距離金屬頂端80mm，左右兩個(gè)鏤空靠近所述第一平面金屬板 的豎直中線的邊緣分別處于所述豎直中線的1. 5mm處，邊角是半徑為5mm的四分之一圓弧。
5 如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，所述第二平面金屬板上設(shè)置的鏤空部分為 2個(gè)大小相同，具有規(guī)則幾何形狀，并以所述第二平面金屬板的豎直中線為對(duì)稱軸排列的第 二鏤空。
6.如權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，所述第二鏤空由矩形和設(shè)置在矩形兩側(cè)的 兩個(gè)半圓形組合而成，并形成一閉合幾何形狀，其中，矩形靠近所述第二平面金屬板的豎直 中線的邊緣到所述豎直中線的垂直距離為30mm，長(zhǎng)10mm，高30mm，左右兩邊是半徑為15mm 的半圓形，鏤空下邊緣距離基板下沿20mm。
7.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4.4。
8.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線的覆蓋頻率為470MHz-850MHz。
專利摘要本實(shí)用新型披露一種用于接收數(shù)字電視地面廣播的寬頻帶平面小型接收天線。該天線包括具有相互平行的一上表面及一下表面的介質(zhì)基板，設(shè)置于上表面的第一金屬輻射部，及設(shè)置于下表面的第二金屬輻射部，其中，第一金屬輻射部包括位于介質(zhì)基板頂端的第一平面金屬板及在平面金屬板的豎直中線方向上延伸的微帶金屬線，接地金屬線與第一平面金屬板具有接觸點(diǎn)，并與接觸點(diǎn)兩側(cè)的第一平面金屬板的邊緣成鈍角角度，第一平面金屬板上設(shè)置有鏤空部分，第二金屬輻射部為位于所述介質(zhì)基板底端所的第二平面金屬板，第二平面金屬板上設(shè)置有鏤空部分。通過(guò)鏤空改變電流分布并增加了電流路徑，減少了天線尺寸，并具有超寬帶和低剖面、全向輻射的特性。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK201638938SQ201020000739
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者姚遠(yuǎn), 張福宏, 金學(xué)成 申請(qǐng)人:英特格靈芯片(天津)有限公司