專利名稱：介質(zhì)負(fù)載天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在超過(guò)200MHz的頻率操作的天線，并且具體地但不排它地，涉及一種具有螺旋元件的天線，所述螺旋元件在固體介質(zhì)芯部的表面上或鄰近固體介質(zhì)芯部的表面。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)人的許多專利公開(kāi)中披露了這種天線，所述專利公開(kāi)包括英國(guó)專利No.2292638，No.2309592和No.2310543。這些專利披露了每一個(gè)都具有一對(duì)或兩對(duì)直徑地相對(duì)的螺旋天線元件的天線，所述螺旋天線元件鍍?cè)诖笾聢A柱的電絕緣芯部，所述絕緣芯部的材料具有的相對(duì)介電常數(shù)大于5，并且芯部的材料占據(jù)由芯部外表面限定的體積的大部分。饋電結(jié)構(gòu)軸向地延伸過(guò)芯部，并且導(dǎo)電套管形式的陷阱(trap)圍繞芯部的部分并在芯部的一端連接到饋電結(jié)構(gòu)。在芯部的另一端，天線元件每一個(gè)都連接到饋電結(jié)構(gòu)。每一天線元件都終止在套管的邊緣，并且每一個(gè)都沿著各自的縱向延伸路徑。在本申請(qǐng)人的英國(guó)專利No.2367429所披露的天線中，作為同軸傳輸線的饋電結(jié)構(gòu)被容納在穿過(guò)芯部的軸向通道中，所述通道的直徑大于同軸線的外徑。同軸線的外屏蔽導(dǎo)體由此與通道的壁隔開(kāi)。在實(shí)踐中，同軸線被塑料管包圍，其中所述塑料管填充外屏蔽導(dǎo)體和通道的壁之間的空間并具有在空氣介電常數(shù)和芯部的材料的介電常數(shù)之間的相對(duì)介電常數(shù)。
上述導(dǎo)電套管在饋電結(jié)構(gòu)在天線的遠(yuǎn)端面處露出的地方連接到饋電結(jié)構(gòu)的外屏蔽，以形成天線的一定諧振模式的頻率處的平衡-不平衡變換器(balun)。該效應(yīng)在套管及其到饋電結(jié)構(gòu)的連接的電氣長(zhǎng)度(相對(duì)于套管的內(nèi)表面上的電流)是nλg/4時(shí)產(chǎn)生，其中λg是相關(guān)諧振的波導(dǎo)波長(zhǎng)。
諸如上述那些的介質(zhì)負(fù)載天線可以用于接收由衛(wèi)星發(fā)射的圓極化信號(hào)，諸如GPS導(dǎo)航信號(hào)、衛(wèi)星電話信號(hào)和廣播信號(hào)。天線還可應(yīng)用在例如手機(jī)的移動(dòng)電話以及無(wú)線局域網(wǎng)的領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)提供一種用于在超過(guò)200MHz的頻率操作的介質(zhì)負(fù)載天線可以減小天線的尺寸和重量，所述介質(zhì)負(fù)載天線包括相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體材料(solid material)的介質(zhì)芯部；天線元件結(jié)構(gòu)，所述天線元件結(jié)構(gòu)布置在芯部的外表面上或布置為靠近芯部的外表面，并且所述天線元件連接到天線元件結(jié)構(gòu)；饋電結(jié)構(gòu)，所述饋電結(jié)構(gòu)穿過(guò)芯部的遠(yuǎn)表面部分和芯部的相對(duì)定向的近表面部分之間的芯部中的通道，其中所述芯部具有空腔，所述空腔的基部形成所述近表面部分。空腔優(yōu)選地是圓柱形，并且圓柱形的中心軸線也構(gòu)成饋電結(jié)構(gòu)的軸線。典型地，空腔的軸向深度在芯部的外軸向范圍的10％到50％之間，穿過(guò)軸線測(cè)量的空腔的平均寬度在芯部的平均寬度的20％到80％之間，所述芯部的平均寬度在垂直于軸線的相同平面中測(cè)量。
優(yōu)選地，天線元件結(jié)構(gòu)包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)天線元件，所述細(xì)長(zhǎng)天線元件從在穿過(guò)芯部的通道的遠(yuǎn)端處或靠近通道的遠(yuǎn)端處與饋電結(jié)構(gòu)的連接部分、在芯部的側(cè)向定向的側(cè)表面部分上延伸到與圍繞芯部延伸的外導(dǎo)電層形式的連接元件的連接部分，所述層從所述連接部分延伸到空腔的壁上的內(nèi)導(dǎo)電層，內(nèi)導(dǎo)電層在穿過(guò)芯部的通道的另一端處或靠近通道的另一端處連接到饋電結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的天線中的饋電結(jié)構(gòu)是同軸傳輸線，并且外導(dǎo)電層包括導(dǎo)電套。當(dāng)芯部是圓筒形的并具有近端面和遠(yuǎn)端面時(shí)，圓柱形空腔可以與饋電結(jié)構(gòu)共有共同軸線。外導(dǎo)電層不僅可包括環(huán)繞芯部的導(dǎo)電套，還可包括覆蓋芯部的近端面的近導(dǎo)電層部分。此外，空腔的內(nèi)壁具有導(dǎo)電覆層，所述導(dǎo)電覆層連接到外導(dǎo)電層并且在空腔的基部的區(qū)域連接導(dǎo)同軸饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽導(dǎo)體。
將理解，在此情況下，當(dāng)在包含中心軸線的平面內(nèi)測(cè)量時(shí)，當(dāng)空腔基部上的鍍層的內(nèi)表面(即鄰接芯部的介質(zhì)材料的表面)、空腔的內(nèi)壁、芯部的近端面和形成套的面的電氣長(zhǎng)度等于nλg/4或在nλg/4的范圍內(nèi)時(shí)，平衡-不平衡變換器被形成。這意味著，套的縱向深度、即平行于軸線的套的深度，顯著地短于沒(méi)有空腔并在相同頻率操作的天線的套的深度。芯部的軸向長(zhǎng)度因此可以比現(xiàn)有技術(shù)的天線更短，這又意味著天線可以被做得更輕。
空腔的鍍層內(nèi)壁可以形成外饋電結(jié)構(gòu)的部分，所述外饋電結(jié)構(gòu)的部分將天線連接到射頻(r.f.)接收或發(fā)射電路，空腔的直徑適合于形成同軸傳輸線的部分，所述同軸傳輸線的特征阻抗(例如50歐姆)比芯部?jī)?nèi)的同軸線的特征阻抗更高。因此，空腔可提供一種用于將天線安裝和連接到射頻接收或反射電路的方便的方式，芯部?jī)?nèi)的饋電結(jié)構(gòu)利用其特征阻抗在射頻電路的特征阻抗和天線的輻射電阻之間，用作四分之一波長(zhǎng)的阻抗變換部分(quater wave impedance transforming section)。
例如使用安放在空腔的基部上的墊圈上的鍍層軌跡，由空腔提供的空間也可用于罩著阻抗或電抗匹配結(jié)構(gòu)，諸如短路短截線(short-circuitedstub)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種用于在超過(guò)200MHz的頻率操作的介質(zhì)負(fù)載天線，包括相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體材料的介質(zhì)芯部；天線元件結(jié)構(gòu)，所述天線元件結(jié)構(gòu)布置在芯部的外表面上或布置為靠近芯部的外表面；饋電結(jié)構(gòu)，所述饋電結(jié)構(gòu)從它連接到天線元件結(jié)構(gòu)的芯部的遠(yuǎn)表面延伸穿過(guò)芯部中的通道，到芯部的相對(duì)定向的表面；和導(dǎo)電層形式的平衡-不平衡變換器，所述導(dǎo)電層覆蓋在芯部的近外表面部分上，其中芯部具有近定向或近端定向的空腔，通道終止在空腔內(nèi)，并且其中平衡-不平衡變換器層延伸入空腔，在所述空腔平衡-不平衡變換器層連接到饋電結(jié)構(gòu)。芯部可具有側(cè)表面、遠(yuǎn)端表面、近端表面和中心軸線，并且饋電結(jié)構(gòu)在中心軸線上并且空腔以該中心軸線為中心。平衡-不平衡變換器層可具有側(cè)表面的外部分，近端表面上的端部分，和空腔的向內(nèi)定向的表面上的內(nèi)部分。在芯部是圓筒的情況下，空腔優(yōu)選地是圓柱形的，并且平衡-不平衡變換器層的外部分和內(nèi)部分兩者都是環(huán)形的。


現(xiàn)在參考附圖通過(guò)實(shí)例描述本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)負(fù)載四來(lái)復(fù)線天線(quadrifilar antenna)的等距下方視圖；
圖2是圖1的天線的等距上方視圖；圖3是圖1和2中所示的天線的軸向橫截面；圖4是根據(jù)本發(fā)明的可選擇的天線的軸向橫截面；和圖5是圖4中所示的天線的電抗匹配元件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1到3，根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)負(fù)載天線具有帶四個(gè)軸向共同延伸的螺旋軌跡10A、10B、10C和10D的天線元件結(jié)構(gòu)，所述螺旋軌跡10A、10B、10C和10D鍍?cè)趫A筒陶瓷芯部12的圓柱外側(cè)表面12S上。
芯部具有孔12B形式的軸向通道，所述孔12B從遠(yuǎn)端面12D延伸穿過(guò)芯部12到達(dá)近端面12P。同軸饋電結(jié)構(gòu)被容納在孔12B中，所述同軸饋電結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電管狀外屏蔽16、絕緣層17和細(xì)長(zhǎng)內(nèi)導(dǎo)體18，所述細(xì)長(zhǎng)內(nèi)導(dǎo)體18通過(guò)絕緣層17與屏蔽相絕緣。介質(zhì)絕緣套管19圍繞屏蔽，介質(zhì)絕緣套管19由塑料材料的管形成，所述材料的預(yù)定相對(duì)介電常數(shù)的值小于陶瓷芯部12的材料的相對(duì)介電常數(shù)的值。
屏蔽16、內(nèi)導(dǎo)體18和絕緣層17的結(jié)合構(gòu)成預(yù)定特征阻抗的同軸傳輸線，所述同軸傳輸線穿過(guò)天線芯部12以用于將天線元件10A到10D的遠(yuǎn)端連接到天線將連接的設(shè)備的射頻(r.f.)電路。天線元件10A到10D和饋電結(jié)構(gòu)之間的連接經(jīng)由與螺旋軌跡10A到10D相關(guān)的導(dǎo)電連接部分形成，這些連接部分形成為鍍?cè)谛静?2的遠(yuǎn)端面12D上的徑向軌跡10AR、10BR、10CR、10DR(圖2)，徑向軌跡10AR、10BR、10CR、10DR每一個(gè)都從各自螺旋軌跡的遠(yuǎn)端延伸到鄰近芯部12B的端部的位置。屏蔽16導(dǎo)電地結(jié)合到包括徑向軌跡10A、10B的連接部分，同時(shí)內(nèi)導(dǎo)體18導(dǎo)電地結(jié)合到包括徑向軌跡10C和10D的連接部分。
天線元件10A到10D的另一端連接到共用假接地導(dǎo)體20，所述假接地導(dǎo)體20為圍繞芯部12的近端部分的鍍層套形式。該套20又通過(guò)以下所述的方式連接到饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽導(dǎo)體16。
四個(gè)螺旋天線元件10A到10D具有不同的長(zhǎng)度，由于套20的邊緣20U與芯部的近端面12P的距離變化，因此元件10B、10D兩者比另兩個(gè)10A、10C更長(zhǎng)。與在天線元件10B和10D連接到套20的地方相比，在天線元件10A和10C連接到套20的地方，邊緣20U距離近端面12P略微更遠(yuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，芯部12具有近定向或近端定向的空腔21，所述空腔21在芯部的近端面12P開(kāi)口。該空腔21是圓柱形的，并且在所示實(shí)施例中，具有與芯部的中心軸線22重合的軸線?？涨?1的圓柱形內(nèi)壁21I和平面基部21B兩者都鍍有導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層電連接到穿過(guò)芯部的饋電結(jié)構(gòu)的外屏蔽16。近端12P還在其整個(gè)表面上具有鍍層以形成近端鍍層24。套20、鍍層24、空腔21的內(nèi)壁21I和基部21B上的鍍層，與饋電結(jié)構(gòu)的外屏蔽16一起形成平衡-不平衡變換器，所述平衡-不平衡變換器提供天線元件結(jié)構(gòu)與安裝時(shí)天線連接的設(shè)備的共模隔離(common mode isolation)。在軸向平面上，套20、近端表面鍍層24、空腔21的內(nèi)壁21I和基部21B上的鍍層的結(jié)合的電氣長(zhǎng)度是nλg/4，其中nλg是討論的導(dǎo)電層部分的芯部側(cè)上的波導(dǎo)波長(zhǎng)。
當(dāng)天線在天線對(duì)圓極化信號(hào)敏感的諧振模式下操作時(shí)，天線元件10A到10D的長(zhǎng)度差分別地導(dǎo)致較長(zhǎng)元件10B、10D中的電流和較短元件10A、10C中的電流之間的相位差。在此模式下，一方面，電流環(huán)繞邊緣20U在連接到內(nèi)饋電導(dǎo)體18的元件10C和10D與連接到屏蔽導(dǎo)體16的元件10A、10B之間流動(dòng)，套20和鍍層24用作防止電流在空腔21的基部21B處從天線元件10A到10D流到外屏蔽16的陷阱(trap)。英國(guó)專利申請(qǐng)No.2292638和No.2310543中更詳細(xì)地描述了在芯部上具有平衡-不平衡變換器的四來(lái)復(fù)線介質(zhì)負(fù)載天線的操作，該專利申請(qǐng)的整個(gè)公開(kāi)內(nèi)容并入本申請(qǐng)中以形成遞交的本申請(qǐng)的主題的部分。
饋電結(jié)構(gòu)執(zhí)行除簡(jiǎn)單地傳送信號(hào)到天線元件結(jié)構(gòu)或從天線元件結(jié)構(gòu)傳送信號(hào)之外的功能。首先，如上所述，屏蔽16與平衡-不平衡變換器層20一起用于提供在饋電結(jié)構(gòu)到天線元件結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)處的共模隔離。屏蔽導(dǎo)體在它與空腔21的基部上的鍍層的連接部分和它到天線元件連接部分10AR、10BR的連接部分之間的長(zhǎng)度，以及孔12B的尺寸和填充屏蔽16和孔的壁之間的空間的材料的介電常數(shù)使得屏蔽16的電氣長(zhǎng)度在天線的需要諧振模式的頻率處至少大致是四分之一波長(zhǎng)，以便平衡-不平衡變換器層20、24、21I、21B和屏蔽16的結(jié)合促進(jìn)在饋電結(jié)構(gòu)與天線元件結(jié)構(gòu)的連接處的平衡電流。
其次，饋電結(jié)構(gòu)用作阻抗變換元件，所述阻抗變換元件將天線的源阻抗(典型地5歐姆或更少)變換為將連接天線的設(shè)備所呈現(xiàn)的要求負(fù)載阻抗，所述負(fù)載阻抗典型地為50歐姆。饋電結(jié)構(gòu)的變換性質(zhì)是其特征阻抗和長(zhǎng)度的函數(shù)。電抗阻抗匹配通過(guò)另外地包括諸如天線將連接的設(shè)備中的接地柱腳(未顯示)的電抗元件而實(shí)現(xiàn)，所述柱腳連接到內(nèi)導(dǎo)體18的突出部分18B。
典型地，絕緣層17的相對(duì)介電常數(shù)在2和5之間。一種合適的材料PTFE具有的相對(duì)介電常數(shù)為2.2。
饋電結(jié)構(gòu)的外絕緣套19減弱了陶瓷芯部材料對(duì)芯部12內(nèi)的饋電結(jié)構(gòu)的外屏蔽16的電氣長(zhǎng)度的影響。絕緣套19的厚度和/或它的介電常數(shù)的選擇允許來(lái)自饋電結(jié)構(gòu)的平衡電流的位置被最優(yōu)化。絕緣套19的外徑等于或略微小于芯部12中的孔12B的內(nèi)徑，并且在饋電結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度的至少大部分上延伸。套19的材料的相對(duì)介電常數(shù)小于芯部材料的相對(duì)介電常數(shù)的一半，并且典型地為大約2或3。優(yōu)選地，材料屬于熱塑性材料類，能夠抵抗焊接溫度并在摸制期間具有充分低的粘性以形成壁厚在0.5mm范圍內(nèi)的管。一種這樣的材料是PEI(聚醚酰亞胺)。該材料可以從商標(biāo)為ULTEM的GEPlastics獲得。聚碳酸酯是可選擇的材料。
套19的優(yōu)選的壁厚為0.45mm，但也可根據(jù)諸如陶瓷芯部12的直徑的因素及模制過(guò)程的限制而使用其它厚度。為了陶瓷芯部對(duì)天線的電特性具有顯著效果，并尤其是為了生產(chǎn)小尺寸的天線，絕緣套19的壁厚應(yīng)當(dāng)不大于固體芯部12在其內(nèi)孔12B和其外表面之間的厚度。事實(shí)上，套壁厚應(yīng)當(dāng)小于芯部厚度的一半，優(yōu)選地小于芯部厚度的20％。
如以上解釋，通過(guò)產(chǎn)生圍繞介電常數(shù)比芯部12的介電常數(shù)小的環(huán)繞饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽16的區(qū)域，芯部12對(duì)屏蔽16的電氣長(zhǎng)度的影響，及因此對(duì)與屏蔽16的外側(cè)相關(guān)的任意縱向諧振的影響被大致減少。通過(guò)布置絕緣套19緊密地配合在屏蔽16周圍并在孔12B中，實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧的一致性和穩(wěn)定性。由于與要求操作頻率相關(guān)的諧振的模式的特征在于直徑方向延伸、即橫過(guò)圓筒形芯部的軸線延伸的電壓偶極天線，因此絕緣套19對(duì)要求諧振模式的影響由于套厚度至少在優(yōu)選的實(shí)施例中大大小于芯部的厚度而相對(duì)小。因此可使與屏蔽16相關(guān)的線性諧振模式與需要的諧振模式去耦。
天線的主諧振頻率為500MHz或者更高，諧振頻率由天線元件的有效電氣長(zhǎng)度決定，并且在更少程度上，由它們的寬度決定。對(duì)于給定的諧振頻率，元件的長(zhǎng)度還依賴于芯部材料的相對(duì)介電常數(shù)，天線的尺寸相對(duì)于空氣芯的四來(lái)復(fù)線天線被充分地減小。
天線芯部12的一種優(yōu)選材料是鋯-錫-鈦基材料(zirconium-tin-titanate-based material)。該材料所具有的上述相對(duì)介電常數(shù)為36，并且還因?yàn)槠潆S溫度變化尺寸和電氣穩(wěn)定性而著稱。介電損耗可以忽略。可以通過(guò)擠壓或沖壓生產(chǎn)芯部。
空腔21的基部21B形成芯部12的近表面部分，所述近表面部分相對(duì)于遠(yuǎn)表面12D相對(duì)地定向。芯部12B與芯部12的圓柱形外表面12S和圓柱形空腔21同軸，芯部12B在空腔基部21B中心露出，如圖3中最清楚地看出。絕緣套19達(dá)不到基部21B而終止，同時(shí)饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽16具有突出部分16B，所述突出部分16B突入空腔21較短距離。饋電結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體18軸向地突入空腔更大的距離，以允許連接到傳輸線，所述傳輸線與將安裝天線的設(shè)備相關(guān)聯(lián)。因而，內(nèi)導(dǎo)體18的突出部分18B用作連接銷，所述連接銷典型地容納在彈性管狀插座中，所述插座連接到設(shè)備的射頻接收或發(fā)射電路。到饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽16的連接可以通過(guò)彈簧加載套筒、波紋套筒(crimpedbush)或焊接套筒(未顯示)形成，所述套筒可以形成連接同軸線的部分并還影響屏蔽16的突出部分16B和空腔的鍍層表面之間的環(huán)形連接。典型地，與內(nèi)導(dǎo)體18的突出部分18B的尺寸的結(jié)合，套筒及套筒連接的屏蔽的尺寸，以及容納突出內(nèi)導(dǎo)體部分18B的插座的尺寸使得天線的近端延伸到上述射頻電路的線的特征阻抗在50歐姆的范圍內(nèi)。從該阻抗到由天線遠(yuǎn)面處的天線元件所呈現(xiàn)的源或負(fù)載阻抗的阻抗變換受如上所述的饋電結(jié)構(gòu)16、17、18，以及上述電抗元件影響。
典型地，空腔21的直徑是芯部12的外徑的大約一半，即在天線可在1575MHz(用于GPS信號(hào)接收)操作的情況下為大約5mm?？涨坏纳疃鹊湫偷厥切静?2的軸向范圍的1/5到1/3的范圍內(nèi)。在圖1到3所示的實(shí)例中，空腔的深度是大約芯部的軸向長(zhǎng)度的四分之一，所述芯部的軸向長(zhǎng)度在GPS天線中等于3.8mm的深度。
再次參照由帶鍍層的空腔基部21B、空腔21I的鍍層內(nèi)表面、帶鍍層的芯部近端面12P和套20的結(jié)合產(chǎn)生的平衡-不平衡變換器，將理解，由于(與以上提到的現(xiàn)有技術(shù)的天線的等同導(dǎo)體的定位、即那些天線的近端表面鍍層和導(dǎo)電套相比，)這些導(dǎo)電元件的(在軸向平面內(nèi)的)長(zhǎng)度的主要部分在芯部的端面上或在軸向方向上芯部的末端之間，因此套20的軸向范圍可以大大小于現(xiàn)有技術(shù)的天線。這具有縮短芯部的效果。芯部的該縮短和因空腔的存在而導(dǎo)致的芯部材料體積的減小使芯部的重量顯著地減少。
參照?qǐng)D4和圖5，通過(guò)將饋電結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體18的突出部分18B連接到在突出部分18B的位置處的接地導(dǎo)體，其中所述位置與饋電結(jié)構(gòu)的外屏蔽16到空腔鍍層(在此情況下是空腔基部21B上的鍍層)的連接部分隔開(kāi)，可以將電抗匹配并入根據(jù)本發(fā)明的天線自身中。這可以通過(guò)以下形式的電抗元件實(shí)現(xiàn)，所述電抗元件的形式為絕緣環(huán)(墊圈)25的近端表面上的至少一個(gè)短截線導(dǎo)體(stub conductor)25S，所述絕緣環(huán)25被定位為靠近導(dǎo)電套筒26近端并緊密地包圍靠近空腔21的基部21B的饋電結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體18的突出部分18B。
如從圖4可看出，墊圈25(典型地由PTFE制成)具有與突出內(nèi)導(dǎo)體部分18B的外徑相匹配的內(nèi)徑和與空腔21的內(nèi)徑相匹配的外徑。墊圈25因此可圍繞內(nèi)導(dǎo)體突出部分18B安放，并且墊圈25的遠(yuǎn)端面25D(被形成鍍層，鄰接導(dǎo)電套筒26)將饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽16連接到空腔基部21B的鍍層表面。兩個(gè)環(huán)形軌跡25A、25B在墊圈的近端表面上，所述兩個(gè)環(huán)形軌跡25A、25B由短截線導(dǎo)體25S相互連接。當(dāng)墊圈25安裝在空腔21中的適當(dāng)位置時(shí)，內(nèi)環(huán)25A被焊接到內(nèi)導(dǎo)體突出部分18B，外環(huán)25B被焊接到空腔21的鍍層圓柱內(nèi)壁21I。短截線導(dǎo)體25S是曲折的以提供需要的電氣長(zhǎng)度，由此產(chǎn)生內(nèi)導(dǎo)體突出部分18B和圓筒空腔壁21I之間的并聯(lián)電感(shunt inductance)，以在該實(shí)例中補(bǔ)償天線的電容性源阻抗。
在該選擇性實(shí)施例中，突出內(nèi)導(dǎo)體部分18B再次用作連接部分，所述連接部件用于，例如通過(guò)預(yù)定尺寸的彈性管狀插座的方式，將內(nèi)導(dǎo)體18連接到將安裝天線的設(shè)備的射頻電路。在此情況下，空腔的內(nèi)壁21I上的鍍層可以用作同軸傳輸線的屏蔽，所述同軸傳輸線將天線饋電結(jié)構(gòu)屏蔽16連接到設(shè)備射頻電路。因而，與電路相關(guān)聯(lián)的或者連接有線的金屬套圈或環(huán)形導(dǎo)體可推入空腔，在所述空腔中金屬套圈或環(huán)形導(dǎo)體形成到空腔內(nèi)壁鍍層的電連接，容納內(nèi)導(dǎo)體的插座和金屬套圈的尺寸、與它們之間的間距一起產(chǎn)生典型為50歐姆的特征阻抗。
套筒26、屏蔽16和空腔的鍍層基部21B之間的連接可以通過(guò)在天線的裝配期間將焊接預(yù)制品應(yīng)用到套筒(例如焊料墊圈的形式)而產(chǎn)生，通過(guò)使天線經(jīng)過(guò)重熔爐(reflow oven)而實(shí)現(xiàn)焊接連接。相似地，與絕緣墊圈25的內(nèi)徑和外徑相匹配的環(huán)形焊接預(yù)制品可以放置在墊圈25的近端表面上，以實(shí)現(xiàn)短截線導(dǎo)體25S分別地與突出內(nèi)導(dǎo)體部分18B和空腔21的內(nèi)表面21I上的鍍層之間的連接。
本發(fā)明并不限于與四來(lái)復(fù)線天線一起使用。上述英國(guó)專利披露了例如環(huán)形天線，所述環(huán)形天線除了其它使用之外還可應(yīng)用于手機(jī)信號(hào)的接收和發(fā)射。根據(jù)本發(fā)明可以減小這種天線的尺寸和重量。天線元件結(jié)構(gòu)對(duì)由天線將連接的設(shè)備所呈現(xiàn)的要求的負(fù)載阻抗的電抗匹配可以不被要求并且可以由饋電結(jié)構(gòu)單獨(dú)地執(zhí)行。由于饋電結(jié)構(gòu)具有在到天線元件結(jié)構(gòu)的連接部分處的源阻抗和要求負(fù)載阻抗之間的特征傳輸線阻抗，還由于到天線元件結(jié)構(gòu)的連接部分和鍍層24之間的饋電結(jié)構(gòu)的電氣長(zhǎng)度在天線操作頻率處是1/4波長(zhǎng)，因此產(chǎn)生阻抗變換。當(dāng)饋電結(jié)構(gòu)的特征阻抗是至少大約源阻抗和負(fù)載阻抗的積的平方根時(shí)，電阻性阻抗變換(resistive impedancetransformation)產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種用于在超過(guò)200MHz的頻率操作的介質(zhì)負(fù)載天線，包括相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體材料的介質(zhì)芯部；天線元件結(jié)構(gòu)，所述天線元件結(jié)構(gòu)布置在芯部的外表面上或布置為靠近芯部的外表面；以及；饋電結(jié)構(gòu)，連接到天線元件結(jié)構(gòu)，所述饋電結(jié)構(gòu)在芯部的遠(yuǎn)表面部分和芯部的相對(duì)定向的近表面部分之間穿過(guò)芯部中的通道延伸，其中所述芯部具有空腔，所述空腔的基部形成所述近表面部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述空腔具有中心軸線和所述饋電結(jié)構(gòu)在中心軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其中所述空腔的軸向深度在芯部的外部軸向范圍的10％到50％之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的天線，其中穿過(guò)軸線測(cè)量的空腔的平均寬度在芯部的平均寬度的20％到80％之間，所述芯部的平均寬度在垂直于軸線的相同平面內(nèi)被測(cè)量。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的天線，其中天線元件結(jié)構(gòu)包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)天線元件，所述細(xì)長(zhǎng)天線元件從在穿過(guò)芯部的通道的遠(yuǎn)端處或靠近通道的遠(yuǎn)端處與饋電結(jié)構(gòu)的連接部分、在芯部的側(cè)向定向的表面部分上延伸到與圍繞芯部延伸的外導(dǎo)電層的連接元件的連接部分，所述層從所述連接部分延伸到空腔的壁上的內(nèi)導(dǎo)電層，內(nèi)導(dǎo)電層在穿過(guò)芯部的通道的另一端處或靠近通道的另一端連接到饋電結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中所述饋電結(jié)構(gòu)是同軸傳輸線，并且外導(dǎo)電層包括導(dǎo)電套。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的天線，其中所述芯部是圓筒的并具有近端面和遠(yuǎn)端面，其中空腔是圓柱的，并且所述空腔與饋電結(jié)構(gòu)共有公共軸線；外導(dǎo)電層包括環(huán)繞芯部的導(dǎo)電套，和覆蓋芯部的近端面的近導(dǎo)電層部分；和空腔的內(nèi)壁具有導(dǎo)電覆層，所述導(dǎo)電覆層連接到外導(dǎo)電層并在空腔的基部區(qū)域連接到饋電結(jié)構(gòu)的屏蔽導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，包括空腔中的電抗匹配元件，該電抗匹配元件將內(nèi)導(dǎo)體連接到空腔的內(nèi)壁上的導(dǎo)電覆層。
9.一種用于在超過(guò)200MHz的頻率操作的介質(zhì)負(fù)載天線，包括相對(duì)介電常數(shù)大于5的固體材料的介質(zhì)芯部；天線元件結(jié)構(gòu)，所述天線元件結(jié)構(gòu)布置在芯部的外表面上或布置為靠近芯部的外表面；饋電結(jié)構(gòu)，所述饋電結(jié)構(gòu)從芯部的遠(yuǎn)表面穿過(guò)芯部中的通道延伸到芯部的相對(duì)定向表面，在芯部的遠(yuǎn)表面饋電結(jié)構(gòu)連接到天線元件結(jié)構(gòu)；和平衡-不平衡變換器，所述平衡-不平衡變換器為覆蓋在芯部的近外表面部分的導(dǎo)電層形式，其中所述芯部具有近端定向的空腔，所述通道終止在空腔內(nèi)側(cè)，并且其中平衡-不平衡變換器層延伸入空腔內(nèi)，在所述空腔內(nèi)平衡-不平衡變換器連接到饋電結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線，其中所述芯部具有側(cè)表面，遠(yuǎn)端表面，近端表面和中心軸線；所述饋電結(jié)構(gòu)在該中心軸線上；所述空腔以該中心軸線為中心；所述平衡-不平衡變換器層具有在側(cè)表面上的外部分，在近端表面上的端部分，以及在空腔向內(nèi)定向的表面上的內(nèi)部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線，其中所述芯部是圓筒形的，空腔是圓柱的，并且平衡-不平衡變換器層的外部分和內(nèi)部分兩者都是環(huán)形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的天線，其中所述空腔的軸向范圍在芯部的軸向范圍的10％到50％之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11到13中的任意一項(xiàng)所述的天線，其中空腔的徑向范圍在芯部圍繞空腔的那部分的徑向范圍的20％到80％之間。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種介質(zhì)負(fù)載背射螺旋天線，該介質(zhì)負(fù)載背射螺旋天線具有圓筒形陶瓷芯部(12)和饋電結(jié)構(gòu)，該饋電結(jié)構(gòu)軸向地穿過(guò)芯部到芯部的遠(yuǎn)端面，在遠(yuǎn)端面饋電結(jié)構(gòu)連接到在芯部外部上的螺旋導(dǎo)體(10A－10D)。與饋電結(jié)構(gòu)同軸的空腔在芯部的近端面(12)上敞開(kāi)。環(huán)繞芯部的部分的導(dǎo)電平衡－不平衡變換器層(20)延伸過(guò)芯部的近端面和空腔的壁(21)以將螺旋元件(10A－10D)連接到饋電結(jié)構(gòu)，在那它露出到空腔中?？涨坏拇嬖诤蛯⑵胶猓黄胶庾儞Q器的長(zhǎng)度的一些容納在空腔中允許介質(zhì)負(fù)載背射天線的尺寸和重量的減小。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK101057369SQ200580038482
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者奧利弗·保羅·雷斯特恩, 大衛(wèi)·邁克爾·威瑟 申請(qǐng)人:薩恩特爾有限公司