專利名稱：電介質(zhì)負(fù)載四臂天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在超過200MHz頻率上操作的電介質(zhì)負(fù)載天線，主 要但非排他地涉及一種利用圓極化電磁輻射進(jìn)行操作的四臂螺旋天 線。
背景技術(shù)：
英國專利No. 2292638、 2310543和2367429中公開了電介質(zhì)負(fù)載四 臂螺旋天線。根據(jù)這些專利的天線已主要用于接收來自全球定位系統(tǒng) (GPS)衛(wèi)星星座的衛(wèi)星的圓極化信號，以進(jìn)行位置確定和導(dǎo)航。GPS 是一種窄帶服務(wù)。存在其他的基于衛(wèi)星的服務(wù)，這些服務(wù)需要針對比 來自現(xiàn)有天線的可用部分帶寬更大的部分帶寬的接收或發(fā)送裝置。在例如英國專利No.2321785公開的電介質(zhì)負(fù)載環(huán)形天線中，可通 過如下方式增大帶寬使用相互臨近的、大致平行的輻射元件對來取 代單獨的螺旋輻射元件，所述輻射元件對中的輻射元件以不同的位置 連接至鏈接導(dǎo)體，該鏈接導(dǎo)體把相對的輻射元件相鏈接。在英國專利 No. 2351850公開的另一個變體中，單一的螺旋元件被側(cè)面相對的元件 組所取代，每一組具有同延(coextensive)且相互臨近的輻射元件對， 其形式為具有用于產(chǎn)生相異電長度的不同寬度的平行軌道。對電介質(zhì) 負(fù)載雙絞環(huán)形天線所做的這些變體依靠其不同的諧振耦合模式而獲得 了帶寬方面的優(yōu)勢，所述諧振出現(xiàn)在所需的操作波段內(nèi)的不同頻率上。 如果至少一個平行軌道包括具有非平行邊沿或不同長度的相對邊沿的 導(dǎo)電帶，如英國專利申請No.2399948A中所公開，則可以獲得在帶寬方 面的進(jìn)一步擴(kuò)展。在這些稍后的變體中，與組中其他軌道最遠(yuǎn)的帶的 邊沿比更接近所述其他軌道的帶的邊沿更長。實際上，每一組中的第 一和第二軌道都可能具有不同長度的邊沿，例如對具有形成組的最外
沿的邊沿的每一個軌道進(jìn)行配置，使得該最外沿長于軌道的內(nèi)沿。通過形成每一個受影響的軌道、使得該軌道的一個邊沿在大致其 全部輻射長度遵循波狀或蜿蜒的路徑，從而獲得邊沿長度的差別。在 雙絞環(huán)形天線中，每一組軌道形成圍繞圓柱電介質(zhì)核心的中心軸的半 周。因此，螺旋軌道具有遵循嚴(yán)格的螺旋路徑的一個邊沿，而另一個 邊沿遵循以例如正弦圖案而偏離嚴(yán)格的螺旋路徑的路徑。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種針對圓極化信號的天線，該天線提供了 比現(xiàn)有的四臂螺旋天線更大的帶寬。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種四臂螺旋天線，包括通常為 圓柱電介質(zhì)底板上的第一和第二對在直徑方向上相對的天線元件，每 一對中至少一個元件包括一對相互臨近、大致平行的導(dǎo)電軌道，所述 導(dǎo)電軌道在它們之間限定了溝槽，限定所述溝槽的軌道邊沿比各個軌 道的另一邊沿要長。本發(fā)明的優(yōu)選實施例采用背射天線(backfire anterma)的形式， 所述背射天線具有位于固體電介質(zhì)天線核心的孔中的軸向饋電線結(jié) 構(gòu)，所述固體電介質(zhì)天線核心由具有大于5的相對介電常數(shù)的材料制 成。存在4個輻射組合元件，每一個從所述饋電線結(jié)構(gòu)在所述核心的遠(yuǎn) 端面終止處的饋電連接延伸至鏈接導(dǎo)體，所述鏈接導(dǎo)體把所述4個組合 元件在與所述饋電連接軸向分隔的位置處相互連接。所述鏈接導(dǎo)體關(guān) 于所述饋電連接接近地連接至所述饋電線結(jié)構(gòu)。術(shù)語"輻射"將被廣 義地解釋，當(dāng)用于天線元件、軌道或?qū)w時，它是指在所述天線用于 發(fā)射機(jī)時輻射能量的元件、軌道或?qū)w，或當(dāng)所述天線用于接收機(jī)時， 它是指從環(huán)境吸收能量的元件、軌道或?qū)w。形成第一對在直徑方向上相對的天線元件的組合元件具有比形 成第二對的組合元件更短的平均電長度，以在第一和第二對的各個元 件中的電流之間產(chǎn)生大致的相位正交性。如傳統(tǒng)的四臂天線中那樣， 在這個相位正交性所產(chǎn)生的工作波段中，天線展現(xiàn)出針對圓極化信號 的增大的增益。
在這個優(yōu)選實施例中，每一個組合輻射元件具有所述核心的遠(yuǎn)端 面上的第一徑向部分，以及從所述第一部分延伸至所述鏈接導(dǎo)體的第二螺旋部分。4個組合元件中的每一個包括相互臨近的平行軌道對，所述軌道在其間限定了上述溝槽。有利地，每一個元件僅在其第二螺旋 部分中按照這種方式而劃分，所述軌道邊沿限定了遵循例如一般為平 行的蜿蜒路徑的溝槽，以增加輻射元件的可用長度內(nèi)的溝槽長度。以 這種方式，可以把溝槽的電長度增大至天線的工作頻率上的半波長， 盡管在優(yōu)選實施例中每一個天線元件的螺旋部分具有小于半波長的電 長度。 一部分由軌道形成的導(dǎo)電路徑的長度差別，以及各個天線元件 的軌道中電流的分離(作為其間的溝槽的半波長電長度的結(jié)果)，提升 了軸向圓極化輻射的諧振，其具有比具有單一軌道輻射元件的相同尺 寸的天線所實現(xiàn)的帶寬更大的帶寬。特別地，除了其他因素以外，該 帶寬還取決于各個組合元件中的電流之間的分離程度，其中每一個組 合元件包括由溝槽或縫隙所分離的平行導(dǎo)體軌道。電流分離產(chǎn)生了工 作波段中的相位駐留，其含義是每一個更長的組合元件中的電流平均 之間的相位正交性在比傳統(tǒng)四臂天線更寬的頻帶上延伸。典型地，可以在至少0.4%的部分帶寬上實現(xiàn)大致的相位正交性。在一些實施例中， 部分帶寬可以是2%或更大。大致的相位正交性可以被定義為展現(xiàn)60' 和120'之間的相位差。在直徑方向上相對的較短和較長組合元件對之間的物理角度分 隔不需要恰好為90'，即對著螺旋軸線。例如，該角度分隔可以是70' 或80'。優(yōu)選地，在天線的工作波段內(nèi)，較短對的電流平均與較長對的 電流平均之間的相位差在這個角度分隔的30'內(nèi)，或更好地在20'內(nèi)。 該工作波段具有與上文所指相同的部分帶寬界限。因此，例如如果物 理角度分隔是80'，那么相位差優(yōu)選地在至少O. 4%或至少2%的部分帶寬 的全體上從60'至100'的范圍內(nèi)，通過把所述溝槽限制為每一個天線元件的螺旋部分，所述核心遠(yuǎn) 端面上的徑向部分可用于通過調(diào)整進(jìn)行調(diào)諧，即把導(dǎo)電材料從天線元 件中去除，例如英國專利No. 2356086所公開的使用激光蝕刻形成剪切 部分或孔，將其全體內(nèi)容通過引用并入本說明書。
與上述英國專利No. 2292638和2310543中公開的天線相同，優(yōu)選 天線的鏈接導(dǎo)體包括圍繞該核心并與饋電線結(jié)構(gòu)相連的導(dǎo)電套筒。每 一個天線元件連接至所述套筒的邊緣，且所述溝槽優(yōu)選地還延伸至所 述邊緣的高度或非常接近所述邊緣的高度。每一個天線元件的相互臨近的軌道可以具有不同的電長度，例如 由于具有不同的平均寬度。備選地，可以根據(jù)軌道關(guān)于邊緣的內(nèi)在傾 斜以及其與邊緣的各自的連接點處的電流圖案中隨之發(fā)生的不同而實 現(xiàn)導(dǎo)電路徑長度的不同。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種用于圓極化電磁輻射的螺旋天線包 括在通常為圓柱絕緣底板的通常為圓柱的外表面上或與之相鄰的第 一和第二對螺旋導(dǎo)電軌道組，所述軌道組圍繞所述外表面而分布，而 且每一組均包括至少一對通常為螺旋形狀的軌道，每一軌道均有一個 邊沿比另一個邊沿長，而且每一軌道與所述對中另一軌道的距離比其 與其他組中的軌道的距離更近。每一組的軌道優(yōu)選地在其間限定了具 有下述平均寬度的大致側(cè)面平行的細(xì)長溝槽，所述平均寬度小于相鄰 軌道組之間的平均間距的 一 半。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在高于200MHz的頻帶內(nèi)工 作的四臂螺旋天線，其中，所述天線包括4個同延的組合螺旋天線元件， 每一個天線元件都以由縫隙分離的至少兩個同延細(xì)長導(dǎo)體的組合而形 成，所述縫隙的寬度小于各個組合元件與任一相鄰組合元件之間的間 距的一半，所述縫隙和約束所述縫隙的所述同延導(dǎo)體的部分限定了細(xì) 長邊界區(qū)域，該區(qū)域在所述天線的工作波段內(nèi)的頻率上，具有相關(guān)的 電長度，該電長度大于沒有約束所述縫隙的同延導(dǎo)體部分的電長度。伴隨說明書的從屬權(quán)利要求包括上文未提出的可選特征的非窮 盡集合。根據(jù)本發(fā)明的天線具有下列工作波段的特定用途(a) 1559-1591MHz (伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng))(b) 1260-1300MHz (伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng))(c) 1164-1214MHz (伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)) (d) 1563畫1587MHz (GPSL1)(e) 1216-1240MHz (GPSL2)(f) 1164畫1188MHz (GPSL5)(g) 1602.56-1615.50MHz (Glonass)(h) 1240-1260MHz (Glonass)(i) 1610.0-1626.5 (Iridium衛(wèi)星通信) (j) 2332.5-2345.0MHz (XM衛(wèi)星無線電) (k) 2320.0-2332.5MHz (Sirius衛(wèi)星無線電)與這些波段相關(guān)的服務(wù)在括號中指出。
參考附圖，以示例的方式來描述本發(fā)明，其中_ 圖l是從側(cè)面觀看的根據(jù)本發(fā)明的電介質(zhì)負(fù)載四臂天線的透視圖，具有4個側(cè)面相對的細(xì)長螺旋輻射導(dǎo)體組；圖2是主要從頂部觀看的圖1中的天線的另一個透視圖； 圖3是從側(cè)下方觀看的圖1中的天線的第三透視圖；以及圖4是示出了圖1至3中的天線的導(dǎo)體組中電流相位變化的示意圖。
具體實施方式
參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的四臂天線所具有的天線元件結(jié)構(gòu)是，在固體陶瓷核心12的圓柱外表面12C上形成的、包括輻射導(dǎo)電軌道10AA、 10AB、 10BA、 10BB、 10CA、 10CB、 10DA、 10DB的4個縱向延伸組。所述核心具有軸向通道，該通道容納(house) 了具有外導(dǎo)體16、 內(nèi)電介質(zhì)絕緣層17和內(nèi)導(dǎo)體18的同軸饋電線結(jié)構(gòu)。饋電線結(jié)構(gòu)的外導(dǎo) 體16可以與通過核心12的軸向通道壁相分隔，其中，外導(dǎo)體16由具有 小于核心材料的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)的電介質(zhì)層(未在圖中 示出)容納。具體地，該電介質(zhì)層可以包括上述英國專利NO. 2367429 中描述并示出的塑料外套，將該專利的全體內(nèi)容通過引用并入本申請。這個同軸饋電線結(jié)構(gòu)用于把無線電通信裝置(未示出)連接至縱 向延伸的軌道組。該天線元件結(jié)構(gòu)還包括形成為核心12的遠(yuǎn)端表面12D 上的金屬軌道的4個徑向元件10AR、 IOBR、 IOCR、 IODR，把4個縱向延 伸的軌道組的導(dǎo)電軌道10AA-10DB的末端連接至該饋電線結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電軌 道10AA-10DB的另一端連接至公共虛擬地導(dǎo)體20，該導(dǎo)體20具有圍繞核 心12的近端部分的電鍍套筒的形式。而這個套筒20以下文所述的方式 連接至饋電線結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體16。兩個徑向軌道10CR、 IODR在其內(nèi)端連 接至核心12遠(yuǎn)端處的饋電線結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體18，而另兩個徑向軌道10AR、 10BR連接至由饋電線結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體16所形成的饋電線屏蔽。在本發(fā)明的這個實施例中，包括導(dǎo)電軌道10AA-10DB的4個組10AA、 10AB-IODA、 IODB是螺旋的，并具有不同的長度。兩個組10BA、 10BB; IODA、 IODB比另兩個組IOAA、 IOAB和IOCA、 IOCB要長，這是由于延伸 至更為接近核心12的近端。每一對導(dǎo)電軌道組10AA、 IOAB、 IOCA、 10CB; IOBA、 IOBB、 IODA、 IODB的元件在核心軸線相對側(cè)上彼此在直徑方向 上相對，而且螺旋軌道10AA-10DB中的每一組遵循以圓柱核心的軸線為 中心的螺旋路徑。這個實施例中，兩對軌道組之間的長度差異由套筒 20的上邊緣或鏈接邊沿20U造成，其高度不同(即與核心的近端面12P 的距離不同)以分別提供長和短軌道組的連接點。因此，在這個實施 例中，邊緣20U遵循圍繞核心12的淺鋸齒路徑，較短的軌道組10AA、 10AB; IOCA、 10CB與邊緣20U在邊緣上的某點相遇，該點與近端面12P 的距離比較長軌道組10BA、 10BB; IODA、 10DB與邊緣20U相遇的點與近 端面10P的距離要遠(yuǎn)。軌道組10AA、 10AB-IODA、 IODB中每一個的螺旋 中心線以大致相同的旋轉(zhuǎn)角對著核心軸線，這里為大約180'的區(qū)域， 即半周。例如，如上述英國專利No. 2310543中所述，由徑向軌道10AR-10DR 以及螺旋軌道組10AA、 10AB-IODA、 IODB的組合所構(gòu)成的導(dǎo)電路徑的不 同長度在中心工作頻率上產(chǎn)生了不同的傳輸延遲，該中心工作頻率位 于與較長和較短導(dǎo)電路徑相關(guān)聯(lián)的諧振頻率之間，使得天線具有用于 接收或發(fā)送圓極化信號的諧振模式。利用導(dǎo)電軌道組10AA、 IOAB-IODA、 IODB的螺旋路徑的左手指向， 天線對于入射到其核心軸線上、并來自遠(yuǎn)端面12D的右手圓極化信號具 有最高的增益。如果該天線被用于左手圓極化信號，則螺旋的方向相反且徑向元件的連接圖案旋轉(zhuǎn)90'。如果天線適于接收左手和右手圓極 化信號兩者，則導(dǎo)電軌道組可以被布置為遵循一般與核心軸線平行的 路徑。導(dǎo)電套筒20覆蓋了天線核心12的近端部分，并通過核心12的近端 面12P上的導(dǎo)電電鍍層22與饋電線結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體16近軸地連接。如上述 英國專利No. 2310543中所述，套筒20和電鍍層22的組合形成了平衡-不平衡變壓器(balim)，從而由饋電線結(jié)構(gòu)16、 17、 18形成的傳輸線 上的信號在饋電線結(jié)構(gòu)近端處的不平衡狀態(tài)與遠(yuǎn)端處至少接近平衡的 狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。專利No.2310543的內(nèi)容通過引用并入本申請。套筒20和近端面電鍍層22的組合還具有如下效果在天線的工作 頻率上，把邊緣20U與饋電線結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體16相隔離，從而導(dǎo)電軌道組 IOAA、 10AB-IODA、 IODB中的電流通過由導(dǎo)電軌道組的各個對與套筒邊 緣20U的各個部分形成的導(dǎo)電回路，在饋電線結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端在饋電線結(jié)構(gòu) 的內(nèi)和外導(dǎo)體18、 16之間流動。實際中，每一組10AA、 10AB-IODA、 IODB中的導(dǎo)電軌道提供了饋電 連接與套筒邊緣20U之間的各個交替導(dǎo)電路徑。每一對10AA、 10AB-IODA、 10DB中的軌道由相應(yīng)的溝槽或縫隙26A、 26B、 26C、 26D 分隔，其中這些溝槽或縫隙從軌道組與其相應(yīng)徑向元件10AR、 IOBR、 IOCR、 IODR的連接點或非常接近該連接的點延伸至軌道IOAA、 IOAB-IODA、 10DB與套筒邊緣20U相連的區(qū)域。更準(zhǔn)確地，每一個溝槽 26A、 26B、 26C、 26D延伸至邊緣20U與溝槽的每一側(cè)上的相應(yīng)軌道相連 處的高度。然而優(yōu)選地，溝槽在恰好是相應(yīng)軌道連接處的邊緣20U的高 度的較矮高度處終結(jié)。在這個實施例中，約束各個溝槽26A、 26B、 26C、 26D的軌道 IOAA-IODB的邊沿偏離各個螺旋線，例如遵循各個蜿蜒的路徑，從而溝 槽26A、 26B、 26C、 26D具有側(cè)面大致平行的波狀正弦構(gòu)造。以這種方 式，與每一個溝槽26A、 26B、 26C、 26D相關(guān)的電長度被增大，從而大 于相應(yīng)的軌道組10AA、 IOAB-IODA、 IODB的軌道的面向外的邊沿的電長 度。每一個軌道采取細(xì)長導(dǎo)電帶的形式，其具有第一和第二端以及從
第一端延伸至第二端的兩個相對的邊沿。約束溝槽的邊沿比面向外的 邊沿要長，這是因為遵循所述帶的端之間的不那么直接的路徑。實際 中，與每一個溝槽相關(guān)的電長度接近于與天線工作波段內(nèi)的工作頻率 上的半波長相同。這樣，溝槽的任一側(cè)面上的導(dǎo)電路徑中的電流分別 展現(xiàn)出各自的相位獨立性。這個效果可以通過模擬在各個軌道上獨立 執(zhí)行的兩個半波簡諧諧振而形象化。根據(jù)所需的電特性，包括所需的帶寬，在每一對10AA、 10AB-10DA、 IODB的軌道中流動的電流的分離水 平在由軌道對形成的組合線的相位一頻率特性中產(chǎn)生相位駐留 (dwell)區(qū)域，而該特性在其他情況下是線性的。實際中，取決于電 流分離水平，可以改變在較短組合線10AA、 10AB; IOCA、 IOCB中的電 流與較長組合線10BA、 10BB; IODA、 IODB中的電流之間實現(xiàn)大致的相 位正交的波段。這又會影響某個波段，其中在該波段上天線在與圓極 化輻射相關(guān)的模式下處于諧振?？梢允褂美缟鲜鰧＠鸑o. 2356086中 描述并示出的測試裝置來觀察該相位駐留。通過把電容性探針伸入與 組合線低端并列的位置，即與套筒邊緣20U相鄰，當(dāng)向天線提供來自耦 合至饋電結(jié)構(gòu)16、 17、 18的發(fā)生器的掃頻信號時，可以監(jiān)視線中的電 流相位。圖4中的圖表示出了從與4個組合線并列的4個探針?biāo)@得的相 位一頻率特性。當(dāng)較短線10AA、 10AB; IOCA、 10CB的兩個特性30A、 30C 分別展現(xiàn)出與較長線10BA、 10BB; IODA、 10DB的特性的大約為90'的 差時，針對從具有饋電連接的端面向近端、沿著天線核心12的軸線而 入射的圓極化輻射的天線增益達(dá)到最大值。如圖4所示，在帶寬B上實 現(xiàn)了近似的相位正交性。在這個實施例中，B關(guān)于1618MHz中心頻率大 約為16MHz。每一個軌道組10AA、 10AB-10DA、 IODB的軌道可以具有不同的平均 寬度，以產(chǎn)生每一組中不同的平均電長度。然而要注意的是，每一個 軌道組中的第一軌道10AA、 IOBA、 IOCA、 10DA以和套筒邊緣20U之間的 銳夾角與套筒邊緣20U相遇，然而相反的是，每一組的第二軌道10AB、 IOBB、 IOCB、 10DB以鈍夾角與套筒邊緣20U相遇。各個軌道與套筒邊緣 相遇方式的不同還導(dǎo)致了每一個軌道對的軌道的平均電長度有小的不 同。因此，即使每一對的軌道具有相同的平均寬度，仍存在與較長軌 道組10BA、 10BB; IODA、 IODB相關(guān)的頻率稍有不同的兩個耦合諧振， 而且類似地，存在與較短軌道組10AA、 10AB; IOCA、 IOCB相關(guān)的頻率 不同的兩個耦合諧振。溝槽的寬度一般小于每一側(cè)的軌道的平均寬度。通常說來，溝槽 的寬度小于相鄰軌道組10AA、 10AB-10DA、 IODB之間的間距，而且優(yōu)選地小于相鄰軌道組之間的間距的一半。每一個相互臨近的導(dǎo)電軌道對 10AA、10AB-10DA、10DB可以被看作組合輻射螺旋天線元件的組成部分。通過對溝槽26A-26D的縱向長度進(jìn)行限制，使得核心的遠(yuǎn)端面12D 上的每一個徑向部分10AR-IODR中至少一部分保持未劃分，可以保留徑 向部分以形成具有孔28的形式的剪切部分，從而使用例如上述專利 No. 2356086中所述的激光蝕刻對天線進(jìn)行修整。在上述實施例中，通過布置使約束溝槽的軌道邊沿比軌道的另一 邊緣更長，與溝槽26A-26D相關(guān)的電長度與各個軌道組10AA、 10AB-10DA、 IODB的平均電長度相比被增大。換句話說，每一個軌道內(nèi) 邊沿偏離中間(mean)螺旋路徑，而各個軌道的外邊沿遵循簡單螺旋 路徑或偏離該路徑的程度比內(nèi)邊沿的偏離要小。實際中，與溝槽 26A-26D相關(guān)的螺旋波速與和軌道的外邊沿相關(guān)的波速相比被減小。這種對波速的減小可以以其他方式而實現(xiàn)。例如，溝槽的物理長 度可以與沿著軌道組相應(yīng)部分的平均螺旋長度大致相同，但是每一個 溝槽可以具有在其自身上方、下方或內(nèi)部的細(xì)長電介質(zhì)元件，該元件 由具有比核心12的相對介電常數(shù)更大的相對介電常數(shù)的材料而制成。 因此，可以通過在形成核心時使每條溝槽具有整體上較高的介電常數(shù) 的帶，或者可以在把導(dǎo)電軌道鍍到核心12上之后將具有較高介電常數(shù) 的帶被涂敷在每條溝槽上或每條溝槽中，從而與溝槽相關(guān)的平均相對 介電常數(shù)比與每一個軌道組的外邊沿相關(guān)的平均相對介電常數(shù)要大。
權(quán)利要求
1. 一種四臂螺旋天線，包括通常為圓柱形的電介質(zhì)底板上的第 一和第二對在直徑方向上相對的天線元件，每一對中至少一個元件包 括一對相互臨近、大致平行的導(dǎo)電軌道，所述導(dǎo)電軌道在它們之間限 定了溝槽，限定所述溝槽的軌道邊沿比相應(yīng)軌道的另一邊沿要長。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的天線，其中，所述限定溝槽的軌道邊沿遵循通常為平行的蜿蜒路徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其中，所述底板是由固體電 絕緣材料制成的通常為圓柱形的核心，該材料具有大于5的相對介電常 數(shù)，并具有一般為圓柱面的外表面以及近和遠(yuǎn)端表面，所述核心的固 體材料占據(jù)了所述核心內(nèi)部體積的主要部分，所述天線還包括饋電線 結(jié)構(gòu)，所述饋電線結(jié)構(gòu)通過所述核心軸向延伸至與所述遠(yuǎn)端面相關(guān)的 饋電連接，其中所述天線元件從所述饋電連接延伸至鏈接導(dǎo)體，所述 鏈接導(dǎo)體在所述天線元件的與所述饋電連接相關(guān)的端所相對的端處相 互連接，而且其中多個所述天線元件中的每一個都包括所述核心的遠(yuǎn) 端表面上的第一徑向部分，所述徑向部分包括所述饋電連接與第二部 分之間的單一導(dǎo)電軌道，而且所述第二部分包括從所述第一部分大致 延伸至所述鏈接導(dǎo)體的所述相互臨近的平行軌道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其中，所述單一導(dǎo)電路徑具有剪 切部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中，所述剪切部分包括所述軌 道中的孔，所述孔位于連續(xù)的軌道邊沿之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項所述的天線，其中，所述鏈接 導(dǎo)體包括圍繞所述核心的導(dǎo)電套筒，而且所述溝槽大致延伸至所述套 筒的邊緣。
7. 根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的天線，其中，所述對的所 述相互臨近的軌道具有不同的電長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其中，所述對的所述軌道的平均 寬度是不同的。
9. 根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的天線，其中，限定所述溝 槽的所述軌道邊沿具有電長度為^/2，其中Xg是與所述天線的工作頻 率波段內(nèi)的頻率相對應(yīng)的導(dǎo)波長。
10. —種用于圓極化電磁輻射的螺旋天線，包括在通常為圓柱形 的絕緣底板的通常為圓柱面的外表面上或與所述外表面相鄰的第一和 第二對螺旋導(dǎo)電軌道組，所述軌道組圍繞所述外表面大致均勻地分布， 而且每一組均包括至少一對通常為螺旋形的軌道，每一軌道均有一個 邊沿長于另一個邊沿，而且每一軌道與所述對中另一軌道的距離比其 與其他組中的軌道的距離更近。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述對的軌道在其之間 限定了細(xì)長溝槽，作為所述溝槽邊界的軌道邊沿比各個軌道的另一邊 沿更長。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述對的軌道在其之間 限定了細(xì)長溝槽，所述細(xì)長溝槽在中間螺旋路徑周圍蜿蜒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述對的軌道在其之間 限定了大致側(cè)面平行的細(xì)長溝槽，所述溝槽的平均寬度小于相鄰軌道 組之間的平均間距的一半。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任意一項所述的天線，其中，通常為 螺旋形的軌道的所述對包括具有不同電長度的軌道。
15. —種在高于200MHz的頻帶內(nèi)工作的四臂螺旋天線，其中，所 述天線包括4個同延的組合螺旋天線元件，每一個天線元件都以由縫隙 分離的至少兩個同延細(xì)長導(dǎo)體的組合而形成，所述縫隙的寬度小于各 個組合元件與任一相鄰組合元件之間的間距的一半，所述縫隙和約束 所述縫隙的所述同延導(dǎo)體的部分限定了細(xì)長邊界區(qū)域，該區(qū)域在所述 天線的工作波段內(nèi)的頻率上，具有相關(guān)的電長度，該電長度大于沒有 約束所述縫隙的所述同延導(dǎo)體的部分的電長度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的天線，其中，每一個組合元件的所述 同延導(dǎo)體在公共饋電連接處或其臨近處電鏈接到一起。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的天線，其中，所述縫隙和約束所 述縫隙的所述同延導(dǎo)體的部分限定了具有電長度大致為n、/2的細(xì)長 邊界區(qū)域，其中n是整數(shù)(1、 2、 3...)且、是所述天線的工作波段內(nèi) 的頻率上的所述邊界區(qū)域中的導(dǎo)波長。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中任意一項所述的天線，包括天線底板 和饋電連接，其中，所述兩個同延細(xì)長導(dǎo)體位于所述底板的外表面上， 并具有第一和第二端，第一端連接到一起并連接至所述饋電連接，而 第二端在所述外表面上或臨近所述外表面處連接在一起。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任意一項所述的天線，其中，所述兩 個同延細(xì)長導(dǎo)體在其各自的全部長度上同延。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15至19中任意一項所述的天線，包括由具有 相對介電常數(shù)大于5的固體電介質(zhì)材料所制成的圓柱核心；與所述核心 的一端相關(guān)聯(lián)的饋電連接；以及與所述核心的另一端相關(guān)聯(lián)的鏈接導(dǎo) 體，其中，每一個組合螺旋天線元件包括具有各自的第一和第二端的 在核心的圓柱外表面上的同延細(xì)長導(dǎo)電軌道對，所述軌道的第一端連 接到一起并連接至所述饋電連接，而第二端連接至所述鏈接導(dǎo)體，所 述鏈接導(dǎo)體把所有的4個組合螺旋天線元件相互連接。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15至20中任意一項所述的天線，其中，所述縫 隙是蜿蜓的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15至20中任意一項所述的天線，包括多個細(xì)長 電介質(zhì)元件，每一個與相應(yīng)的所述縫隙相關(guān)聯(lián)，并具有比所述組合天 線元件的電絕緣環(huán)境的相對介電常數(shù)更大的相對介電常數(shù)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15至20中任意一項所述的天線，其中，所述至 少兩個延伸細(xì)長導(dǎo)體包括在具有第一相對介電常數(shù)的電介質(zhì)底板上形 成的導(dǎo)電軌道，而且所述縫隙被具有比第一相對介電常數(shù)更大的第二 相對介電常數(shù)的材料所占據(jù)。
全文摘要
在以圓極化信號工作的電介質(zhì)負(fù)載四臂天線中，4個同延組合螺旋元件被鍍在圓柱電介質(zhì)核心(12)的外表面上，每一個組合元件包括兩個相互臨近的導(dǎo)電軌道(10AA、10AB-10DA、10DB)，這些導(dǎo)電軌道在其間限定了細(xì)長溝槽或縫隙(26A-26D)。約束每一個溝槽的軌道邊沿比各個軌道的相對邊沿更長，其中它們遵循平行的蜿蜒路徑，其結(jié)果是每一個溝槽(26A-26D)偏離中間螺旋路徑，并且比該中間螺旋路徑中相對應(yīng)的部分更長。在所述天線的工作波段內(nèi)的頻率上，所述溝槽(26A-26D)具有與半波長相等的各自的電長度。所述天線的帶寬大于具有單軌道螺旋元件的相應(yīng)尺寸的天線的帶寬。
文檔編號H01Q11/08GK101147296SQ200680009308
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者奧利弗·保羅·雷斯特恩 申請人:薩恩特爾有限公司