專利名稱：對(duì)繞天線的制作方法
這是1992年12月15日申請(qǐng)的申請(qǐng)系列號(hào)№07/992，970的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及發(fā)射天線和接收天線，尤其是，本發(fā)明涉及螺旋形繞制的天線。
激發(fā)頻率下的天線效率與有效電長(zhǎng)度直接有關(guān)，有效電長(zhǎng)度與信號(hào)傳播速度的關(guān)系是通過以下眾所周知的公式表示，C為自由空間中的光速，波長(zhǎng)λ和頻率fλ＝C/f大家知道，天線的電長(zhǎng)度應(yīng)該是帶接地面的一個(gè)波長(zhǎng)，二分之一波長(zhǎng)(偶極子)，或四分之一波長(zhǎng)，使有效電阻抗減至最小。當(dāng)這些特征不能符合時(shí)，天線阻抗改變了天線和天線饋入線(傳輸線)上產(chǎn)生的各種駐波，從而增大所有產(chǎn)生能量損耗的駐波比，減少輻射能量。
典型的直鞭狀天線(單極子)具有全向豎直極化圖形，這種天線在高頻，如UHF下尺寸可以做得較小。然而，在低頻下尺寸問題就產(chǎn)生了，用于LF和MF波段的天線很長(zhǎng)以及天線塔很高。長(zhǎng)距離傳輸質(zhì)量在較低頻段下是有利的，但是，天線，尤其是方向陣列太大，不可能制成小型的手提發(fā)射機(jī)。即使在高頻下，與普通單極天線或偶極天線有相同效率和性能的較小尺寸天線也是很有用的。
多年以來一直在嘗試用不同的方法制造帶方向特性的小型天線，尤其是有豎直極化的小型天線，我們發(fā)現(xiàn)，豎直極化比水平極化有更高的效率(在較長(zhǎng)范圍)，其理由是，水平極化天線遭受更多的地波損耗。
從方向特性上來講，一般認(rèn)為，采用某些天線結(jié)構(gòu)可以消去天線中建立的一個(gè)特定極化方向的磁場(chǎng)，同時(shí)增強(qiáng)垂直于該磁場(chǎng)方向的電場(chǎng)。此與類似，可以消去電場(chǎng)，同時(shí)增強(qiáng)磁場(chǎng)。
等效性原理是電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)熟知的概念，該原理的內(nèi)容是，在一給定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相同場(chǎng)的兩個(gè)源是等效的，等效性可以在電流源與相應(yīng)的磁流源之間得到證明。1961年參考書R.F。Harrington“時(shí)間諧波電磁場(chǎng)”第3-5節(jié)中對(duì)此給以說明。在載有線性電流的直線偶極天線單元情況中，等效磁源是一個(gè)圓形的磁流方位環(huán)。載有電流的螺線管是建立直線磁流一個(gè)顯而易見的方法。放置在環(huán)形面上的電流螺線管是建立所需圓形磁流方位環(huán)的一個(gè)方法。
環(huán)形螺旋形天線是由圍繞成環(huán)狀螺旋形導(dǎo)線構(gòu)成，其輻射電磁能的特性場(chǎng)圖類似于電偶極天線的特性場(chǎng)圖，電偶極天線的軸垂直于環(huán)狀平面并與環(huán)狀中心同心。相對(duì)于自由空間傳播速度而言，螺旋形導(dǎo)線的有效傳輸線阻抗延遲了螺旋狀結(jié)構(gòu)周圍來自導(dǎo)線饋入點(diǎn)各個(gè)波的傳播。減低的速度以及該結(jié)構(gòu)中的環(huán)流就可能制造這樣一種螺旋線天線，其尺寸與相應(yīng)的共振偶極子(直線天線)大致相同或更小，環(huán)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有低的縱橫比，因?yàn)榄h(huán)狀螺旋形設(shè)計(jì)的尺寸小于簡(jiǎn)單的共振偶極子結(jié)構(gòu)，但具有類似的電輻射特性。簡(jiǎn)單的單相饋電結(jié)構(gòu)的輻射場(chǎng)圖與二分之一波長(zhǎng)偶極子輻射場(chǎng)圖類似，但是其體積要小得多。
就此而論，美國(guó)專利4,622,558和4,751,515討論了環(huán)形天線的某些方面，用自共振結(jié)構(gòu)取代普通的直線天線作為制造小型天線的方法，該自共振結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎直極化輻射在沿地面?zhèn)鞑r(shí)損耗較少。在低頻下，如前所述，自共振豎直線形天線是不切實(shí)際的，以上這些專利中所解釋的自共振結(jié)構(gòu)避開了體積龐大以及低頻下豎直元件電效率低的問題。
上述專利最早提出單絲環(huán)形螺旋線作為更復(fù)雜方向天線的構(gòu)造單元。這些天線可以包括信號(hào)饋入的多個(gè)導(dǎo)電路徑，各個(gè)信號(hào)之間相對(duì)相位，或用外部無源導(dǎo)電路徑控制，或由于特定的自共振特性而受到控制。在一般意義上，這些專利討論了利用所謂的環(huán)狀對(duì)繞繞組產(chǎn)生豎直極化。這些專利中討論的環(huán)狀對(duì)繞繞組是只有兩個(gè)端口的非尋常設(shè)計(jì)，如在參考文獻(xiàn)，Birdsall，C.K.和Everhart，T.E.“用于高功率行波管的改型對(duì)繞螺旋形導(dǎo)電路徑”，IRE Tranoactions on Electron Devices，1956年10月p.190，中所描述的。這些專利指出磁場(chǎng)/磁流與電場(chǎng)/電流之間的區(qū)別，并推斷，在環(huán)形體上互相對(duì)繞的兩個(gè)單絲導(dǎo)電路徑重疊，利用兩個(gè)端口的信號(hào)輸入可以制成豎直極化的天線。該設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是線形螺旋線，線形螺旋線的設(shè)計(jì)公式最先是由Kandoian和Sichak在1953年導(dǎo)出的(美國(guó)專利4,622,558提到過)。
諸如上述專利的現(xiàn)有技術(shù)，說的是由基本的環(huán)形元件作為構(gòu)造元件形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)某種取向的結(jié)構(gòu)模擬對(duì)繞結(jié)構(gòu)。例如，上述專利討論一個(gè)環(huán)形面(復(fù)雜的或簡(jiǎn)單的)，該環(huán)形面設(shè)計(jì)成環(huán)形面副軸所確定的圓周長(zhǎng)為導(dǎo)向波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
單絲設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單環(huán)狀天線對(duì)入射(接收)信號(hào)或輸出(發(fā)射)信號(hào)的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量都有響應(yīng)。另一方面，多絲(多繞組)在分開的環(huán)形體上分開繞組中可以有相同的螺距方向或不同的螺距方向，允許提供天線方向性和極化控制。一種螺旋形式是環(huán)和橋設(shè)計(jì)形式，它具有某些，但不是全部的，基本對(duì)繞繞組結(jié)構(gòu)的特性。
大家知道，直線形螺線管線圈產(chǎn)生沿著其中心軸的直線磁場(chǎng)。磁場(chǎng)U方向是按照“右手螺旋法則”，其內(nèi)容是，若右手手指朝向手掌向內(nèi)卷曲，且指向螺線管中環(huán)形電流的方向，則磁場(chǎng)的方向是與姆指所指的方向相同，該姆指是沿著手指卷曲的軸平行伸展開的。(見圖47，以下)當(dāng)此法則應(yīng)用于繞成右旋方向的螺線管線圈時(shí)，如同右旋螺紋一樣，電流和形成的磁場(chǎng)指向上述相同的方向，但是，左旋方向的線圈，其電流和形成的磁場(chǎng)指向與上述不同的方向。由螺線管線圈生成的磁場(chǎng)有時(shí)也稱之為磁流。把同一軸上右旋線圈與左旋線圈組合在一起形成對(duì)繞線圈，并在各個(gè)線圈中饋入相反流向的電流，則凈電流實(shí)際上下降為零，而凈磁場(chǎng)是單個(gè)線圈單獨(dú)存在時(shí)的兩倍。
大家也知道，一個(gè)有正弦交流電流饋電輸入和以負(fù)載阻抗為終端的平衡輸電線從電源到負(fù)載傳送電流波。電流波在負(fù)載處反射，傳送回電源，人們發(fā)現(xiàn)，傳輸線上凈電流分布是入射波分量與反射波分量之和，其特征可以表示為傳輸線上的駐波。(見

圖13，以下)在一平衡的傳輸線上，沿著傳輸線每一導(dǎo)線上任何給定點(diǎn)處的兩個(gè)電流分量大小相等而極性相反，這一情況等效于沿著分開的導(dǎo)線同時(shí)傳播極性相反幅度相同的兩個(gè)波。沿著一根給定導(dǎo)線，正電流在一個(gè)方向上的傳播等效于負(fù)電流在相反方向上的傳播。入射波與反射波的相對(duì)位相取決于負(fù)載單元的阻抗。在I0＝入射電流信號(hào)，I1＝反射電流信號(hào)情況，參照以下圖13，則反射系數(shù)ρi定義為ρi=I1I0=-I1′I0=ZLZ0-1ZLZ0+1]]>因?yàn)槿肷潆娏髋c反射電流沿相反方向行進(jìn)，等效反射電流，I’1＝-I1給出相對(duì)于入射電流I0方向的反射電流的大小。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一個(gè)小型豎直極化的天線，特別適用于長(zhǎng)距離低頻波傳送，但也可用于任何頻率下，其中需要低矮型或小尺寸的天線裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一個(gè)適用于機(jī)動(dòng)車或船的定向天線。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是，提供一個(gè)在所有方向上大體全向輻射的天線。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是，提供一個(gè)在垂直于極化方向上有最大輻射增益和在極化方向上有最小輻射增益的天線。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是，提供一個(gè)簡(jiǎn)化饋電配置的天線，這種天線容易與射頻(RF)功率源匹配。
本發(fā)明的第六個(gè)目的是，提供一個(gè)強(qiáng)化徑向輻射能量的天線。
本發(fā)明的第七個(gè)目的是，提供一個(gè)強(qiáng)化豎直輻射能量的天線。
按照本發(fā)明，環(huán)狀天線有一個(gè)環(huán)形面以及絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成的第一繞組和第二繞組，每一繞組作為單個(gè)閉合電路圍繞環(huán)形面以分段螺旋狀圖形延伸。環(huán)狀體有偶數(shù)個(gè)段，例如四段，但一般大于或等于兩段。給定段內(nèi)一根連續(xù)導(dǎo)線的每一部分相對(duì)于鄰近段內(nèi)同一根連續(xù)導(dǎo)線的那個(gè)部分是反繞的。同一根導(dǎo)線相鄰兩段在節(jié)點(diǎn)(繞組反轉(zhuǎn)點(diǎn))處相接。兩根連續(xù)導(dǎo)線在環(huán)狀體的每一段內(nèi)是互相反繞的。一對(duì)節(jié)點(diǎn)(一個(gè)端口)位于相鄰兩個(gè)段的交界處。兩個(gè)相鄰段之間，來自單極信號(hào)源的電流極性在電源通過端口連接處時(shí)相對(duì)于端口節(jié)點(diǎn)相連的導(dǎo)線是反轉(zhuǎn)的。按照本發(fā)明，在每隔一個(gè)端口的節(jié)點(diǎn)處的兩根導(dǎo)線是分離的，該分離的末端是以相匹配的純無功阻抗作為終端，給各個(gè)反射電流信號(hào)提供90°相移。這就可以在此結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)消除凈電流和產(chǎn)生準(zhǔn)均勻的方位磁流，建立豎直極化的電磁輻射。
按照本發(fā)明，一串導(dǎo)電回路是“極向地”放置在回轉(zhuǎn)面上，且等間隔圍繞此回轉(zhuǎn)面，使得每一回路的主軸與回轉(zhuǎn)面的副軸相切。相對(duì)于回轉(zhuǎn)面的主軸，所有回路的中心端連接到一個(gè)終端，所有回路的其余端連接到第二終端。單極信號(hào)源加到兩個(gè)終端上，因?yàn)楦鱾€(gè)回路在導(dǎo)電路徑上是并聯(lián)的，所有回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)是同相的，因而產(chǎn)生準(zhǔn)均勻的方位磁場(chǎng)，造成豎直極化全向輻射。
按照本發(fā)明，隨著回路數(shù)目的增多，導(dǎo)電單元變成導(dǎo)電回轉(zhuǎn)面，此回轉(zhuǎn)面可以是連續(xù)的，也可以是徑向有間隙的。在復(fù)合天線終端引入串聯(lián)電感或并聯(lián)電容，就使工作頻率下降。
按照本發(fā)明，隨著添加一對(duì)平行導(dǎo)電極就可以使電容加進(jìn)去，這對(duì)平行導(dǎo)電板作為導(dǎo)電回轉(zhuǎn)面的一個(gè)轂。該回轉(zhuǎn)面在與平行板接合處有縫隙，一塊導(dǎo)電板與縫隙的一側(cè)導(dǎo)電路徑相連，第二塊導(dǎo)電板連接到縫隙的另一側(cè)。導(dǎo)電回轉(zhuǎn)面在徑向還可以有縫隙，仿效一串基本的回路天線。如果回轉(zhuǎn)面的半徑和形狀隨相應(yīng)的回轉(zhuǎn)角而變化，則能夠增大這種結(jié)構(gòu)的帶寬。
按照本發(fā)明，電磁天線包括一個(gè)多連通面；第一絕緣導(dǎo)線裝置裝置，它沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋多連通面，至少有第一螺距方向(helical pitch sense)；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋多連通面，至少有第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋多連通面；與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別有電連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子；以及反射器裝置，將天線信號(hào)引向多連通面以接收或發(fā)射天線信號(hào)。
按照本發(fā)明，電磁天線包括有主軸的多連通面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋多連通面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋多連通面，至少有第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋多連通面，第一和第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑中大致垂直于多連通面主軸的部分導(dǎo)電路徑，大致在多連通面主軸的徑向，其余部分導(dǎo)電路徑大致按螺旋形取向；以及與第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置電連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子。
按照本發(fā)明，電磁天線包括有一導(dǎo)管的大體球面，此導(dǎo)管沿著大體球面的主軸方向；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋大體球面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且部分覆蓋大體球面，至少有第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋大體球面，第一和第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑穿過大體球面的導(dǎo)管，在此導(dǎo)管內(nèi)部第一和第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑大體上平行于大體球面的主軸，其余部分大體上按螺旋形取向；以及與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別電連接的第一和第二信號(hào)端子。
按照本發(fā)明，電磁天線包括有主半徑和副半徑的多連通面，主半徑大于零，副半徑大于主半徑；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋多連通面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且部分覆蓋多連通面，至少有第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋多連通面；以及與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別電連接的第一和第二信號(hào)端子。
按照本發(fā)明，電磁天線包括一個(gè)球面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋此球面，至少有第一繞組方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋此球面，至少有第二繞組方向，第二繞組方向與第一繞組方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋此球面；以及與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別電連接的第一和第二信號(hào)端子。
按照本發(fā)明，電磁天線包括一個(gè)半球面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋此半球面，至少有第一繞組方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞且至少部分覆蓋此半球面，至少有第二繞組方向，第二繞組方向與第一繞組方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，且至少部分覆蓋此半球面；以及與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別電連接的第一和第二信號(hào)端子。
與橋和環(huán)結(jié)構(gòu)的天線比較，本發(fā)明提供的小型豎直極化天線在較寬的頻譜范圍內(nèi)有更大的增益。本發(fā)明的其他目的，優(yōu)點(diǎn)和特征對(duì)于本專業(yè)人員來說是顯而易見的。
圖1是按照本發(fā)明的四段螺旋形天線簡(jiǎn)圖。
圖2是圖1中繞組的放大圖。
圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中繞組的放大圖。
圖4是按照本發(fā)明的兩段(兩部分)螺旋形天線簡(jiǎn)圖。
圖5是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例在繞組反轉(zhuǎn)點(diǎn)有可變阻抗的兩端口螺旋形天線，其中可變阻抗用于天線調(diào)諧。
圖6是圖1所示天線的場(chǎng)分布圖。
圖7，圖8和圖9是圖1所示天線相對(duì)于節(jié)點(diǎn)之間環(huán)形面位置上的電流圖和磁場(chǎng)圖。
圖10，圖11和圖12是圖4所示天線相對(duì)于節(jié)點(diǎn)之間環(huán)形面位置上的電流圖和磁場(chǎng)圖。
圖13是有載傳輸線的等效導(dǎo)電路徑。
圖14是按照本發(fā)明環(huán)狀天線上極向繞組的放大圖，該天線具有調(diào)諧能力，改進(jìn)的電場(chǎng)相消和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
圖15是按照本發(fā)明帶阻抗和相位匹配元件的四段結(jié)構(gòu)天線的簡(jiǎn)化框圖。
圖16是按照本發(fā)明帶連接兩個(gè)繞組的初級(jí)和次級(jí)阻抗匹配線圈的天線繞組放大圖。
圖17是按照本發(fā)明的天線等效導(dǎo)電路徑，說明調(diào)諧方法。
圖18和圖19是部分環(huán)狀天線的簡(jiǎn)圖，其中利用圍繞環(huán)狀天線的閉合金屬箔元件實(shí)現(xiàn)圖17所示調(diào)諧。
圖20是按照本發(fā)明的天線簡(jiǎn)圖，其中利用相對(duì)節(jié)點(diǎn)之間調(diào)諧電容器。
圖21是按照本發(fā)明四段結(jié)構(gòu)天線的另一種調(diào)諧方法等效導(dǎo)電路徑圖。
圖22是按照本發(fā)明環(huán)狀天線上有導(dǎo)電箔纏繞的天線，實(shí)現(xiàn)圖21所示調(diào)諧。
圖23是沿圖24中直線23-23的剖面圖。
圖24是按照本發(fā)明有金屬箔覆蓋的天線透視圖。
圖25是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，畫出具有“旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性”的天線。
圖26是利用天線上調(diào)制器控制的參量調(diào)諧器件的一個(gè)FM發(fā)射機(jī)功能框圖。
圖27是無定向的極化回路天線。
圖28是圖27所示天線中一個(gè)回路的側(cè)視圖。
圖29是回路天線的等效導(dǎo)電路徑。
圖30方形回路天線的側(cè)視圖。
圖31是按照本發(fā)明柱形回路天線的部分剖面圖。
圖32是沿圖31中直線32-32的剖面圖，其中包括繞組內(nèi)的電流流向圖。
圖33是按照本發(fā)明帶縫隙的環(huán)狀天線的部分視圖，該縫隙用于調(diào)諧和模擬極向回路結(jié)構(gòu)。
圖34畫出帶環(huán)狀柱心調(diào)諧導(dǎo)電路徑的環(huán)狀天線。
圖35是圖34所示天線的等效導(dǎo)電路徑圖。
圖36是按照本發(fā)明帶中央電容調(diào)諧裝置的環(huán)狀天線剖面圖。
圖37是圖36所示另一個(gè)實(shí)施例帶極向繞組的天線剖面圖。
圖38是帶可變電容調(diào)諧的另一個(gè)實(shí)施例。
圖39是按照本發(fā)明方形環(huán)狀天線的平面圖，該天線增大了帶寬，其中縫隙用于調(diào)諧或模擬極向回路結(jié)構(gòu)。
圖40是沿圖39中直線40-40的剖面圖。
圖41是圖39所示另一個(gè)實(shí)施例天線的平面圖，該天線有帶縫隙的六個(gè)側(cè)面，用于調(diào)諧或模擬極向回路結(jié)構(gòu)。
圖42是沿圖41直線42-42的剖面圖。
圖43是普通的線性螺旋線，圖44是大體的線性螺旋線。
圖45是圖45所示結(jié)構(gòu)的等效組成，假定磁場(chǎng)在螺旋線的整個(gè)長(zhǎng)度上均勻或準(zhǔn)均勻。
圖46畫出有外部回路以及相移和比例控制導(dǎo)電路徑的對(duì)繞環(huán)狀螺旋形天線。
圖47畫出右旋方向和左旋方向的等效導(dǎo)電路徑及其相關(guān)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。
圖48是串鎖天線的簡(jiǎn)圖。
圖49是另一種串饋天線的簡(jiǎn)圖。
圖50是帶一個(gè)或兩個(gè)饋電端口的另一種天線簡(jiǎn)圖。
圖51是圖48至圖51中環(huán)狀天線實(shí)施例的典型垂直輻射圖。
圖52是帶拋物面反射器的環(huán)狀天線透視圖。
圖53是圖52所示環(huán)狀天線的豎直剖面圖。
圖54是帶另一種拋物面反射器的環(huán)狀天線透視圖。
圖55是圖54所示環(huán)狀天線的豎直剖面圖。
圖56是柱狀天線的等比例圖，該天線有部分螺旋形導(dǎo)電路徑和部分徑向?qū)щ娐窂降膶?duì)繞導(dǎo)線。
圖57是有螺旋形導(dǎo)電路徑的環(huán)狀天線典型的垂直輻射圖。
圖58是圖56所示天線典型的垂直輻射圖。
圖59是大體球形環(huán)狀天線的透視圖，此環(huán)狀天線有一大體圓形剖面和一中央導(dǎo)管。
圖60是帶螺旋形導(dǎo)電路徑的環(huán)狀天線典型的垂直輻射圖。
圖61是圖59所示天線典型的垂直輻射圖。
圖62是一種環(huán)狀天線的豎直剖面圖，此環(huán)狀天線的副半徑大于主半徑。
圖63是圖62中帶螺旋形導(dǎo)電路徑的環(huán)狀天線的導(dǎo)線平面圖。
圖64是圖63所示導(dǎo)線的透視圖。
圖65是圖62所示帶螺旋形導(dǎo)電路徑的環(huán)狀天線的對(duì)繞導(dǎo)線透視圖。
圖66是球狀天線中單根球形導(dǎo)線的透視圖。
圖67是球狀天線中球形對(duì)繞導(dǎo)線的透視圖。
圖68是半球狀天線中半球形對(duì)繞導(dǎo)線的透視圖。
圖69是球狀天線中另一種單根球形導(dǎo)線的透視圖。
圖70是球狀天線中另一種球形對(duì)繞導(dǎo)線的透視圖。
圖71是帶串聯(lián)或并聯(lián)饋電點(diǎn)的球狀天線中球形對(duì)繞導(dǎo)線的透視圖。
圖72是圖62所示球狀的四段螺旋形天線的簡(jiǎn)圖。
參照?qǐng)D1，天線10包括兩個(gè)電絕緣閉路導(dǎo)線(繞組)W1和W2，此兩個(gè)絕緣閉路導(dǎo)線圍繞環(huán)形體TF延伸，貫穿四個(gè)(n＝4)等角線圈段12。射頻(RF)電信號(hào)從兩個(gè)接線柱S1和S2提供給兩個(gè)繞組。在每一線圈段內(nèi)，繞組是“對(duì)繞”的，就是說，繞組W1的源可能是右旋(RH)，如實(shí)線所示，繞組W2的源可能是左旋(LH)，如虛線所示。假定每根導(dǎo)線環(huán)繞環(huán)形體TF的螺旋形圈數(shù)是相同的，螺旋形圈數(shù)的多少由下述公式確定。每一繞組在節(jié)點(diǎn)14處反轉(zhuǎn)方向(如每個(gè)繞組的剖面圖所示)。信號(hào)端子S1和S2連接到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一對(duì)這樣的節(jié)點(diǎn)稱之為一個(gè)“端口”。在本文討論中，四個(gè)端口處的各對(duì)節(jié)點(diǎn)用a1和a2，b1和b2，c1和c2，d1和d2表示。例如，圖1中有四個(gè)端口a，b，c，d。相對(duì)于TF的副軸而言，給定端口處的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以有任意的夾角，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與環(huán)形面可以有任意的角度，若每一段上線圈圈數(shù)是一整數(shù)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)上全部端口有上述相同的角度關(guān)系。例如，圖2畫出直徑方向相對(duì)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，而圖3畫出兩個(gè)重疊的節(jié)點(diǎn)。雖然兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互相覆蓋，但是從一個(gè)端口到下一個(gè)端口，相應(yīng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與端子或接線柱S1和S2的連接是反轉(zhuǎn)的，如圖所示，形成的結(jié)構(gòu)是，直徑方向相對(duì)的兩個(gè)線圈段有相同的平行連接，其中每一繞組有相同的方向。其結(jié)果是，每一段內(nèi)兩個(gè)繞組中的電流是相反的，但電流方向與繞組方向一起隨一個(gè)線圈段到下一個(gè)線圈段而反轉(zhuǎn)。只要線圈段數(shù)目為偶數(shù)，可以增加或減少段的數(shù)目，但是，應(yīng)該明白，節(jié)點(diǎn)與環(huán)狀天線的有效傳輸線長(zhǎng)度之間有關(guān)系(考慮到因螺旋形繞組和工作頻率造成的傳播速度變化)。通過改變節(jié)點(diǎn)的位置，尤其是依靠圖5所示外部阻抗，可以控制天線的極化和方向性。已發(fā)現(xiàn)，此處所示四段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生垂直極化無定向電場(chǎng)圖，此電場(chǎng)圖有一個(gè)與天線軸為θ的傾斜角，以及從天線射出的多個(gè)電磁波E1，E2，如圖6所示。
雖然圖1說明有四段的實(shí)施例，圖4說明有兩段的實(shí)施例，但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以適用于任意偶數(shù)段，例如六段。增多段數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，增大輻射功率和減小天線饋入口的復(fù)合阻抗，從而使信號(hào)端子阻抗與天線上信號(hào)端口復(fù)合阻抗的匹配工作簡(jiǎn)化。減少段數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，減小天線的整體尺寸。
雖然主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，產(chǎn)生圖6所示的垂直極化全向輻射圖，但是在此之前由電磁系統(tǒng)等效性原理以及對(duì)基本偶極天線的了解已認(rèn)識(shí)到，上述目標(biāo)可以通過建立磁流或磁通方位圓環(huán)而達(dá)到。所以，對(duì)天線的討論是涉及天線產(chǎn)生這種磁流分布的能力。參照?qǐng)D1，平衡信號(hào)被加到信號(hào)端子S1和S2。于是，該信號(hào)傳送到環(huán)狀螺旋形饋入端口a經(jīng)平衡傳輸線到端口d。由平衡傳輸線理論知道，在沿傳輸線的任意給定點(diǎn)處，兩個(gè)導(dǎo)線中的電流相位相差180°。在到達(dá)與傳輸線連接的節(jié)點(diǎn)處，電流信號(hào)繼續(xù)傳播，成為離開節(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向傳播的行波。四段天線和兩段天線中的電流分布及其方向分別畫在圖7至圖9和圖10至圖12中，這些圖中以端口或節(jié)點(diǎn)作為參照點(diǎn)，其中J代表電流，M代表磁流。此分析假定，信號(hào)頻率調(diào)諧到與天線結(jié)構(gòu)一致，使得天線結(jié)構(gòu)的電周長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)，且天線結(jié)構(gòu)上的電流分布大體為正弦形幅度。對(duì)繞天線的環(huán)狀螺旋形繞組結(jié)構(gòu)當(dāng)作一根傳輸線考慮，然而，這種繞組由于功率輻率形成一根漏電傳輸線。圖7和圖10的曲線代表電流分布，其極性是以離開節(jié)點(diǎn)的傳播方向作為參照，信號(hào)從這些節(jié)點(diǎn)射出。圖8和圖11的曲線代表以共同的逆時(shí)針方向作為參照的電流分布，已認(rèn)識(shí)到，電流的極性隨參照的方向而變化。圖9和圖11則畫出相應(yīng)的磁流分布，利用了圖1中所述原理。圖8和圖11說明，環(huán)狀螺旋形結(jié)構(gòu)上的凈電流分布抵消了。但是，如圖9和圖12所示，凈磁流分布增強(qiáng)了，因此，那些正交信號(hào)之和形成準(zhǔn)均勻的方位電流分布。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明必須滿足以下五個(gè)關(guān)鍵條件1)天線必須調(diào)諧到信號(hào)頻率，即在信號(hào)頻率下，環(huán)狀螺旋形天線結(jié)構(gòu)中每一段的電周長(zhǎng)應(yīng)該是四分之一波長(zhǎng)，2)每一節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)幅度應(yīng)該相等，3)每一端口處的信號(hào)相位應(yīng)該同相，4)加在端子S1和S2上的信號(hào)應(yīng)該平衡，以及5)信號(hào)端子S1和S2連接到環(huán)狀螺旋形結(jié)構(gòu)上信號(hào)端口的傳輸線各段阻抗應(yīng)該與傳輸線每一終端相應(yīng)負(fù)載匹配，為的是消去信號(hào)反射。
在計(jì)算天線的尺寸時(shí)，用到以下公式中各種參數(shù)。
a＝環(huán)形體主軸b＝環(huán)形體副軸D＝2×b＝環(huán)形體副直徑N＝繞在環(huán)形體上螺旋形導(dǎo)線的圈數(shù)n＝單位長(zhǎng)度上的圈數(shù)Vg＝天線的速度因子
b(歸一化)＝b/λ＝bLw＝歸一化導(dǎo)線長(zhǎng)度λg＝基于速度因子的波長(zhǎng)，λ為自由空間波長(zhǎng)m＝天線的段數(shù)環(huán)狀螺旋形天線處在由以下四個(gè)物理變量所確定的“諧振”頻率上a＝環(huán)狀體主半徑b＝環(huán)狀體副半徑N＝繞在環(huán)狀體上螺旋形導(dǎo)線的圈數(shù)V＝導(dǎo)向波速度已發(fā)現(xiàn)，通過將以上變量相對(duì)于自由空間波長(zhǎng)λ進(jìn)行歸一化，獨(dú)立變量的數(shù)目還可以減少到兩個(gè)，Vg和N，重新組合后構(gòu)成函數(shù)a(Vg)和b(Vg，N)。就是說，這個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)在自由空間波長(zhǎng)下有相應(yīng)的諧振頻率。對(duì)于一個(gè)四段天線而言，諧振頻率是指環(huán)狀體主軸的周長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)下的頻率。通常，諧振工作頻率是指天線結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生駐波的頻率，其中每一段天線為四分之一導(dǎo)向波波長(zhǎng)(即，圖1中每一段12是1/4導(dǎo)向波波長(zhǎng))。此分析中假定，該結(jié)構(gòu)的主周長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)，且饋電線和繞組是相應(yīng)地配置的。
天線的速度因子由下式給定的Vg=Vc=2πaλ=4Lmλ=λgλ----(1)]]>環(huán)狀體的實(shí)際尺寸可以相對(duì)于自由空間波長(zhǎng)按照如下式子歸一化a~=aλ--b~=bλ----(2)]]>1953年I.R.E，會(huì)議記錄，第二部分天線與通訊，pp.42-47A.G.Kandoicn和W.Siclak“寬頻范圍調(diào)諧的天線和導(dǎo)電路徑”一文中提出一個(gè)公式，預(yù)言單絲直線形螺線管狀內(nèi)導(dǎo)線共軸線的速度因子。通過幾何變量替換，該公式轉(zhuǎn)換成適用于環(huán)狀螺線形的速度因子，美國(guó)專利4,622,558和4,751,515中給出此公式Vg=11+20(2bNL)2.5(2bλ).5----(3)]]>雖然此公式是根據(jù)與此處所述本發(fā)明不同的實(shí)施例，但是，稍作經(jīng)驗(yàn)上的修正可以作為本發(fā)明的大體描述，用于給定諧振頻率的設(shè)計(jì)。
將(1)式和(2)式代入(3)式，簡(jiǎn)化后得到Vg=11+20(2b~N.25mVg)2.5(2b~).5=11+160(N.25mVg)2.563----(4)]]>由公式(1)和(2)可以看出，速度因子與歸一化主半徑成正比關(guān)系Vg=2πa~-----(5)]]>因此，將(4)式和(5)式重新整理，求出歸一化主半徑和副半徑用Vg和N來表示a~=mVg8π----(6)]]>b~=((1-Vg2)Vg160(4mN)2.5)13--------(7)]]>遵從環(huán)狀體的如下基本性質(zhì)b~a~=ba≤1-----(8)]]>公式(2)，(6)，(7)，(8)給出與頻率無關(guān)的基本設(shè)計(jì)關(guān)系。這些公式可用于在給定工作頻率，速度因子和線圈圈數(shù)的條件下求出天線的實(shí)際尺寸，或解決其逆問題，即，在給定螺旋形線圈圈數(shù)的天線具體尺寸條件下確定工作頻率。
另一個(gè)基于Kandoian和Sichak參考文獻(xiàn)的約束條件可以用如下的歸一化變量表示nD2λ=4Nb2Lλ=4Nb-2.25mVg≤15------(9)]]>重新整理以上公式求出b，代入(7)式得到b~=((1-Vg2)Vg160(4mN)2.5)13≤(mVg80N)12------(10)]]>重新整理(10)式，分離變量得到1-Vg2Vg≤16N5m=α------(11)]]>可以求解以上二次方程，得出Vg≥-α+α2+42--------(12)]]>另外，從公式(6)和(8)得到Vg≥8πb~m-------(13)]]>從約束條件(8)導(dǎo)出的約束條件(13)似乎比約束條件(12)更嚴(yán)格。
于是，得出螺旋形導(dǎo)線的歸一化長(zhǎng)度L~W=2π(Nb)2+a~2=2πb~N2+(a~b)2--------(14)]]>若a＝b，且線圈圈數(shù)最少，則導(dǎo)線長(zhǎng)度最短。若a＝b，從(6)式得到b~=mVg8π------(15)]]>因此，L~W=mVg4N2+1>mVgN4------(16)]]>對(duì)于一個(gè)四段天線，m＝4并且L~W>VgN-------(17)]]>將(15)式代入(10)式得到VgN=(π310m(1-Vg2))0.4---------(18)]]>對(duì)于一個(gè)四段天線，m＝最小值＝4，最短的導(dǎo)線長(zhǎng)度為VgN=1.151<L~W------(19)]]>一般，若速度因子小，導(dǎo)線長(zhǎng)度也短，所以(18)式可以大體為VgN=(π210m)0.4------(20)]]>將上式代入(16)式得出L~W>m.8(π3320)0.4=0.393m.8-----(21)]]>因此，對(duì)于所有兩段天線，Kandoian和Sichak預(yù)言，每根導(dǎo)線的長(zhǎng)度大于自由空間波長(zhǎng)。
根據(jù)以上這些方程，我們可以制造一個(gè)環(huán)狀天線，它實(shí)際上具有半波長(zhǎng)直線天線的傳輸特性。幾個(gè)按照本發(fā)明對(duì)繞環(huán)狀螺旋形天線的經(jīng)驗(yàn)表明，給定結(jié)構(gòu)下的諧振頻率不同于公式(2)，(6)和(7)預(yù)期的頻率，尤其是，若在計(jì)算中用到的圈數(shù)N大于兩根導(dǎo)線中一根導(dǎo)線實(shí)際圈數(shù)的一至二倍，則實(shí)際的諧振頻率似乎與公式(2)，(6)和(7)預(yù)期的相同，在某些情況中，實(shí)際的工作頻率似乎與導(dǎo)線長(zhǎng)度關(guān)系密切。對(duì)于一個(gè)給定長(zhǎng)度的環(huán)狀螺旋形導(dǎo)線LW(a，b，N)，此長(zhǎng)度等于頻率為下式的電磁波自由空間波長(zhǎng)fw(a,b,N)=cLW(a,b,N)-------(22)]]>在某些情況中，測(cè)得的諧振頻率與0.75*fw(a，b，N)或fw(a，b，2N)最符合。例如，在106MHz頻率下，假定速度因子為1.0，則半波長(zhǎng)直線天線的長(zhǎng)度為1.415m(55.7英寸)，而按照本發(fā)明的環(huán)狀設(shè)計(jì)有以下的尺寸a＝6.955cm(2.738英寸)b＝1.430cm(0.563英寸)N＝16圈，#16導(dǎo)線m＝4段對(duì)于這個(gè)環(huán)狀設(shè)計(jì)實(shí)施例，公式(2)，(6)和(7)預(yù)期的結(jié)果是，若N＝16，則諧振頻率為311.5MHz，Vg＝0.454，若N＝32，諧振頻率為166.7MHz，在測(cè)得的頻率下，Vg＝0.154且公式(4)成立，則N的有效值為51圈，此有效值為每根導(dǎo)線實(shí)際值的3.2倍。在此情況中，fw(a，b，2N)＝103.2MHz。
在圖5所示本發(fā)明的改型天線中，兩個(gè)端口a和c與輸入信號(hào)的連接是斷開的，如同對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的導(dǎo)線是斷開的一樣。余下的四個(gè)斷開的端口a11-a21，a12-a22，c11-c21和c21-c22則以電抗Z作為負(fù)載，其阻抗與傳輸線各段的本征阻抗匹配，這些段上的阻抗是由對(duì)繞環(huán)狀螺旋形導(dǎo)線對(duì)構(gòu)成的。來自這些終端的信號(hào)反射(見圖13)作用是反射與入射信號(hào)相位差90°的信號(hào)，使得環(huán)狀螺旋形導(dǎo)線上的電流分布類似于圖1實(shí)施例的電流分布，因此提供了相同的輻射圖，但是信號(hào)端子與信號(hào)端口之間的饋電連接較少，從而簡(jiǎn)化該天線結(jié)構(gòu)的調(diào)整和調(diào)諧。
環(huán)狀對(duì)繞導(dǎo)線可以安排成不同于螺旋形的式樣，但仍符合本發(fā)明的精神。圖14畫出另一種的布置(“周邊極向的繞組圖形”)，其中兩個(gè)絕緣導(dǎo)線裝置W1，W2形成的螺旋線分解成一串互連的極向回路14.1。這種互連形成了相對(duì)于主軸的圓弧。兩根分開的導(dǎo)線處處平行，使得這種布置可以更精確地抵消環(huán)形電流分量，更精確地引導(dǎo)由極向回路產(chǎn)生的磁流分量。此實(shí)施例的特征是，具有更大的線間電容，起到降低該結(jié)構(gòu)諧振率的作用，這一點(diǎn)已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過調(diào)整兩根平行導(dǎo)線W1與W2之間間距，以及通過調(diào)整兩根對(duì)繞導(dǎo)線互相之間夾角和相對(duì)于環(huán)狀體主軸或副軸的夾角，就可以調(diào)節(jié)此實(shí)施例的諧振頻率。
信號(hào)端口S1，S2中每一端口處的信號(hào)應(yīng)當(dāng)在幅度和相位上互相平衡(即，幅度相等，相位差180°)，為的是在最佳方式下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。信號(hào)饋入傳輸線段也應(yīng)該在兩端匹配，即，在信號(hào)端子共同的節(jié)點(diǎn)和在對(duì)繞環(huán)狀螺旋形結(jié)構(gòu)的每個(gè)單獨(dú)的信號(hào)端口兩端。對(duì)繞繞組中的缺陷，如繞組繞成的形狀或其他因素可能會(huì)造成信號(hào)端口處阻抗的改變。這種改變可能要求如圖15中所示形式的補(bǔ)償，使得進(jìn)入天線結(jié)構(gòu)中的電流有平衡的幅度和相位，為的是使以下描述的環(huán)狀電流分量抵消最完全。最簡(jiǎn)單的形式是，若信號(hào)端子處的阻抗為Z0，通常為50Ω，信號(hào)端口處的信號(hào)阻抗為Z1-m*Z0，則相同長(zhǎng)度的m條饋電線中每一條線的阻抗為Z1，這些在信號(hào)端子處阻抗的平行組合為Z0值，就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。若信號(hào)端子處的阻抗為不同于上述的Z1值，則本發(fā)明可以在四分之一波長(zhǎng)變換器饋電線下實(shí)現(xiàn)，每條饋電線的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，其本征阻抗為Zf＝Z0Z1。通常，任何阻抗可以與傳輸線單元構(gòu)成的雙短線調(diào)諧器匹配。來自信號(hào)端子的饋電線可以用電感耦合到圖16所示的信號(hào)端口。除了能使信號(hào)端口的阻抗與饋電線匹配以外，該方法還能作為一個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，將饋電端的不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成環(huán)狀對(duì)繞螺旋形結(jié)構(gòu)上信號(hào)端口的平衡信號(hào)。藉助這種電感耦合方法，可以調(diào)節(jié)信號(hào)饋線與天線結(jié)構(gòu)之間耦合系數(shù)，使該天線結(jié)構(gòu)能自由諧振。對(duì)于本專業(yè)人員熟悉的阻抗，相位，幅度匹配和平衡的其他方法在不偏離本發(fā)明的精神條件下也是可能的。
可以用各種方法調(diào)諧天線結(jié)構(gòu)，最好的方式是，調(diào)諧裝置應(yīng)該均勻地分布在天線結(jié)構(gòu)的周圍，以保持一個(gè)均勻的方位磁環(huán)流。圖17說明圍繞兩根絕緣導(dǎo)線裝置的極向箔片結(jié)構(gòu)18.1，19.1(見圖18和圖19)的用途，這種箔片結(jié)構(gòu)起到改變兩根螺旋形導(dǎo)線之間電容耦合的作用。極向調(diào)諧單元可以是斷開的或閉合的回路，閉合回路還有附加的電感耦合成分。圖20說明通過電容耦合兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)，尤其是相同導(dǎo)線上直徑方向相對(duì)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，用以平衡天線結(jié)構(gòu)上的信號(hào)。利用圓形導(dǎo)電箔或?qū)щ娋W(wǎng)，可以是連續(xù)的或分段的，這個(gè)箔或網(wǎng)本身也是環(huán)狀的平行于環(huán)狀表面，這種使用可變電容器C1的電容耦合在方位角方向是連續(xù)的。圖23和圖25實(shí)施例是由圖17至圖21實(shí)施例的演變而產(chǎn)生的，其中整個(gè)環(huán)狀螺旋形結(jié)構(gòu)HS被處處為同心的屏22.1所圍住。理想的情況是，環(huán)狀螺旋形結(jié)構(gòu)HS產(chǎn)生嚴(yán)格的環(huán)狀磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)平行于這一屏，使得在一個(gè)足夠薄有一定導(dǎo)電性箔和工作頻率下，電磁邊界條件得到滿足，能使電磁場(chǎng)在此結(jié)構(gòu)以外傳播，可以加上縫隙(極向的)25.1用于此處所述的調(diào)諧。
環(huán)狀對(duì)繞螺旋形結(jié)構(gòu)是一個(gè)很高Q值的諧振腔，它起到調(diào)諧元件和FM發(fā)射機(jī)的組合作用，如圖26.2所示，其中有一個(gè)接收來自天線10電壓的振蕩放大器26.2。通過調(diào)制器26.4控制的參量調(diào)諧元件26.3可以完成調(diào)制。傳輸頻率F1的控制是由天線結(jié)構(gòu)上的電容或電感調(diào)諧元件的電子調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，或者直接改變電抗，或者接入一串固定的電抗元件(以前討論過)，以控制耦合到天線結(jié)構(gòu)的電抗，因而就調(diào)節(jié)了環(huán)狀對(duì)繞螺旋形結(jié)構(gòu)的自然頻率。
在圖27所示本發(fā)明的另一種改型中，以前各實(shí)施例中環(huán)狀螺旋形導(dǎo)線被一串N個(gè)極向回路27.1所替代，這些回路圍繞一個(gè)環(huán)狀體放置成等方位角。相對(duì)于環(huán)狀體主半徑的每一回路最中央部分在信號(hào)端子S1處連接在一起，而每一回路的最外邊部分在信號(hào)端子S2處連接在一起。盡管各個(gè)回路都是相同的，但可以具有任意形狀，圖28畫出的是圓形，圖30畫出的是矩形。這種結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)電路徑表示在圖29中。各個(gè)回路段中的每一個(gè)是一個(gè)普通的回路天線。在此復(fù)合結(jié)構(gòu)中，各個(gè)回路是平行地饋電，使得在每一回路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)分量相位相同，方位角指向環(huán)狀體，形成方位角上均勻的磁流環(huán)。比較起來，在對(duì)繞環(huán)狀螺旋形天線中，對(duì)繞螺旋形導(dǎo)線環(huán)向分量的場(chǎng)是抵消的，似乎這些分量并不存在，只留下來自導(dǎo)線極向分量的貢獻(xiàn)。因此，圖27實(shí)施例從實(shí)際結(jié)構(gòu)上消除了環(huán)狀分量，而不是依賴產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場(chǎng)加以抵消。增多圖27實(shí)施例中極向回路的數(shù)目分別構(gòu)成圖31方形回路實(shí)施例和圖33圓形回路實(shí)施例。單獨(dú)的回路變成連續(xù)的導(dǎo)電面，這個(gè)表面可以有或沒有經(jīng)向平面縫隙，為的是仿效多回路的實(shí)施例。這種結(jié)構(gòu)建立方位角磁流環(huán)，這些磁流處處平行于環(huán)形導(dǎo)電面，其相應(yīng)的電場(chǎng)處處垂直于環(huán)形導(dǎo)電面，于是，只要連續(xù)導(dǎo)電面足夠薄，由此結(jié)構(gòu)建立的電磁波就能夠穿過導(dǎo)電面?zhèn)鞑?。這種裝置具有電偶極子環(huán)的效果，電荷在該結(jié)構(gòu)的預(yù)側(cè)與底側(cè)之間運(yùn)動(dòng)，即，平行于環(huán)狀體的主軸方向。
圖27和圖31的實(shí)施例都有尺寸較大的缺點(diǎn)，因?yàn)榛芈返闹荛L(zhǎng)在諧振工作時(shí)必須為半波長(zhǎng)的量級(jí)，然而，在圖27和圖31的結(jié)構(gòu)中加入串聯(lián)電感或并聯(lián)電抗就可以減小回路尺寸。圖34畫出加入串聯(lián)電感，將圖31實(shí)施例的中央導(dǎo)線換成螺線形導(dǎo)線35.1。圖36畫出在圖31實(shí)施例中加入并聯(lián)電容36.1。平行板電容器呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)TS的中央轂36.2，此轂也給環(huán)狀體和中央電連接器36.3提供了機(jī)械支承，端子S1和S2上的信號(hào)藉助連接器饋入天線結(jié)構(gòu)。平行板電容器和起支承作用的轂是由兩塊導(dǎo)電板P1和P2構(gòu)成的，導(dǎo)電板是用銅，鋁，或其他某種非鐵導(dǎo)體做成，導(dǎo)電板之間介質(zhì)為，諸如空氣，特氟隆，或其他低損耗材料36.4。帶有端子S1和S2的連接器36.3分別與平行板P1和P2中心部分有導(dǎo)電路徑連接，這兩塊平行板又與環(huán)狀導(dǎo)電面TS內(nèi)側(cè)環(huán)形縫隙各一側(cè)有導(dǎo)電路徑連接。信號(hào)流沿著徑向從連接器36.3向外流過導(dǎo)電板P1和P2并圍繞環(huán)形導(dǎo)電面TS。由導(dǎo)電板P1和P2提供附加的電容能使環(huán)形面TS的極向周長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作在相同頻率下回路天線類似諧振態(tài)時(shí)所需的長(zhǎng)度。
圖36電容調(diào)諧元件可以與圖37電感回路結(jié)合構(gòu)成圖37實(shí)施例，這種設(shè)計(jì)可以用圖38所示等效導(dǎo)電路徑加以說明，其中假定所有電容是由平行板電容器提供，所有電感是由導(dǎo)線回路提供。平行板電容器的電容量公式和導(dǎo)線電感的公式是1986年E.C.Jordan編輯的第7版參考書中P.6-13 Howard W.Sams“無線電工程師用參考數(shù)據(jù)”給出C=0.225ϵr[(N-1)At]------(23)]]>和Lwire=a100[7.353Log10(16ad)-6.386]-----(24)]]>其中C＝電容量pfdLwire＝電感量μHA＝平板面積，英寸2t＝平板間隔，英寸N＝平板數(shù)目a＝導(dǎo)線回路的平均半徑，英寸d＝導(dǎo)線直徑，英寸∈r＝相對(duì)介電常數(shù)假定導(dǎo)線回路總數(shù)為N，則等效并聯(lián)導(dǎo)電路徑的諧振頻率由下式給出ω=1LtotalC=1LwireNC-----(25)]]>f=ω2π------(26)]]>對(duì)于一個(gè)環(huán)狀天線，副軸直徑＝7.00cm(2.755英寸)，主軸內(nèi)直徑(電容器平板直徑)為10.28cm(4.046英寸)，#16導(dǎo)線(d＝0.16cm(0.063英寸))回路圈數(shù)N＝24，平行板間隔t＝0.358cm(0.141英寸)計(jì)算出的諧振頻率為156.5Mhz。
在圖38實(shí)施例中，單圈環(huán)形回路的電感大體為L(zhǎng)=μ0b22a-----(27)]]>其中μ0是自由空間磁導(dǎo)率＝400πnH/m，a和b分別是環(huán)狀體的主半徑和副半徑。形成環(huán)狀體轂的平行板電容器的電容由下式給出C=ϵ0ϵrAt=ϵ0ϵrπ(a-b)2t-----(28)]]>其中∈0是自由空間電容率＝8.854pfd/m。
將公式(27)和(28)代入公式(25)和(26)得到f=38.07b2(a-b)2ϵratMHz------(29)]]>公式(29)表示，若平行板間隔增大到1.01cm(0.397英寸)，除了連續(xù)的導(dǎo)電面以外，上述環(huán)狀結(jié)構(gòu)具有相同的諧振頻率156.5MHz。
通過調(diào)節(jié)整個(gè)平行板間隔，或調(diào)節(jié)圖38所示板上環(huán)形窄縫隙的寬度，可以調(diào)諧圖36，圖37，圖38實(shí)施例工作頻率，其中微調(diào)裝置是方位角對(duì)稱的，為的是保持從結(jié)構(gòu)中心向外沿徑向傳播的信號(hào)對(duì)稱性。
圖39和圖41說明增大這種天線結(jié)構(gòu)帶寬的方法。由于信號(hào)是沿著徑向向外傳播，在不同的徑向提供不同的微分諧振導(dǎo)電路徑就可以增大帶寬。幾何形狀的變化做成方位角對(duì)稱的，為的是盡量減少對(duì)方位角磁場(chǎng)分布的影響。圖39和圖41畫出的形狀是由管形器材商品構(gòu)成的，而圖25(或圖24)畫出半徑呈正弦形變化的形狀，這種形狀會(huì)減少對(duì)磁場(chǎng)分布的影響。
現(xiàn)有技術(shù)螺旋形天線應(yīng)用于地質(zhì)特征遙感和導(dǎo)航。在這些應(yīng)用中，采用相對(duì)低的頻率，需要龐大的結(jié)構(gòu)以獲得良好的性能。圖43中畫出直線螺旋形天線。這種天線可以用圖44所示天線大體表示，其中嚴(yán)格的螺旋線分解成一串直線互聯(lián)有間隔的單圈回路。若磁場(chǎng)在此結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度方向均勻或準(zhǔn)均勻，則各回路單元可以與復(fù)合直線單元分開以構(gòu)成圖45形狀，這個(gè)結(jié)構(gòu)在尺寸上還可以進(jìn)一步壓縮，用此處所述環(huán)狀螺旋形天線或環(huán)狀極向天線替代直線單元，如圖46所示。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是，整體結(jié)構(gòu)比相應(yīng)的直線螺旋形更加緊湊，有利于做成手提式放在飛機(jī)，車輛或船只上，或放在隱蔽之處。這種結(jié)構(gòu)以及圖45結(jié)構(gòu)的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，磁場(chǎng)信號(hào)分量和電場(chǎng)信號(hào)分量是分開的，能用一種不同于直線螺旋形結(jié)構(gòu)固有方式加以處理和組合，它能夠提供附加的信息。
參照?qǐng)D48，這是一種電磁天線48示意圖。天線48包括表面49，如圖1的環(huán)形面TF；絕緣導(dǎo)線電路50；和兩個(gè)信號(hào)端子52，54，雖然本發(fā)明可應(yīng)用于各種形狀表面，如多連通面，大體球面(如圖59所示)，球面(如圖6b所示)，或半球面(如圖68所示)。
此處用到的術(shù)語“多連通面”明確地包括這樣一些面，但并不局限于這樣一些面(a)任何環(huán)形面，如圖1所示環(huán)形面TF，其主半徑大于或等于副半徑；(b)由旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓，或一個(gè)平面閉合曲線，或多邊形，形成的那些面，多邊形圍繞一根軸在其面上有多個(gè)不同的半徑，這些面的主半徑大于零，這些面的副半徑小于，等于，或大于主半徑；以及(c)其他的一些面，諸如由大致平面材料構(gòu)成的墊圈或六角螺母形成的面，這些面的內(nèi)周長(zhǎng)大于零，外周長(zhǎng)大于內(nèi)周長(zhǎng)，內(nèi)周長(zhǎng)和外周長(zhǎng)是一個(gè)平面閉合曲線和/或多邊形所確定的。
舉例性的絕緣導(dǎo)線電路50從節(jié)點(diǎn)60(+)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)62(-)沿著一條導(dǎo)電路徑56延伸，圍繞并覆蓋表面49。絕緣導(dǎo)線電路50還從節(jié)點(diǎn)62(-)到節(jié)點(diǎn)60(+)沿著另一條導(dǎo)電路徑58延伸，圍繞并覆蓋表面49，從而形成單個(gè)圍繞并覆蓋表面49的環(huán)形導(dǎo)電路徑。
如在結(jié)合圖1所討論的，兩條導(dǎo)電路徑56，58可以是有相同圈數(shù)的對(duì)繞螺旋形導(dǎo)電路徑，導(dǎo)電路徑56是右旋(RH)螺距方向，如圖中實(shí)線所示，導(dǎo)電路徑58是左旋(LH)螺距方向，此螺距方向與RH螺距方向相反，如圖中虛線所示。
導(dǎo)電路徑56，58可以排列成不同于螺旋形的型式，諸如大體螺旋型式，部分螺旋型式，周邊極向形狀，或盤旋型式，這些型式仍符合本發(fā)明的精神，導(dǎo)電路徑56，58可以排列成有相反繞組方向的對(duì)繞“周邊極向繞組型式”，如在以上結(jié)合圖14所討論的，其中兩根絕緣導(dǎo)線裝置W1，W2中每一根導(dǎo)線形成的螺旋線可以分解成一連串互連的極向回路14.1。
仍參照?qǐng)D48，兩條導(dǎo)電路徑56，58在節(jié)點(diǎn)60，62處反轉(zhuǎn)方向。兩個(gè)信號(hào)端子52，54分別與兩個(gè)節(jié)點(diǎn)60，62有導(dǎo)電路徑連接。信號(hào)端子52，54或給邊緣導(dǎo)線導(dǎo)電路徑50提供輸出(發(fā)射的)RF電信號(hào)64，或從絕緣導(dǎo)線電路50接收輸入(接收的)RF電信號(hào)64。例如，在發(fā)射信號(hào)情況中，單個(gè)環(huán)行的絕緣導(dǎo)線電路50與兩個(gè)信號(hào)端子52，54串聯(lián)饋電。
熟悉本專業(yè)的人們知道，兩條導(dǎo)電路徑56，58可以由單根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成，例如，一根導(dǎo)線或印刷導(dǎo)電路徑導(dǎo)線構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，它包括從節(jié)點(diǎn)60到節(jié)點(diǎn)62的導(dǎo)電路徑56和從節(jié)點(diǎn)62返回到節(jié)點(diǎn)60的導(dǎo)電路徑58。熟悉本專業(yè)的人們還知道，兩條導(dǎo)電路徑56，58可以由多根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成，例如，一根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成從節(jié)點(diǎn)60到節(jié)點(diǎn)62的導(dǎo)電路徑56，另一根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成從節(jié)點(diǎn)62返回到節(jié)點(diǎn)60的導(dǎo)電路徑58。
信號(hào)64的標(biāo)稱工作頻率調(diào)諧到與天線48結(jié)構(gòu)一致，為的是使其電周長(zhǎng)為半個(gè)波長(zhǎng)，天線結(jié)構(gòu)上的電流分布為大體正弦形幅度。兩條對(duì)繞導(dǎo)電路徑56，58中每一條導(dǎo)電路徑長(zhǎng)度約為標(biāo)稱工作頻率的二分之一導(dǎo)向波長(zhǎng)，這兩條導(dǎo)電路徑可以看成是有平衡饋電的非均勻傳輸線單元。兩條導(dǎo)電路徑56，58構(gòu)成一條閉合回路，例如，在圖1所示環(huán)狀體TF的環(huán)形面情況中，這兩條導(dǎo)電路徑被擰成一個(gè)“數(shù)字8”，再被折疊返回形成兩個(gè)同心繞組。
參照?qǐng)D49，這是另一種電磁天線48’的示意圖。天線48’包括如圖48所示表面49這樣的一個(gè)表面，絕緣導(dǎo)線電路50’，和兩個(gè)信號(hào)端子52’，54’。除了以下要討論的以外，電磁天線48’，絕緣導(dǎo)線電路50’，兩個(gè)信號(hào)端子52’，54’與相應(yīng)的電磁天線48，絕緣導(dǎo)線電路50，兩個(gè)信號(hào)端子52，54大致相同。
舉例性的絕緣導(dǎo)線電路50’從節(jié)點(diǎn)60’(t)到中間節(jié)點(diǎn)A，再從中間節(jié)點(diǎn)A到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)62’(-)沿著導(dǎo)電路徑56’延伸，圍繞并覆蓋表面49。絕緣導(dǎo)線電路50’從節(jié)點(diǎn)62’(-)到另一個(gè)中間點(diǎn)B，再從中間點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)60’(+)沿著另一條導(dǎo)電路徑58’延伸，圍繞并覆蓋表面49，從而形成圍繞并覆曾表面49的單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑。
如在以上結(jié)合圖14和圖48所討論的，兩條導(dǎo)電路徑56’，58’可以是有相同圈數(shù)的對(duì)繞螺旋形導(dǎo)電路徑，或排列成不同于嚴(yán)格螺旋形的型式，諸如大體螺旋型式，部分螺旋型式，盤旋型式，或有相反繞組方向的“周邊極向繞組型式”。
兩個(gè)信號(hào)端子52’，54’或給絕緣導(dǎo)線電路50’提供輸出(發(fā)射的)RF電信號(hào)64，或從絕緣導(dǎo)線電路50’接收輸入(接收的)RF電信號(hào)64。兩條導(dǎo)電路徑56’，58’中每一條長(zhǎng)度為信號(hào)64標(biāo)稱工作頻率的約二分之一導(dǎo)向波長(zhǎng)，這兩條導(dǎo)電路徑在節(jié)點(diǎn)60’，62’處反轉(zhuǎn)方向。兩個(gè)信號(hào)端子52’，54’分別與中間節(jié)點(diǎn)A，B有導(dǎo)電路徑連接。最好是，節(jié)點(diǎn)60’，62’設(shè)置在與中間節(jié)點(diǎn)A，B相對(duì)的直徑方向上，為的是使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)60’，62’到相應(yīng)中間節(jié)點(diǎn)A，B的導(dǎo)電路徑56’，58’長(zhǎng)度分別與從兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)A，B到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)62’，60’的導(dǎo)電路徑56’，58’長(zhǎng)度相等。
熟悉本專業(yè)的人們知道，兩條導(dǎo)電路徑56’，58’可以由單根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成，這根絕緣導(dǎo)線裝置形成的單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑包括從節(jié)點(diǎn)60’到中間節(jié)點(diǎn)A再到節(jié)點(diǎn)62’的導(dǎo)電路徑56’和從節(jié)點(diǎn)62’到中間節(jié)點(diǎn)B再到節(jié)點(diǎn)60’的導(dǎo)電路徑58’。熟悉本專業(yè)的人們還知道，兩條導(dǎo)電路徑56’，58’中每一條可以由一根或多根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成，例如，一根絕緣導(dǎo)線裝置是從節(jié)點(diǎn)60’到中間節(jié)點(diǎn)A，再從中間節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)62’；或者，一根絕緣導(dǎo)線裝置是從節(jié)點(diǎn)60’到中間節(jié)點(diǎn)A，另一根絕緣導(dǎo)線裝置是從中間節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)62’。
參照?qǐng)D50，這是另一種電磁天線66的示意圖。天線66包括如圖48所示表面49的這樣一個(gè)表面，第一絕緣導(dǎo)線電路68，第二絕緣導(dǎo)線電路70’，和兩個(gè)信號(hào)端子72，74。
絕緣導(dǎo)線電路68包括一對(duì)螺旋形導(dǎo)電路徑76，78，絕緣導(dǎo)線電路70包括類似地一對(duì)螺旋形導(dǎo)電路徑80，82。絕緣導(dǎo)線電路68從節(jié)點(diǎn)84到節(jié)點(diǎn)86沿著導(dǎo)電路徑76延伸，圍繞并部分覆蓋表面49，還從節(jié)點(diǎn)86到節(jié)點(diǎn)84沿著導(dǎo)電路徑78延伸，圍繞并部分覆蓋表面49，目的是使兩條導(dǎo)電路徑76，78構(gòu)成一條環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋表面49。絕緣導(dǎo)線電路70從節(jié)點(diǎn)88到節(jié)點(diǎn)90沿著導(dǎo)電路徑80延伸，圍繞并部分覆蓋表面49，還從節(jié)點(diǎn)90到88沿著導(dǎo)電路徑82延伸，圍繞并部分覆蓋表面49，目的是使兩條導(dǎo)電路徑80，82構(gòu)成另一條環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋表面49。
如在以上結(jié)合圖14和圖48所討論的，導(dǎo)電路徑76，78和導(dǎo)電路徑80，82可以是有相同圈數(shù)的對(duì)繞螺旋形導(dǎo)電路徑，或者排列成不同于嚴(yán)格螺旋形的型式，諸如大體螺旋型式，部分螺旋型式，盤旋型式，或有相反繞組方向的“周邊極向繞組圖形”。例如，導(dǎo)電路徑76的螺距方向可以是右旋(RH)，如圖中實(shí)線所示，導(dǎo)電路徑78的螺距方向是左旋(LH)，此螺距方向與RH螺距方向相反，如圖中虛線所示，兩條導(dǎo)電路徑80和82的螺距方向分別是LH和RH。導(dǎo)電路徑76，78在節(jié)點(diǎn)84和86處反轉(zhuǎn)方向。導(dǎo)電路徑80，82在節(jié)點(diǎn)88和90處反轉(zhuǎn)方向。
兩個(gè)信號(hào)端子72，74或給絕緣導(dǎo)線電路68，70提供輸出(發(fā)射的)RF電信號(hào)92，或從絕緣導(dǎo)線電路68，70接收輸入(接收的)RF電信號(hào)92。例如，在發(fā)射信號(hào)的情況中，那對(duì)環(huán)行的絕緣導(dǎo)線電路68，70與信號(hào)端子72，74串聯(lián)饋電，雖然本發(fā)明適用于在節(jié)點(diǎn)84，88和節(jié)點(diǎn)90，86都是并聯(lián)饋電。導(dǎo)電路徑76，78，80，82中每一條導(dǎo)電路徑長(zhǎng)度為信號(hào)92標(biāo)稱工作頻率的約四分之一導(dǎo)向波長(zhǎng)。如圖50所示，信號(hào)端子72與節(jié)點(diǎn)84有導(dǎo)電路徑連接，信號(hào)端子74與節(jié)點(diǎn)88有導(dǎo)電路徑連接。
熟悉本專業(yè)的人們知道，絕緣導(dǎo)線電路68，70可以由一根或多根絕緣導(dǎo)線裝置構(gòu)成。例如，絕緣導(dǎo)線電路68可以是用于兩條導(dǎo)電路徑76，78的單根導(dǎo)線；或單根導(dǎo)線各用于導(dǎo)電路徑76，78中一條導(dǎo)電路徑；或兩條導(dǎo)電路徑76，78中每一條是由多根導(dǎo)電路徑連接的導(dǎo)線構(gòu)成。
參照?qǐng)D51，這是圖48，49，50中分別為電磁天線48，48’，66的典型垂直輻射圖。這些天線是直線(例如，垂直方向)極化的，沿著極化方向具有低矮型尺寸，圖48，49，50中表面49的副軸直徑相當(dāng)于這個(gè)尺寸。另外，這種天線在垂直于極化方向上大致是無定向輻射的，最大輻射增益在垂直于極化方向，最小輻射增益在極化方向。對(duì)繞導(dǎo)電路徑，如圖48的這種導(dǎo)電路徑56，58，給出抵消合電場(chǎng)的相消干涉，并給出加強(qiáng)合磁場(chǎng)的相長(zhǎng)干涉。
參照?qǐng)D52和圖53，電磁天線94包括環(huán)狀天線96，如對(duì)應(yīng)于圖1，圖48，圖49，圖50中的天線10，48，48’，66；和拋物面反射器98，和衛(wèi)星碟形反射器，該反射器將天線信號(hào)100，102引向天線96的環(huán)形面103，用于接收或發(fā)射天線信號(hào)100，102，雖然本發(fā)明更廣泛地適用于多連通面和各種類型反射器。拋物面反射器98有一個(gè)帶頂點(diǎn)104的大體拋物面形狀，一個(gè)開孔106，以及頂點(diǎn)104與開孔106之間的中心軸108。拋物面反射器還包括一個(gè)中心軸108上的焦點(diǎn)110。
環(huán)形面103大致位于頂點(diǎn)104與拋物面反射器開孔106之間。最好是，環(huán)形面103的主軸位于沿著拋物面反射器98的中心軸108方向，環(huán)形面103的中心位于拋物面反射器98的焦點(diǎn)110。
電磁天線94提供了典型環(huán)狀天線96的方向性。拋物面反射器98將有用電磁信號(hào)100，102引向天線96場(chǎng)分布112的高增益區(qū)111。其他無用信號(hào)114，116或分別遇上天線96場(chǎng)分布112的低增益區(qū)118，119，或被拋物面反射器98反射，如在點(diǎn)120處被反射。
參照?qǐng)D54和圖55，電磁天線94’包括圖52-53的環(huán)狀天線96和一拋物面反射器98’，該反射器按照上述圖53類似方式引導(dǎo)信號(hào)100，102。拋物面反射器98’有一開孔122和大體拋物面形狀124(以點(diǎn)劃線畫出)，該形狀確定的頂點(diǎn)104在開孔122中心附近。拋物面反射器98’的另一個(gè)開孔106大于開孔122。環(huán)形面103大致位于拋物面反射器98’的兩個(gè)開孔106與122之間。除了開孔122以外，拋物面反射器98’大體上類似于圖52-53的拋物面反射器98。
總的說來，典型的拋物面反射器98’，尤其是其開孔122利用了天線96的場(chǎng)分布112。天線96底部(參看圖55)的低增益區(qū)119對(duì)發(fā)射或接收天線信號(hào)100，102作用不大。因此，拋物面反射器98’開孔122處缺了一塊表面不會(huì)對(duì)發(fā)射或接收天線信號(hào)100，102有太大影響。朝向開孔122的無用信號(hào)126(來自圖55中底部)僅僅遇上天線96的低增益區(qū)119。缺了拋物面反射器98’開孔122處的一塊表面大大增強(qiáng)了在強(qiáng)風(fēng)中安裝電磁天線94’的空氣動(dòng)力特性，諸如在機(jī)動(dòng)車輛上或在船只上安裝時(shí)減小了空氣阻力，以及降低了抵御強(qiáng)風(fēng)所需的拋物面反射器98’重量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
參照?qǐng)D56，電磁天線128包括一個(gè)表面，如帶中心孔132的大體柱形表面130，上表面134和下表面136，雖然本發(fā)明適用于其他的多連通面，如帶有大體平整的上表面134和/或下表面136的大體環(huán)形面。天線128包括第一絕緣導(dǎo)線電路138，此導(dǎo)電路徑沿著部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋表面130，至少有第一螺距方向(例如，右旋(RH))。天線128還包括第二絕緣導(dǎo)線電路140，此電路沿著另一條部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋表面130，至少有第二螺距方向(例如，左旋(LH))，目的是使兩條絕緣導(dǎo)線電路138，140互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋表面130。
電磁天線128的主軸142大體上垂直于上表面134和下表面136。兩條絕緣導(dǎo)線電路138，140相對(duì)于圖示主軸大致是徑向的，其徑向部分導(dǎo)電路徑144，146在上表面134上。兩條絕緣導(dǎo)線電路138，140相對(duì)于圖示主軸142大致是徑向的，其徑向部分導(dǎo)電路徑148，150(圖中虛線所示)在下表面136上。其他部分是這樣的，兩條絕緣導(dǎo)線電路138，140是大體螺旋形取向的，大體螺旋形部分導(dǎo)電路徑152，154在大體柱形面130的外表面156上，大體螺旋形部分導(dǎo)電路徑156，158在大體柱形面130的中心空132內(nèi)。熟悉本專業(yè)的人們知道，典型的大體柱形表面130以及帶徑向部分導(dǎo)電路徑144，146，148，150和大體螺旋形部分導(dǎo)電路徑152，154，156，158可以與圖1，48，49，50中相應(yīng)的天線10，48，48’，66結(jié)合起來使用。
圖57畫出圖1，48，49，50中相應(yīng)天線10，48，48’，66的典型垂直輻射圖，這些天線采用帶螺旋形導(dǎo)電路徑的環(huán)形面，再參照?qǐng)D58，圖56的典型電磁天線128在徑向發(fā)射或接收較多的能量，因此在豎直方向發(fā)射或接收的能量較少。所以，與具有螺旋形導(dǎo)電路徑的天線進(jìn)行比較，在此實(shí)施例中，天線128頂部和底部的輻射分布進(jìn)一步減少，因而徑向輻射分布增多。此外，采用一些直線形導(dǎo)線部分144，146，148，150的典型絕緣導(dǎo)線電路138，140減小了天線128主半徑的相對(duì)尺寸。
參照?qǐng)D59，電磁天線160包括大體球狀環(huán)形表面162，它有大體圓形的橫斷面164(如多條緯線所示)，以及沿著表面162主軸168的一根導(dǎo)管166(如圖中虛線所示)。天線160包括第一絕緣導(dǎo)線電路170，它沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑172延伸，圍繞并至少部分覆蓋大體球面162，至少有第一螺距方向(如，RH)。天線160還包括第二絕緣導(dǎo)線電路174，它沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑176延伸，圍繞并至少部分覆蓋大體球面162，至少有第二螺距方向(如，LH)，為的是使第一與第二絕緣導(dǎo)線電路172，174互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋大體球面162。部分螺旋形導(dǎo)電路徑172，176穿過導(dǎo)管166，且導(dǎo)電路徑172，174中各自大體直線形的部分導(dǎo)電路徑178，180大體上平行于導(dǎo)管166內(nèi)主軸。其余部分是這樣的，導(dǎo)電路徑172，176有各自大體螺旋形部分182，184。熟悉本專業(yè)的人們知道，典型的大體球面162以及帶有大體直線部分178，180和大體螺旋形部分182，184的絕緣導(dǎo)線電路170，174可以與圖1，48，49，50中相應(yīng)的天線10，48，48’，66結(jié)合在一起使用。
圖60畫出圖1，48，49，50中相應(yīng)天線10，48，48’，66的典型垂直輻射圖。再參照?qǐng)D61，圖59中典型的電磁天線160在豎直方向發(fā)射或接收較多能量。所以，與具有螺旋形導(dǎo)電路徑的天線進(jìn)行比較，在此實(shí)施例中，天線160頂部和底部上輻射分布增強(qiáng)了。按照這一方式，此實(shí)施例產(chǎn)生更加對(duì)稱的輻射分布。
圖62畫出環(huán)狀體186垂直剖面透視圖，其中副半徑大于其主半徑，盡管本發(fā)明適用于任何多連通面，此多通面的主半徑大于零，副半徑大于主半徑。再參照?qǐng)D63和圖64，相應(yīng)的平面圖和透視圖畫出有190，192，194，196四圈的絕緣導(dǎo)線電路188線路，盡管本發(fā)明適用于有任意圈數(shù)的絕緣導(dǎo)線電路。與典型的環(huán)狀體186一起使用的是，絕緣導(dǎo)線電路188沿著大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋典型環(huán)狀體186的表面197，圍繞的方式以下描述，至少有第一螺距方向(如，RH)。再參照?qǐng)D65，有200，202，204，206四圈的另一條絕緣導(dǎo)線電路198也與典型的環(huán)狀體186一起使用。第二絕緣導(dǎo)線電路198沿著大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋環(huán)狀體187的表面197，至少有第二螺距方向(如，LH)，目的是使兩條絕緣導(dǎo)線電路188與198互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋環(huán)狀體186的表面197。
環(huán)狀體186的表面197可以是這樣實(shí)現(xiàn)的，例如，用一個(gè)帶多個(gè)開孔208的網(wǎng)眼面，這些開孔用于絕緣導(dǎo)線電路188，198從中穿過。在這個(gè)典型的方式下，環(huán)狀體186的中央部分210可以讓導(dǎo)電路徑188，198的部分線路211(圖63中畫出)通過，盡管其他的實(shí)施方案也是可能的，例如，用多個(gè)切片組合成環(huán)狀體186，形成的中央部分210給導(dǎo)電路徑188，198提供通道；或在實(shí)心的環(huán)狀體上鉆幾個(gè)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)孔。
熟悉本專業(yè)的人們知道，典型的環(huán)狀體186和典型的絕緣導(dǎo)線電路188，198可以與圖1，48，49，50中相應(yīng)的天線10，48，48’，66結(jié)合在一起使用。兩條導(dǎo)電路徑188，198穿過環(huán)狀體186中導(dǎo)電路徑188，198相應(yīng)部分216，218(圖65所示)處的共同點(diǎn)212，214。
如圖72的示意圖所示，類似于圖1中天線10的天線219包括節(jié)點(diǎn)a1，b2，c1，d2和節(jié)點(diǎn)a2，b1，c2，d1，前四個(gè)節(jié)點(diǎn)聚合于(較小主半徑)端子220，后四個(gè)節(jié)點(diǎn)類似地聚合于端子222，便于說明其中畫出了節(jié)點(diǎn)a1，b2，c1，d2與節(jié)點(diǎn)a2，b1，c2，d1之間直線。在這一方式下，天線219在端子220，222處有單個(gè)端口，或者可以在每一段12上獨(dú)立地饋電。端子220和222又在導(dǎo)電路徑上連接到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)a1，b2，c1，d2和節(jié)點(diǎn)a2，b1，c2，d1，這些節(jié)點(diǎn)沿著環(huán)狀體186的主軸224聚合于(較小主半徑)基本共同點(diǎn)212，214。點(diǎn)212，214與導(dǎo)電路徑188，198的相應(yīng)部分216，218(圖65所示)有聯(lián)系。
如圖1所示環(huán)狀體TF的三維環(huán)形面可以用下列式子表示x＝acos(θ)+bcos(φ)cos(θ)(30)y＝asin(θ)+bcos()sin(θ)(31)z＝bsin(φ)(32)其中a主半徑b副半徑φ極向角(0至2π)θ方位角(0至2π)圖1所示環(huán)狀體TF上的螺旋線由下式設(shè)定φ＝Nθ(33)其中N螺旋線圈數(shù)N＞0右旋(RH)繞組N＜0左旋(LH)繞組確定螺旋線的方程為x＝acos(θ)+bcos(Nθ)cos(θ)(34)y＝asin(θ)+bcos(Nθ)sin(θ)(35)z＝bsin(Nθ)(36)N的取值可正可負(fù)，方程(34)至(36)正確地描述兩個(gè)反繞繞組。
參照?qǐng)D66和圖67，說明具有球形面232的球狀天線230上對(duì)繞球形導(dǎo)線226，228。盡管球形面是最合適的，本發(fā)明適用于大體球面。導(dǎo)線226沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，它圍繞并至少部分覆蓋球面232，至少有第一繞組方向(例如，RH)。導(dǎo)線228沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，它圍繞并至少部分覆蓋球面232，至少有第二繞組方向(例如，LH)，目的是使兩根導(dǎo)線226與228相互反繞，且至少部分覆蓋球面232。
在球狀天線實(shí)施例中，設(shè)定主半徑a等于零導(dǎo)出描述對(duì)繞導(dǎo)線的方程，如以下方程所示x＝bcos(Nθ)cos(θ) (37)
y＝bcos(Nθ)sin(θ)(38)z＝bsin(Nθ) (39)球狀天線的優(yōu)點(diǎn)是，輻射分布是球形對(duì)稱的，盡管本發(fā)明適用于大體球狀天線實(shí)施例，其中主半徑大于零。這種輻射分布接近于理想的各向同性輻射器或點(diǎn)源的輻射分布，朝各個(gè)方向射出相同的能量。采用對(duì)繞繞組226，228，電場(chǎng)互相抵消，留下半徑約為零的磁流回路。熟悉本專業(yè)的人們知道，典型的球形面232和典型的對(duì)繞繞組226，228可以與圖1，48，49，50中相應(yīng)的天線10，48，48’，66結(jié)合在一起使用，例如，其中圖67所示極向節(jié)點(diǎn)233A，233B使兩個(gè)繞組方向(例如LH和RH)之間的變化容易，這兩個(gè)對(duì)繞繞組226，228的線路大致在相同的地方重復(fù)相交。
參照?qǐng)D68，說明半球狀天線238上的對(duì)繞半球形導(dǎo)線234，236，此半球狀天線在平面242上有一半球面240。在半球狀天線實(shí)施例中，描述對(duì)繞繞組的方程是從以上方程(37)至(39)導(dǎo)出的，其中z大于或等于零。導(dǎo)線234沿第一導(dǎo)電路徑延伸，它圍繞并至少部分覆蓋半球面240，至少有第一繞組方向(例如，RH)，導(dǎo)線236沿第二導(dǎo)電路徑延伸，它圍繞并至少部分覆蓋半球面240，至少有第二繞組方向(例如，LH)，目的是使兩根導(dǎo)線234與236互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋半球面240。
為了清楚地描述對(duì)繞導(dǎo)線及其連接，平面242包括左半部分244和右半部分246。在平面242的中心附近有一對(duì)端子A，B，便于說明其中端子A偏離中心。多根饋線248連接到端子A，多根饋線250連接到端子。饋線248和250最好是屏蔽線，具有相同的電阻抗。
最好是，平面242是一接地面，此接地面電反射每一繞組，產(chǎn)生繞組的的鏡像。在這種方式下，若半球狀天線238放在飛機(jī)的底部或放在汽車的頂部，則在離開天線一段距離上，其輻射分布大體于球狀天線的輻射分布。
在平面242的右半部分246，饋線248，250分別連接到導(dǎo)線236，234。在平面242的左半部分244，饋線248，250分別連接到導(dǎo)線234，236。典型的半球狀天線238可用在激發(fā)或檢測(cè)大地電流，如用于地球物理探測(cè)，在圖68所示平面242之上朝各個(gè)方向均勻地發(fā)射或接收能量。
參照?qǐng)D69和圖70，說明圖67所示球形面232另一種對(duì)繞球形導(dǎo)線226’，228’。在此球狀天線實(shí)施例中，球形導(dǎo)線226’，228’并不在結(jié)合圖67討論中的極點(diǎn)處重復(fù)交叉。例如，天線230’的制作是這樣的，在導(dǎo)線226’，228’準(zhǔn)備好時(shí)旋轉(zhuǎn)球形面232。
數(shù)學(xué)方法是，將變換矩陣作用在方程(37)至(39)所確定的位置矢量(x，y，z)上。將相同的變換算符作用在兩個(gè)反繞導(dǎo)線226’和228’上，此變換保留了原先在環(huán)狀天線實(shí)施例方程(34)至(36)中所含的反繞對(duì)稱性。
方程(40)說明變換方程的通用形式。一般情況下，變換矩陣是和θ兩個(gè)變量的函數(shù)。
其中(Z，Y，Z)是變換后的座標(biāo)(x，y，z)是未變換的座標(biāo)τij是θ和的通用函數(shù)方程(40)的變換矩陣定義為保留繞組反繞對(duì)稱性的任何矩陣。例如，反繞導(dǎo)線226’，228’的形狀可以通過伸屈或旋轉(zhuǎn)而變形，盡管本發(fā)明適用于任何繞組，這種繞組提供相消干涉以抵消合電場(chǎng)和提供相長(zhǎng)干涉以加強(qiáng)合磁場(chǎng)。為了說明這種變換，舉一個(gè)例子。
例XYZ=cos(θ2)0sin(θ2)010-sin(θ2)0cos(θ2)xyz-----(41)]]>
在此例中，球形面232在XZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，成為θ的函數(shù)，盡管本發(fā)明適用于各種曲面的變換，如環(huán)形面，多連通面，大體球面和球面。
參照?qǐng)D71，說明具有一個(gè)或兩個(gè)饋電端口的天線254。絕緣導(dǎo)線電路256從節(jié)點(diǎn)260(+)到節(jié)點(diǎn)262(-)沿著導(dǎo)電路徑258延伸，圍繞并部分覆蓋表面232。在節(jié)點(diǎn)262(-)改變繞組方向之后，絕緣導(dǎo)線電路256從節(jié)點(diǎn)262(-)到節(jié)點(diǎn)260(+)沿著導(dǎo)電路徑274延伸，圍繞并部分覆蓋表面232，目的是使導(dǎo)電路徑258，274構(gòu)成一條環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋表面232。絕緣導(dǎo)線電路266(圖中虛線所示)從節(jié)點(diǎn)270(-)到節(jié)點(diǎn)272(+)沿著導(dǎo)電路徑268延伸，圍繞并部分覆蓋表面232。在節(jié)點(diǎn)272(+)改變繞組方向之后，絕緣導(dǎo)線電路266從節(jié)點(diǎn)272(+)到節(jié)點(diǎn)270(-)沿著導(dǎo)電路徑264延伸，圍繞并部分覆蓋表面232，目的是使兩條導(dǎo)電路徑268，264構(gòu)成另一條環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋表面232。
典型的天線254提供了天線信號(hào)的發(fā)射和接收。例如，在發(fā)射信號(hào)的情況中，絕緣導(dǎo)線電路256，266構(gòu)成的一對(duì)環(huán)形導(dǎo)電路徑與節(jié)點(diǎn)272，262帶聯(lián)饋電，盡管本發(fā)明適用于在節(jié)點(diǎn)272，262和節(jié)點(diǎn)260，270兩處并聯(lián)饋電。
除了前面討論和建議的改型和變動(dòng)以外，熟悉本專業(yè)的人們能夠在不偏離本發(fā)明范圍和精神的條件下做其他的改型和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括多連通面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第二螺距方向，此螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面；分別與第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置有電連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子；以及反射器裝置，它將所述天線信號(hào)引向所述多連通面，用于接收或發(fā)射天線信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的電磁天線，其中所述反射器裝置包括拋物面反射器。
3.按照權(quán)利要求2的電磁天線，其中拋物面反射器有一帶頂點(diǎn)和開孔的大體拋物面形狀；且其中所述多連通面大致位于頂點(diǎn)與拋物面反射器開孔之間。
4.按照權(quán)利要求3的電磁天線，其中拋物面反射器在頂點(diǎn)與開孔之間還有一根軸；且其中所述多連通面有一主軸，大致沿著拋物面反射器軸的方向。
5.按照權(quán)利要求4的電磁天線，其中拋物面反射器在其軸上還有一個(gè)焦點(diǎn)；且其中所述多連通面是一個(gè)環(huán)形面，帶有主軸，主軸上有一中心，環(huán)形面的中心大致位于拋物面反射器的焦點(diǎn)處。
6.按照權(quán)利要求2的電磁天線，其中拋物面反射器有第一開孔，大體拋物面形狀，它約在第一開孔處定義了頂點(diǎn)，和第二開孔，它大于第一開孔；且其中所述多連通面大致位于拋物面反射器第一開孔與第二開孔之間。
7.按照權(quán)利要求6的電磁天線，其中拋物面反射器在第一開孔與第二開孔之間有一中心軸；且其中所述多連通面有一主軸，此主軸大致沿著拋物面反射器中心軸的方向。
8.按照權(quán)利要求7的電磁天線，其中拋物面反射器在其中心軸上有一焦點(diǎn)；且其中所述多連通面是一個(gè)具有主軸和中心的環(huán)形面，中心在主軸上，環(huán)形面的中心大致位于拋物面反射器的焦點(diǎn)處。
9.按照權(quán)利要求2的電磁天線，其中所述多連通面是一環(huán)形面；且其中拋物面反射器有帶頂點(diǎn)和開孔的大體拋物面形狀；并且其中環(huán)形面大致位于頂點(diǎn)與拋物面反射器開孔之間。
10.按照權(quán)利要求2的電磁天線，其中所述多連通面是一環(huán)形面，其中拋物面反射器有第一開孔，大體拋物面形狀，它約在第一開孔處定義了頂點(diǎn)，和第二開孔，第二開孔大于第一開孔；且其中所述多連通面大致位于拋物面反射器第一開孔與第二開孔之間。
11.按照權(quán)利要求1的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；且其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別與第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)電連接。
12.按照權(quán)利要求1的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別與第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)電連接。
13.按照權(quán)利要求1的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一和第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；且其中第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，目的是使第三和第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，第一和第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑分別與第二和第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑是互相反繞的；其中所述第一信號(hào)端子電連接到第一節(jié)點(diǎn)；其中所述第二信號(hào)端子電路上連接到第二節(jié)點(diǎn)。
14.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括有主軸的多連通面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使所述第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，在第一和第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑大致垂直于所述多連通面主軸的部分，它們相對(duì)于所述多連通面的主軸大致是徑向的，其余部分大致是螺旋形取向的；以及第一和第二信號(hào)端子，分別與第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置電連接。
15.按照權(quán)利要求14的電磁天線，其中所述多連通面是一大體柱面。
16.按照權(quán)利要求14的電磁天線，其中所述多連通面是一大體環(huán)形面。
17.按照權(quán)利要求14的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別與第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)電連接。
18.按照權(quán)利要求14的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別電連接到第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)。
19.按照權(quán)利要求14的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一和第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向，目的是使第三和第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面，第一和第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑分別與第二和第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞；其中所述第一信號(hào)端子電連接到第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子裝置電連接到第二節(jié)點(diǎn)。
20.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括一個(gè)大體球面，它在沿著其主軸有一導(dǎo)管；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述大體球面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述大體球面，至少有第二螺距方向，此螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使所述第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋所述大體球面，第一和第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑穿過所述大體球面的導(dǎo)管，在導(dǎo)管內(nèi)部這兩個(gè)路徑大致與大體球面主軸平行，其余部分路徑大致按螺旋形取向；以及與所述第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置分別電連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子。
21.按照權(quán)利要求20的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述大體球面，有第一螺距方向；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述大體球面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述大體球面；其中第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別電連接到第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)。
22.按照權(quán)利要求20的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述大體球面，有第一螺距方向；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述大體球面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述大體球面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子分別電連接到第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)。
23.按照權(quán)利要求20的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述大體球面，有第一螺距方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述大體球面，有第二螺距方向，目的是使第一和第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述大體球面；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述大體球面，有第二螺距方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述大體球面，有第一螺距方向，目的是使第三和第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述大體球面，第一和第三部分螺旋形導(dǎo)電路徑分別與第二和第四部分螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞；其中所述第一信號(hào)端子電連接到第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子裝置電連接到第二節(jié)點(diǎn)。
24.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括有主軸半徑和副軸半徑的多連通面，主軸半徑大于零，副軸半徑大于主軸半徑；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第一螺距方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面，至少有第二螺距方向，此螺距方向與第一螺距方向相反，目的是使第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋所述多連通面；以及與所述第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置在電路上分別連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子。
25.按照權(quán)利要求24的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)。
26.按照權(quán)利要求24的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一與第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)。
27.按照權(quán)利要求24的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，目的是使第一和第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面；并且其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第二螺距方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述多連通面，有第一螺距方向，目的是使第三和第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述多連通面，第一和第三大體螺旋形導(dǎo)電路徑分別與第二和第四大體螺旋形導(dǎo)電路徑互相反繞；其中所述第一信號(hào)端子電連接到第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子電連接到第二節(jié)點(diǎn)。
28.按照權(quán)利要求24的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置沿著第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，構(gòu)成圍繞并覆蓋所述多連通面的第一環(huán)形導(dǎo)電路徑。第一大體螺旋形導(dǎo)電路徑有第一螺距方向和第二螺距方向，第二螺距方向與第一螺距方向相反；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置沿著第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述多連通面，構(gòu)成圍繞并覆蓋所述多連通面的第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，第二大體螺旋形導(dǎo)電路徑有第一螺距方向和第二螺距方向；其中在多連通面多個(gè)相鄰段的每一段中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，這些相鄰段圍繞所述多連通面延伸，每一段是由第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)所限定，在第一節(jié)點(diǎn)處第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置中的一個(gè)從第一螺距方向改變到第二螺距方向，在第二節(jié)點(diǎn)處第一和第二絕緣導(dǎo)線裝置中的另一個(gè)從第二螺距方向改變到第一螺距方向；其中所述第一信號(hào)端子電連接到第一基本共同點(diǎn)處的第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子電連接到第二基本共同點(diǎn)處的第二節(jié)點(diǎn)。
29.按照權(quán)利要求28的電磁天線，其中所述多連通面是一個(gè)有主軸的環(huán)狀體；其中第一基本共同點(diǎn)和第二在本共同點(diǎn)大致都在沿著環(huán)狀體的主軸上。
30.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括球形面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述球形面，至少有第一繞組方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述球形面，至少有第二繞組方向，此繞組方向與第一繞組方向相反，目的是使所述第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少覆蓋所述球形面；以及與第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置在電路上分別連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子。
31.按照權(quán)利要求30的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述球形面，有第一繞組方向；所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述球形面，有第二繞組方向，目的是使第一與第二導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述球形面；所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)。
32.按照權(quán)利要求30的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述球形面，有第一繞組方向；其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述球形面，有第二繞組方向，目的是使第一與第二導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述球形面；并且其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)。
33.按照權(quán)利要求30的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述球形面，有第一繞組方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述球形面，有第二繞組方向，目的是使第一導(dǎo)電路徑和第三導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述球形面；并且其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述球形面，有第二繞組方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述球形面，有第一繞組方向，目的是使第三和第四導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述球形面，第一和第三導(dǎo)電路徑與第二和第四導(dǎo)電路徑分別互相反繞；所述第一信號(hào)端子在電路上連接到第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子在電路上連接到第二節(jié)點(diǎn)。
34.按照權(quán)利要求30的電磁天線，其中所述球形面有一對(duì)極點(diǎn)；并且其中第一與第二導(dǎo)電路徑一般相交在每個(gè)極點(diǎn)處。
35.按照權(quán)利要求30的電磁天線，其中所述球形面有一對(duì)極點(diǎn)；并且其中第一與第二導(dǎo)電路徑一般相交在偏離每個(gè)極點(diǎn)處。
36.一種用于天線信號(hào)的電磁天線，所述電磁天線包括半球面；第一絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述半球面，至少有第一繞組方向；第二絕緣導(dǎo)線裝置，它沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并至少部分覆蓋所述半球面，至少有第二繞組方向，此繞組方向與第一繞組方向相反，目的是使所述第一絕緣導(dǎo)線裝置與第二絕緣導(dǎo)線裝置互相反繞，圍繞并至少部分覆蓋所述半球面；以及與所述第一絕緣導(dǎo)線裝置和第二絕緣導(dǎo)線裝置在電路上分別連接的第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子。
37.按照權(quán)利要求36的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述半球面，有第一繞組方向；并且其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述半球面，有第二繞組方向，目的是使第一與第二導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述半球面；并且其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)。
38.按照權(quán)利要求36的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述半球面，有第一繞組方向；并且其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)以及從第四節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并覆蓋所述半球面，有第二繞組方向，目的是使第一與第二導(dǎo)電路徑互相反繞，構(gòu)成單個(gè)環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述半球面；其中所述第一信號(hào)端子和第二信號(hào)端子在電路上分別連接到第二節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)。
39.按照權(quán)利要求36的電磁天線，其中所述第一絕緣導(dǎo)線裝置從第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)沿著第一導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述半球面，有第一繞組方向，還從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)沿著第三導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述半球面，有第二繞組方向，目的是使第一和第三導(dǎo)電路徑構(gòu)成第一環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述半球面；并且其中所述第二絕緣導(dǎo)線裝置從第三節(jié)點(diǎn)到第四節(jié)點(diǎn)沿著第二導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述半球面，有第二繞組方向，還從第四節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)沿著第四導(dǎo)電路徑延伸，圍繞并部分覆蓋所述半球面，有第一繞組方向，目的是使第三和第四導(dǎo)電路徑構(gòu)成第二環(huán)形導(dǎo)電路徑，圍繞并覆蓋所述半球面，第一和第三導(dǎo)電路徑分別與第二和第四導(dǎo)電路徑互相反繞；其中所述第一信號(hào)端子在電路上連接到第一節(jié)點(diǎn)；所述第二信號(hào)端子在電路上連接到第二節(jié)點(diǎn)。
40.按照權(quán)利要求36的電磁天線，其中所述半球面包括帶所述第一和第二信號(hào)端子裝置的平面。
41.按照權(quán)利要求40的電磁天線，其中該平面是一接地面。
全文摘要
披露一種天線,這種天線在環(huán)形面各段上有對(duì)繞的繞組,在選定的各段上繞組中有相反方向的電流。披露一種天線,這種天線有一個(gè)或多個(gè)絕緣導(dǎo)線電路,這些電路的繞組是對(duì)繞的,圍繞并覆蓋一個(gè)表面諸如球面,大體球面,多連通面,環(huán)形面,或半球面。絕緣導(dǎo)線電路可以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)圍繞并覆蓋此表面的環(huán)行導(dǎo)電路徑。繞組可以是螺旋圖形,大體螺旋圖形,部分螺旋圖形,周邊極向圖形,或可以由環(huán)形面上帶縫隙的導(dǎo)體構(gòu)成。披露的極性回路繞組是在環(huán)形面上有一轂,此環(huán)形面有兩個(gè)導(dǎo)電板,給回路提供電容式饋電,這些回路有選擇地連接到一塊導(dǎo)電板上。
文檔編號(hào)H01Q11/12GK1191042SQ96195469
公開日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者羅伯特·P·M·卡拉文, 米切爾·T·普林奇, 詹姆斯·E·史密斯 申請(qǐng)人:西弗吉尼亞大學(xué)