專利名稱：螺旋型天線的制作方法
本申請要求1999年8月31日在日本專利局申請、分配號為11-246433、題為“螺旋型天線”的專利申請的優(yōu)先權(quán)，這里把該申請的內(nèi)容包括進來，以供參考。
本發(fā)明總的說來涉及一種天線特別是螺旋型天線的結(jié)構(gòu)。
衛(wèi)星電話地面基地臺(以下簡稱衛(wèi)星電話)經(jīng)常采用圓極化過的電磁波的BS(廣播衛(wèi)星)天線。這類天線為了從太空中的多顆衛(wèi)星獲取無線電波需要在廣角范圍內(nèi)有均勻的天線增益。圖6示出了天線方位圖中的天線增益。圖6要求天線31的天線方位圖中垂直于地面方向的天線增益G1應(yīng)與大約60度小仰角下的天線增益G2大致相等。由于在廣角范圍內(nèi)天線增益均勻，因而無論衛(wèi)星32處在什么位置天線31都能取得幾乎不變的天線增益，從而可以用衛(wèi)星32進行高質(zhì)量的通信。
鑒于衛(wèi)星通信通常采用圓極化過的電磁波進行，因而除螺旋型天線外一般采用錐形天線、接插式天線和錐形螺旋天線。日本專利公報5-251921公開了一種錐形螺旋天線，這里把該專利的內(nèi)容包括進來，以供參考。該專利的錐形螺旋天線是蝕刻絕緣圓錐體上的銅膜形成螺旋形線圈制取的，這樣可減小天線的體積和擴大天線的工作頻帶。但由于錐形天線、接插式天線和錐形螺旋天線都很貴，因而一般采用螺旋型天線，特別是四線式螺旋型天線，為的是縮短天線的長度。最近，裝有衛(wèi)星電話或衛(wèi)星通信流動電話的四線式螺旋型天線的汽車已廣泛投入使用。圖7示出了裝有四線式螺旋型天線的汽車。
然而，四線式螺旋型天線與其它天線相比，要提高小仰角下的天線增益更困難。因此，衛(wèi)星處在小仰角位置時，衛(wèi)星電話不可能進行高質(zhì)量的通信。此外，四線式螺旋型天線如圖7中所示附在汽車車架(或鐵板)上時，車架起天線接地板的作用。就是說，無線電波到達天線時，天線上出現(xiàn)感應(yīng)電壓，因而會從天線發(fā)射出再發(fā)射的電磁波，作為天線電流的零相序電流會在車架上流動，有可能使天線裝置的天線方位圖或天線方位圖的垂直軸比出現(xiàn)混亂，從而難以在廣角范圍內(nèi)得到均勻的天線增益，引起通信上的差錯。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、即使在小仰角下也能得到均勻的天線增益、且天線方位圖即使在天線裝在汽車車架上時也不會受影響的四線式螺旋型天線。
為達到上述和其它目的，本發(fā)明提供了一種供與衛(wèi)星通信的螺旋型天線。這種螺旋型天線包括一個介于天線體與衛(wèi)星終端之間的圓錐體，圓錐體的至少一個表面由金屬制成，天線體向衛(wèi)星發(fā)送和從衛(wèi)星接收無線電波，衛(wèi)星終端向天線體發(fā)送和從天線體接收無線電波。圓錐體反射天線體的無線電波。通過將圓錐體配置在天線體與衛(wèi)星終端之間，可以有效地將天線體的無線電波反射到圓錐體上，從而得出所要求的天線方位圖。
最好是，天線體上以螺旋形式形成有天線導(dǎo)線，圓錐體以一定角度形成錐形，從而均勻反射天線體的無線電波。圓錐體固定在天線體的一端，以使圓錐體的錐角相對于天線體的軸線均勻配置。這樣做可以使天線增益即使在較小的仰角下也保持不變。
圓錐體的錐角最好取得使天線體的天線方位圖的天線增益即使在與水平線成30度左右的仰角下也不小于預(yù)定值。就是說，通過選取圓錐體的最佳錐角可以使天線增益即使在與水平線形成的仰角小到30度左右時也幾乎不衰減。在這方面，若錐角相對于圓錐體的虛擬軸線取30度，天線增益也可以不衰減到5分貝以下。
圓錐體的錐角最好取得使天線的無線電波在螺旋型天線附在地面上時也不反射到地面上。就是說，以一定角度形成錐形的圓錐體有效地反射了天線體的無線電波。因此，即使當(dāng)螺旋型天線裝在汽車的車架上時，天線的無線電波的零相序電流也會在車架上流動，從而避免了天線的方位圖混亂。此外，通過確定一定天線增益所需要的錐角，可以使天線的無線電波同時反射，解決了接地問題。
天線體和圓錐體最好形成一個整體，圓錐體的錐形部分敷有通過升華逸散到其上的金屬，這樣做可以提高生產(chǎn)率。
最好是，通過在絕緣棒上蝕刻、印刷或焙燒來制取包括一定圖形配線的天線導(dǎo)線，這樣做可以進一步提高生產(chǎn)率和降低成本。此外，通過將本發(fā)明應(yīng)用于四線式螺旋型天線，可以更有效地保持天線增益和解決接地問題。
結(jié)合附圖閱讀下面的詳細說明可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中圖1A是本發(fā)明一個實施例的附在形成圓柱體的桿上的一個四線式螺旋形天線的側(cè)視圖；圖1B是圖1A所示四線式螺旋型天線的底視圖；圖2是一般四線式螺旋型天線的電路圖；圖3A是裝有一般四線式螺旋型天線的衛(wèi)星電話的示意圖；圖3B是裝有本發(fā)明一個實施例的附在形成圓柱體的桿上的四線式螺旋型天線的衛(wèi)星電話的示意圖；圖4是在一般四線式螺旋型天線的天線方位圖上測出的天線增益數(shù)據(jù)的示意圖；圖5是本發(fā)明一個實施例的在形成圓柱體的桿上的四線式螺旋型天線的天線方位圖上測出的天線增益數(shù)據(jù)的示意圖；圖6是天線的天線方位圖中天線增益的示意圖；圖7是裝有四線式螺旋型天線的汽車的示意圖。
下面參看


本發(fā)明一個最佳實施例的四線式螺旋型天線。下面的說明中，那些周知的功能或結(jié)構(gòu)只會使本發(fā)明在不必要的細節(jié)方面變得模糊，因而這里不再詳述。
首先，簡單介紹一下現(xiàn)行的四線式螺旋型天線。
圖2示出了一般四線式螺旋型天線的電路圖。四線式螺旋型天線包括四個天線元件1至4，各天線元件的空間相位差為90度；平衡電路5和6，用以匹配天線元件1至4的阻抗；1/2除法器7，向一對天線元件1和2及另一對天線元件3和4分配信號；和90度移相器，用以將天線的相位移位90度。1/2除法器7接諸如衛(wèi)星電話之類的終端。此外，天線元件1至4長為(λ/2)+(λ/4)，其中入為發(fā)送和接收的無線電波的波長。由于四線式螺旋型天線的工作過程是本技術(shù)領(lǐng)域周知的，因此不再贅述。
圖1A示出本發(fā)明一個實施例的附在圓柱形桿上的四線式螺旋型天線的側(cè)視圖，圖1B示出圖1A四線式螺旋型天線的底視圖。
更具體地說，圖1A示出了圖2的四線式天線元件1至4呈螺旋形繞制成四線式螺旋型天線的情況。鑒于圖2的其它各部分與發(fā)明不直接相關(guān)，因而在圖1A中沒有示出。
參看圖1A。天線部分11是在絕緣(例如塑料)圓柱體12上呈螺旋形蝕刻四螺旋型元件13而制成的。在本發(fā)明的一個實施例中，圖2的4個天線元件1至4的長度都是(λ/2)+(λ/4)，呈螺旋形的蝕刻圖形在天線部分11的表面上形成。在本發(fā)明的這個實施例中，天線部分11長為0.59λ，直徑為0.093λ。此外，形成螺旋形元件13的方法并不局限于上述方法。舉例說，螺旋形元件13的結(jié)構(gòu)可以是印刷或焙燒形成的那一種、繞制導(dǎo)線形成的那一種或模塑樹脂中含螺旋形導(dǎo)電層的那一種。
在天線部分11的底部形成錐形桿圓柱體14。桿狀圓柱體14是為反射天線的無線電波而設(shè)的，可用金屬制成，也可用樹脂或陶瓷制成，并通過升華使金屬逸散到其表面上。在此實施例中，樹脂管15供抽出從天線部分11提出的同軸電纜，它與桿狀圓柱體14形成一體，而金屬通過升華逸散到錐形桿圓柱體14的表面上。
桿狀圓柱體14為空心的圓錐體，相對于虛擬垂直中心線呈±30°的錐形，從其虛擬頂端算的高度超過0.3λ。桿狀圓柱體14的底部表面制成使其不難附在衛(wèi)星電話或汽車車架上，以便將從天線中心管15拉出的同軸電纜連接到終端上。此外，在本發(fā)明的這個實施例中，平衡電路和各種連接元件配置在空心的桿狀圓柱體14中，以充分利用空間。
在附在桿狀圓柱體14上的四線式螺旋型天線中，天線電流反映在桿狀圓柱體14的錐形表面上，從而即使相對于垂直方向有±60°的情況下，也可以獲得幾乎不變的天線增益。就是說，在相對于垂直方向的整個120度角范圍內(nèi)，即，即使在相對于垂直方向有60度和300度角的情況下(即，即使在相對于水平方向有30度小仰角的情況下)，也能獲得幾乎均勻的天線增益。因此，當(dāng)衛(wèi)星電話采用附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線時，即使在小仰角的情況下也能提高發(fā)送和接收的無線電波的輻射方向性，從而保證高質(zhì)量通信。
圖3A示出了裝有普通四線式螺旋型天線的衛(wèi)星電話，圖3B示出了裝有本發(fā)明一個實施例的附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線的衛(wèi)星電話。在圖3A所示的一般四線式螺旋型天線21裝在衛(wèi)星電話上的情況下，天線增益在相對于水平方向為30度左右的仰角下(見圖4)，降低了幾分貝。但在圖3B所示的本發(fā)明附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線23裝在衛(wèi)星電話22上的情況下，天線增益即使在相對于水平方向有30度左右的小仰角下，受到桿狀圓柱體天線的無線電波的反射作用，也幾乎不衰減(見圖5)。
此外，在如圖7所示的附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線裝在汽車車架上的情況下，螺旋型天線即使在小仰角下且天線的無線電波反射到桿狀圓柱體上的情況下，也保持均勻的天線增益。這樣，零相序波在汽車車架上流動，因而避免了無線電干擾。
以下說明附在圖1的桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線通過實驗測定出的天線增益。所測定的無線電波其頻率為1.995吉赫，波長為λ=150納米。圖4示出了一般四線式螺旋型天線的天線方位圖上測出的天線增益數(shù)據(jù)，圖5示出了本發(fā)明一個實施例的附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線的天線方位圖上測出的天線增益數(shù)據(jù)。圖4和圖5中，各同心圓表示天線增益(分貝)的標(biāo)度(或分度)，其中一個標(biāo)度表示5分貝，并且里面的圓有更大的衰減。
此外，就各同心圓的角度而論，垂直位置為0度，一個標(biāo)度為30度，因此90度和270度表示水平方向?，F(xiàn)在談?wù)?0度與300度(即與水平方向成30度的仰角)之間的120度范圍的天線增益。就是說，測定與垂直方向成60度(即與水平方向成30度的仰角)處的天線增益是否低于5分貝(即低于從最外圈起的第一個標(biāo)度)。
可以看到測出的數(shù)據(jù)有兩種。這是因為圖1A所示兩對天線元件的極化波是在合成之前測定的。由于衛(wèi)星終端合成極化波，因而它通過讀取兩數(shù)據(jù)值的平均值來確定天線增益。
在圖4的一般四線式螺旋型天線中，天線增益比60度和300度角處的5分貝標(biāo)度衰減2分貝。因此，衛(wèi)星位于大約60度的位置時，通信質(zhì)量降低。
但在圖5的附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線中，天線增益在60度和300度角處仍然為5分貝標(biāo)度，因此在整個120度的寬角范圍內(nèi)天線增益幾乎保持不變，從而即使在與水平方向成30度的小仰角下也能進行高質(zhì)量的衛(wèi)星通信。
綜上所述，本發(fā)明的附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線即使在與水平方向成30度的小仰角下也能得出一定的天線方位圖，且能維持天線增益不變，因此用在衛(wèi)星電話上時，這種新型四線式螺旋型天線即使衛(wèi)星位于小仰角下也能進行高質(zhì)量的通信。此外，這種新型螺旋型天線裝在汽車車架上時，可以獲得所要求的天線方位圖，避免了汽車車架引起的接地效應(yīng)，從而避免了可能發(fā)生的通信上的差錯。
上面已就本發(fā)明的最佳實施例介紹和說明了本發(fā)明，但不言而喻，在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求書中所述的精神實質(zhì)和范圍的前提下，本技術(shù)領(lǐng)域的行家們是可以在形式和細節(jié)上進行種種修改的。舉例說，雖然上面是就四線式螺旋型天線來說明本發(fā)明的，但本發(fā)明即使應(yīng)用到不同類型的螺旋型天線上也可取得同樣的效果。
綜上所述，在附在桿狀圓柱體上的新型四線式螺旋型天線中，按一定角度形成錐形的桿狀圓柱體能有效反射天線的無線電波，從而可得出理想的天線方位圖，而天線增益即使在與水平方向成大約30度的小仰角下也幾乎不衰減。因此，將體積較小的四線式螺旋型天線裝在衛(wèi)星電話上，即使衛(wèi)星位于小仰角的位置也可進行高質(zhì)量的通信。此外，在附在桿狀圓柱體上的四線式螺旋型天線裝在汽車車架上的情況下，桿狀圓柱體起反射天線的無線電波的作用，避免了天線的零相序電流在汽車車架上流動。
此外，附在桿狀圓柱體上的新型四線式螺旋型天線制成使汽車高速行駛時可以減低風(fēng)壓阻力，因而可以減小高速行駛期間天線的風(fēng)阻聲。此外，將天線附到汽車車架上的器件結(jié)構(gòu)簡單且體積小，因此可提供價廉的天線。
權(quán)利要求
1．一種螺旋型天線，供與衛(wèi)星通信用，其特征在于，它包括一個介于天線體與衛(wèi)星終端之間的圓錐體，圓錐體的至少一個表面由金屬制成，天線體向衛(wèi)星發(fā)送和從衛(wèi)星接收無線電波，衛(wèi)星終端向天線體發(fā)送和從天線體接收無線電波，圓錐體反射天線體的無線電波。
2．如權(quán)利要求1所述的螺旋型天線，其特征在于，天線體上以螺旋形式形成有天線導(dǎo)線，圓錐體以一定角度形成錐形，從而均勻反射天線體的無線電波，所述圓錐體固定在天線體的一端，以使圓錐體的錐角相對于天線體的軸線均勻配置。
3．如權(quán)利要求2所述的螺旋型天線，其特征在于，圓錐體的錐角取得使天線體的天線方位圖的天線增益即使在與水平線成30度左右的仰角下也不小于預(yù)定值。
4．如權(quán)利要求3所述的螺旋型天線，其特征在于，圓錐體的錐角取得使天線體的無線電波在螺旋型天線附在地面上時也不反射到地面上。
5．如2至4任一權(quán)利要求所述的螺旋型天線，其特征在于，天線體與圓錐體形成一個整體，圓錐體的錐形部分敷有通過升華逸散到其上的金屬。
6．如2至4任一權(quán)利要求所述的螺旋型天線，其特征在于，天線導(dǎo)線包括通過在絕緣棒上蝕刻、印刷或焙燒形成的圖形配線。
7．如權(quán)利要求5所述的螺旋型天線，其特征在于，天線導(dǎo)線包括通過在絕緣棒上蝕刻、印刷或焙燒形成的圖形配線。
8．如1至4任一權(quán)利要求所述的螺旋型天線，其特征在于，螺旋型天線為四線式螺旋型天線。
9．如權(quán)利要求5所述的螺旋型天線，其特征在于，螺旋型天線為四線式螺旋型天線。
10．如權(quán)利要求6所述的螺旋型天線，其特征在于，螺旋型天線為四線式螺旋型天線。
11．如權(quán)利要求7所述的螺旋型天線，其特征在于，螺旋型天線為四線式螺旋型天線。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)簡單的四線式螺旋型天線,在小仰角下也有均勻的天線增益,其天線方位圖即使天線裝在汽車車架上也不受影響。該天線至少有一個表面為金屬的圓錐體,設(shè)在天線體與衛(wèi)星終端間,天線體向衛(wèi)星發(fā)送或從其接收無線電波,衛(wèi)星終端向天線體發(fā)送或從其接收無線電波。圓錐體反射天線體的無線電波。天線體上有螺旋形的天線導(dǎo)線,圓錐體以一定角度形成錐形以均勻反射天線的無線電波。圓錐體固定在天線體一端使其錐角相對于天線體軸線均勻配置。
文檔編號H01Q11/08GK1287393SQ00126888
公開日2001年3月14日 申請日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者滿井勉 申請人:三星電子株式會社