專利名稱：單極線-板天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單極線-板天線，該類型的天線包括接地面、第一輻射元件和第二輻射元件。其中，第一輻射元件采用電容頂部形式、適合通過饋線連接到發(fā)生器或接收器；第二輻射元件采用輻射導(dǎo)線形式，它將該電容頂部連接到接地面。
這樣一種天線已由第A-2,668,859號法國專利所披露。
該天線由設(shè)置在介電基板相對兩面的兩個(gè)金屬面形成。其中一個(gè)金屬面通常較大，它組成上述接地面；另一個(gè)金屬面組成電容頂部。該天線通過饋線饋電，后者由穿過接地面和介質(zhì)基板并連接到電容頂部的同軸電纜頭形成。
該天線的特點(diǎn)在于它具有附加的有源輻射導(dǎo)線，其與同軸饋線頭平行并將接地面連接到電容頂部。該導(dǎo)線對地提供一個(gè)回流。這種天線是兩個(gè)諧振現(xiàn)象的所在地，因此有時(shí)就叫做雙共振天線。
該天線的物理參數(shù)，即電介質(zhì)基板的介電常數(shù)、其厚度、饋線半徑、輻射線半徑、兩根線之間距離以及電容頂部和接地面的形狀、尺寸，可以憑經(jīng)驗(yàn)取任何數(shù)值。然而，天線的正常運(yùn)行取決于這些參數(shù)之間的關(guān)系，這種關(guān)系限制了各種可能性并且強(qiáng)加了從技術(shù)上來看有時(shí)是難以滿足的各種約束。
因此，為了得到優(yōu)良的天線匹配，最好采用介電常數(shù)很低的介質(zhì)基板(εr＜2)，同軸頭與輻射線之間的距離相對于發(fā)射波長極小(d＜λo/50)，同軸頭的半徑比輻射線的半徑至少小五倍。另一方面，電容頂部的形狀實(shí)際上可以是任意的，主要的只是其表面。再者，從天線匹配的觀點(diǎn)來看，最好其高度相對大一些，但不要超過λo/18。當(dāng)接地面的表面至少大于電容頂部表面10倍時(shí)，其形狀和尺寸只對天線匹配產(chǎn)生很小的影響，但它們可以在很大程度上改變輻射圖，就像所有的單極輻射天線那樣。
這種天線的工作原理最初起源于其中未產(chǎn)生空腔共振模式的輻射線與饋線頭之間的耦合現(xiàn)象。
在此情況下，輻射線的增加(將在后面說明)在比抑制式天線常規(guī)共振模式的頻率低得多的某個(gè)頻率處產(chǎn)生并聯(lián)諧振。一方面，合理選擇天線的各種物理參數(shù)使之有可能實(shí)現(xiàn)該天線與常用發(fā)生器和接收器之間的正常匹配，即天線的阻抗在其虛部抵消時(shí)，其實(shí)部接近于某個(gè)給出值，一般為50Ω。另一方面，可以獲得所謂的單極型輻射，它具有單極輻射的典型特征，即—具有對稱旋轉(zhuǎn)的波瓣，—當(dāng)其在線軸中為極大和零時(shí)，最大輻射平行于接地面，—在垂直于天線的平面中有電場線性極化。
因此，盡管上述法國專利中所描述的天線相對于現(xiàn)有技術(shù)的天線具有各種優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)計(jì)和構(gòu)造較簡單，尺寸比所用波長小，能與適當(dāng)?shù)脑鲆嬲Ｆヅ?，比傳統(tǒng)的抑制式天線擁有更大的通帶，具有作為頻率函數(shù)的穩(wěn)定的單極型輻射，以及能在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用等等，然而它也存在著某些缺陷。
特別是，為了將天線置于單極輻射條件下，導(dǎo)線的尺寸以及各導(dǎo)線之間的距離必須比信號波長λ小得多，這是造成技術(shù)上難以制作和容易損壞的主要原因，在微波應(yīng)用中尤甚。再者，當(dāng)其用于低頻時(shí)，盡管其尺寸已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長，但應(yīng)用于移動通信仍顯得太大。此外，當(dāng)所用介質(zhì)基板的介電常數(shù)與1相差太大時(shí)，該天線則難以匹配且它的通帶相對也小。最后，當(dāng)例如為了獲得更大的最大增益或?yàn)榱双@得更大的空間覆蓋，這種形式的單極輻射也不容易調(diào)節(jié)。
本發(fā)明旨在克服上述各種缺陷。
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種單極線-板天線，它包括接地面，做成電容頂部形式、能通過饋線連接到發(fā)生器或接收器的第一輻射元件，以及做成導(dǎo)線形式將電容頂部傳導(dǎo)到接地面的第二輻射元件。該天線的特點(diǎn)在于它包括多個(gè)所述輻射元件的至少一個(gè)，設(shè)置成使天線以單極輻射工作。
從以下內(nèi)容可見，這種設(shè)置可以解決以上所指出的問題。
進(jìn)一步還可以發(fā)現(xiàn)，“線”這個(gè)字不僅包含圓截面的導(dǎo)體，而且包含任何截面的導(dǎo)體，例如帶形導(dǎo)體。同樣，接地“面”以及電容頂部可以由曲面形成，它們可能不相互平行，尤其為了產(chǎn)生特殊形狀的單極輻射，例如具有較大最大增益的窄形輻射，或具有給定光照扇區(qū)的寬形輻射。
在一種特定的操作方式中，天線的性能尤其是電容頂部的形狀可以選擇這樣一種方式，使天線在同一頻率或幾個(gè)鄰近的頻率處能工作于單極和常規(guī)偶極兩種方式。
而且，在一個(gè)特定實(shí)施例中，本發(fā)明的天線還具有多根導(dǎo)線。
尤其是，本發(fā)明的天線可以更容易地獲得單極輻射和優(yōu)良的匹配，比之現(xiàn)有技術(shù)大大放寬了嚴(yán)密的技術(shù)條件。
尤其是，輻射線可以相對于饋線對稱設(shè)置。
在另一個(gè)專門的實(shí)施例中，本發(fā)明的天線具有多個(gè)電容頂部，而其中至少有一個(gè)電容頂部被設(shè)置成連接到發(fā)生器。
在后一種情況下，本發(fā)明的天線可以由穿過接地面的同軸頭饋電，其饋線連接至電容頂部，其外導(dǎo)體將接地面連接到置于接地面與連接饋線之電容頂部之間的一個(gè)電容頂部。
根據(jù)本發(fā)明的天線，它包括若干個(gè)電容頂部，這些電容頂部可以設(shè)置成產(chǎn)生一個(gè)較寬的通帶，或形成多個(gè)諧振頻率，或呈現(xiàn)接近于設(shè)定模式的單極輻射圖。
在該特定的實(shí)施例中，電容頂部實(shí)際為矩形，輻射導(dǎo)線連接于該矩形面較小一面的附近。
可見，這種設(shè)置可以減小相對于接地面的表面和高度。此種工作條件在低頻天線(典型的為無線電天線)情況下是甚為重要的，因?yàn)檫@種天線的尺寸是一個(gè)重要參數(shù)。
饋線和輻射線也可以荷載沿導(dǎo)線集中或分布的電路元件。
這些電路元件可以是無源線性元件(電阻器、電感線圈、電容器以及任何阻抗元件)或有源線性元件，而且也可以是非線性元件。經(jīng)合適的選擇，例如可以減小天線的尺寸，改變信號頻率或切換幾個(gè)信號頻率。
以下將參照附圖非限制性地說明本發(fā)明的幾個(gè)特定實(shí)施例。


圖1、2a和2b是本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖3a、3b和3c分別表示根據(jù)圖1所示實(shí)施例之天線的等效阻抗Z(f)的實(shí)部和虛部以及反射系數(shù)S11(f)；圖4a和4b分別表示上述天線在導(dǎo)線平面和矩形面中所獲得的增益；圖5a、5b和5c分別表示根據(jù)圖2所示實(shí)施例之天線的阻抗Z(f)的實(shí)部和虛部以及反射系數(shù)S11(f)；圖6a和6b分別表示上述天線在不同頻率時(shí)在導(dǎo)線平面中所獲得的增益。
圖1所示的天線由電介質(zhì)基板1形成，其中一個(gè)面2為完全金屬化，以形成接地面，另一個(gè)面3為部分金屬化，以形成電容頂部。同軸饋線頭4穿過接地面2和基板1連接到電容頂部3。輻射導(dǎo)線5也穿過基板1將接地面2連接到電容頂部3。
輻射線5可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置在天線電容頂部3底下的任何位置，根據(jù)該位置，其對天線工作的影響或比較重要或不怎么重要。再者，采用過多的輻射線(多于四條)可以衰減雙共振現(xiàn)象，從天線匹配的觀點(diǎn)來看，使之不適用于微波發(fā)生器。
另外，在其上設(shè)置天線接地面2和電容頂部3的電介質(zhì)基板1不一定局限于由單層介電材料制成，也可以由任何介電常數(shù)的重疊設(shè)置的多層介電材料制成。基板1的形狀和尺寸可以任意選擇，但從實(shí)際來看一般不超過接地面2的尺寸。
引入每根附加的輻射線將對天線引入新的物理參數(shù)，即所加輻射導(dǎo)線的半徑范圍，其與同軸饋線頭的距離以及其與其它輻射導(dǎo)線之間的距離。這些附加的物理參數(shù)使該天線各種物理參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜化，但它們確實(shí)簡化了問題，并減少了單極線-板天線運(yùn)行所必要的各種限制。
這樣，饋線頭4的線徑不再要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輻射導(dǎo)線的線徑，而可以采用同一線徑或較大的線徑。而且，導(dǎo)線5不再必須設(shè)置得過于靠近同軸饋線頭4，而最好應(yīng)當(dāng)朝向天線頂部的未端。導(dǎo)線5的半徑最好小于饋線頭的半徑，導(dǎo)線5的數(shù)目越多或其與饋線頭越接近，則它的半徑必須越小。
與具有單根輻射導(dǎo)線的雙共振天線比較，具有幾根輻射導(dǎo)線的天線通常具有較大的頂部和稍高的高度，以便工作在同一頻率。然而，引入電介質(zhì)或重疊不同的電介質(zhì)可以減少上述尺寸。另外，盡管具有單根輻射導(dǎo)線的雙共振天線僅對極小介電常數(shù)(εr≤1.2)的基板才能合適地匹配至50Ω，但引入附加的輻射導(dǎo)線使之能極容易地與用任何基板或組合基板制成的任何單極線-板天線匹配。
再者，從實(shí)用的觀點(diǎn)來看，在某些情況下，最好例如通過將所述的饋線頭設(shè)置在天線電容頂部3的中心，而使導(dǎo)線5相對于同軸饋線頭4呈對稱地設(shè)置。
具有幾根輻射導(dǎo)線的雙共振天線的工作原理，與只有單根導(dǎo)線的雙共振天線的類似。附加更多的輔助導(dǎo)線不會產(chǎn)生與每根輻射導(dǎo)線有關(guān)的新的并聯(lián)諧振，但是會改變由一根輻射導(dǎo)線所產(chǎn)生的諧振。
事實(shí)上，用第一近似可以認(rèn)為雙共振現(xiàn)象以后將由相對整個(gè)導(dǎo)線5的“電感器等效”而引起，它將使天線的電容短路。從相對每根導(dǎo)線5平行設(shè)置若干電感器來看，該電感器將更小，這說明了諧振頻率為什么朝高頻方向偏移，該諧振為何具有較低的質(zhì)量特性。引入介電常數(shù)大的電介質(zhì)基板，通過最初修改各導(dǎo)線之間的互感，使諧振頻率再次降低并提高質(zhì)量特性。
從天線與微波發(fā)生器匹配的觀點(diǎn)來看，降低雙共振之質(zhì)量特性似乎是非常有利的，因?yàn)檫@樣可能在一個(gè)較大的頻帶范圍內(nèi)把其阻抗的實(shí)部維持接近于50Ω而虛部為零，從而可以增寬通帶。
這些性能都很普遍，并可以發(fā)現(xiàn)在任一工作頻率下各種天線參數(shù)都具有相當(dāng)?shù)牟町?。而且，選擇使用頻率是由用戶決定的。
因此，采用以下方式可以實(shí)現(xiàn)對某個(gè)給定頻率的正確匹配—選擇得出近似工作頻率的頂部3的表面、單基板或多基板1的高度以及輻射導(dǎo)線的數(shù)目；—選擇導(dǎo)線5的位置、其半徑以及相互之間的距離，它允許調(diào)整頻率以及阻抗的實(shí)部和虛部，并因此使天線的匹配最佳化；—選擇決定輻射圖的接地面2的尺寸。
具有幾根輻射導(dǎo)線的單極線-板天線擁有與只有單根輻射導(dǎo)線的雙共振天線類似的輻射特性，即它是通過饋線和輻射導(dǎo)線產(chǎn)生的單極型輻射。
增加導(dǎo)線5，通過相對位于天線中心之饋線頭4對稱地設(shè)置導(dǎo)線5，使其有可能完全使輻射呈對稱。
對于任何單極輻射天線，接地面2的尺寸，基板1的尺寸(在較小程度上)都將改變輻射圖。
以下給出圖1所示一類天線的特性，它具有直徑為1.27mm的兩根導(dǎo)線5和一根同軸饋線頭4，兩根導(dǎo)線5相對于同軸饋線頭4呈對稱設(shè)置，每根導(dǎo)線的軸心與饋線頭軸心之間的距離為3.3mm。
電介質(zhì)基板1由厚度為10mm，尺寸為72mm×72mm，介電常數(shù)約為2.5的甲基聚甲基丙烯酸酯(methyl polymethacrylate)板制成。接地面2覆蓋了板1的整個(gè)一面，電容頂部位于其另一面的中央，尺寸為20mm×20mm。
圖3至圖6用實(shí)線表示實(shí)測值，用虛線表示理論值。圖3a和3b分別表示天線輸入阻抗的實(shí)部和虛部，圖3c表示由此導(dǎo)出的反射系數(shù)。
同樣，圖4a和4b分別表示在天線周圍整個(gè)空間測定的、在導(dǎo)線平面中以及在正交于該導(dǎo)線平面之平面中所獲得的增益。
這些結(jié)果使之有可能用以驗(yàn)證最佳的天線匹配(圖3)以及因接地面邊緣的繞射作用而變形的典型的單極輻射形狀(圖4)。該天線在1.77GHz頻率時(shí)具有-20dB數(shù)量級的反射系數(shù)S11(f)(只反射1％的入射能量)。
圖4所示在1.77GHz同一頻率處所獲得的增益，考慮到由于輻射圖因接地面尺寸而引起的變形所產(chǎn)生的所有損耗(失配、歐姆損耗和介質(zhì)損耗)，在45°時(shí)達(dá)到約2.5dB的最大值。
與現(xiàn)有技術(shù)的天線相比，除了采用單根輻射導(dǎo)線的雙共振天線以及采用幾根輻射導(dǎo)線的雙共振天線所擁有的各種優(yōu)點(diǎn)外，在這種類型的天線上增加輻射導(dǎo)線具有其它一些優(yōu)點(diǎn)。
事實(shí)上，相對天線的其他各種物理參數(shù)，采用附加的輻射導(dǎo)線允許有更大的自由度，它允許—使天線匹配更容易；—可以采用具有更大介電常數(shù)的基板；—展寬通帶，駐波比為2時(shí)通帶為8％，駐波比為5.8時(shí)，通帶為20％([S11]為-3dB)；—天線的物理結(jié)構(gòu)不必單一且容易調(diào)節(jié)；—整個(gè)空間的輻射圖完全對稱。
由于為了獲得合適操作而對各種物理參數(shù)所強(qiáng)加的各種約束不太嚴(yán)密或減少了，天線的加工制造將變得更為容易。
從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看，將具有以下各種優(yōu)點(diǎn)—通過采用附加的輻射導(dǎo)線和大直徑的同軸電纜頭而提高了天線的強(qiáng)度；—可能形成無電介質(zhì)基板的天線，電容頂部通過導(dǎo)線組裝而固定；—可以采用能便于生產(chǎn)和加強(qiáng)天線剛性的電介質(zhì)基板。
在圖2a所示的實(shí)施例中，電介質(zhì)為周圍空氣。接地面10由第一電容頂部11覆蓋，依次再由第二電容頂部12覆蓋。只有第一電容頂部11連接到同軸饋線頭13，后者穿過接地面10連接到發(fā)生器。
此外，第一電容頂部11采用圖1所示實(shí)施例中導(dǎo)線5的相同方式，通過相對于饋線頭13設(shè)置的兩根導(dǎo)線14和14’連接到接地面10。第二電容頂部12通過兩根輻射導(dǎo)線15和15’連接到第一電容頂部11，導(dǎo)線15和15’在位于電容頂部11另一面上的饋線頭13之接觸點(diǎn)與導(dǎo)線14和14’之接觸點(diǎn)之間的兩點(diǎn)上與電容頂部11接觸。
以下將發(fā)現(xiàn)，這種裝置將產(chǎn)生兩個(gè)諧振頻率。
在圖2b所示的實(shí)施例中，饋線頭13組件穿過了接地面10。其管狀外導(dǎo)體13”將接地面10電連接到第一電容頂部11，而芯導(dǎo)體13’則連接到更上一層的電容頂部12。
在此情況下，電容頂部12具有延長的矩形狀。輻射導(dǎo)線15和15’在接近電容頂部12窄邊12’的位置上連接到電容頂部12。
在此情況下，導(dǎo)線15和15’負(fù)載具有合適的有源或無源阻抗的電路20和20’。
當(dāng)然，在圖2a和2b所示的實(shí)施例中也可以設(shè)計(jì)數(shù)量更多的電容頂部，以及不同配置的輻射導(dǎo)線。
還可以發(fā)現(xiàn)，電容頂部的形狀實(shí)際上是任意的，只有其表面積才是重要的。根據(jù)實(shí)用和簡化的理由，表面為最小的電容頂部12可以設(shè)置在接地面10的最高位置上，表面較大的電容頂部11設(shè)置在接近接地面的位置上。這樣，饋線頭僅僅通過接地面連接到較大的電容頂部11。因此，與較低一級有關(guān)的物理參數(shù)主要對最低諧振起作用，依次推論，一方面最高諧振取決于與較高一級有關(guān)的物理參數(shù)，另一方面取決于包含同軸饋線頭13的底級的物理參數(shù)。
于是，盡管從以上參照圖1的描述中已經(jīng)知道對各種物理參數(shù)有影響的各種條件與底級有關(guān)，但它們也必須依次調(diào)節(jié)，不過分使最高諧振惡化。事實(shí)上，從匹配到50Ω的觀點(diǎn)來看，將各種影響聯(lián)合起來考慮，一方面必須使第二雙共振可以利用，即考慮與第一級相關(guān)的各種物理參數(shù)產(chǎn)生的影響；另一方面，要考慮有關(guān)第二級并影響到兩個(gè)諧振的各種物理參數(shù)(即上層電容頂部12的尺寸、第二級電介質(zhì)基板的介電常數(shù)值以及它的厚度)所產(chǎn)生的影響；最后是對僅僅作用于第二諧振、與其他因素?zé)o關(guān)的物理參數(shù)(即上層輻射導(dǎo)線15和15’的半徑以及它們之間的距離)所產(chǎn)生的影響。
總之，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，同軸饋線頭13最好具有較大的直徑；底級的輻射導(dǎo)線14和14’最好與同軸頭13隔開，其半徑至少比饋線頭的半徑小三至四倍；頂級的輻射導(dǎo)線15和15’其直徑最好等于甚至大于饋線頭的直徑，像導(dǎo)線14和14’與饋線頭13隔開那樣，它們也最好相互隔開。再者，各電容頂部下面導(dǎo)線的位置可以任意選擇，重要的僅僅是它們之間的距離；然而，對稱的中心設(shè)置可以使其輻射圖對稱。每根天線的各自高度最好相對于所發(fā)射的波長呈同樣數(shù)量級的幅度，并且不超過λo/15。
如果相對于不被超過的最大的面積，希望將相接近的諧振保持在1.4的比例，則各電容頂部的面積不應(yīng)相差太大。至于電介質(zhì)基板，它們可以允許各個(gè)諧振組合在一起或分開，以及修改各個(gè)諧振的質(zhì)量特性。
盡管該裝置用于天線每個(gè)電容頂部的工作原理也適合于雙共振天線，然而，由于較低位置的電容頂部相對于較高位置的電容頂部可以起到接地面的作用，故這種現(xiàn)象實(shí)在是錯(cuò)綜復(fù)雜。再者，這種耦合現(xiàn)象不僅發(fā)生在同一級的各導(dǎo)線之間，而且與其它級也有關(guān)。這樣，與其中包含饋線頭的第一級有關(guān)的雙共振現(xiàn)象實(shí)際上與上幾級引起的諧振無關(guān)，但由上幾級引起的每一諧振在很大程度上與有關(guān)較低級的諧振有關(guān)。
在此情況下，盡管建立一個(gè)等效電路似乎很難，但出現(xiàn)位置遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的印刷天線，空腔諧振模式的并聯(lián)諧振，始終是由于通過輻射導(dǎo)線(可能還有電容頂部和位置更低的輻射導(dǎo)線)在該裝置每一電容頂部所呈現(xiàn)的電容層的短路引起的。
這些特性都是一般性的，而且發(fā)現(xiàn)天線物理參數(shù)與任何信號頻率有很大的差別。
具有多個(gè)輻射元件的雙共振天線可以兩種不同的方式使用它或者用作寬通常裝置，此時(shí)每個(gè)疊加元件的性能必定引起每一天線工作頻帶的重疊，以實(shí)現(xiàn)與50Ω寬帶的匹配。或者，將這種類型的天線用作有幾個(gè)諧振頻率但具有相同輻射圖的裝置，此時(shí)每一工作頻帶必須與鄰近頻帶不一樣。
然而，無論以什么方法使用該裝置，對該裝置的正確工作都可以按以下所述方式獲得。由于有大量物理參數(shù)要固定，并考慮到某些參數(shù)修改所有諧振，重要的是逐級進(jìn)行固定并以固定影響較大的物理參數(shù)著手。這樣，首先必須明白先選擇與含有饋線頭的較低一級有關(guān)的參數(shù)，然而逐級選擇主要與每一諧振有關(guān)的物理參數(shù)，以便使裝置的匹配最佳為50Ω。
因此，可以采用以下方式進(jìn)行選擇—相對于每一級選擇電容頂部的尺寸、高度、基板以及輻射導(dǎo)線的數(shù)量，給出大致的工作頻率；
—選擇導(dǎo)線的位置、其半徑以及與其中設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)同軸饋線頭的級有關(guān)的各導(dǎo)線之間的距離，同時(shí)，重新調(diào)節(jié)對整個(gè)諧振有影響的其它各級的物理參數(shù)，即電容頂部的尺寸、高度以及基板的電介質(zhì)介電常數(shù)值；由此產(chǎn)生對諧振頻率的調(diào)節(jié)，諧振頻率與阻抗之實(shí)部和虛部的精確設(shè)置有關(guān)，該阻抗完全與包含饋線頭一級的諧振有關(guān)，使其有可能使該裝置與該第一頻率的匹配最佳化。
因此，對于形成裝置部件的每個(gè)電容頂部均從位于前一個(gè)上面最近設(shè)置的一級開始—以這樣一種方式選擇各導(dǎo)線的位置、其半徑及其相互之間的距離，以僅僅修改與該級有關(guān)的諧振以及與上幾級有關(guān)的諧振，由此調(diào)節(jié)有關(guān)的諧振頻率以及阻抗的實(shí)部和虛部，以使裝置與該頻率實(shí)現(xiàn)最佳匹配。上層諧振也可以修改，但它仍應(yīng)當(dāng)根據(jù)與其有關(guān)的最佳參數(shù)再作修改；—最后，選擇接地面的尺寸以確定輻射圖。
該裝置的輻射基本上是通過設(shè)置在重疊雙共振天線之每一層上的導(dǎo)線產(chǎn)生的。因此，由該裝置所產(chǎn)生的輻射具有與單極輻射相同的性能。
然而，應(yīng)當(dāng)指出，由于“雙共振”現(xiàn)象遠(yuǎn)遠(yuǎn)位于空腔諧振式印刷天線的下面，故該裝置作為頻率之函數(shù)的輻射圖的穩(wěn)定性很高。
然而，當(dāng)頻率因接地面邊緣的衍射而實(shí)際有變化時(shí)，也可以觀察到輻射圖的輕微變化，這種影響是隨著波長而變化的，對于所有單極輻射天線都有這種情況。
圖5和圖6表示由圖2所示類型的天線所產(chǎn)生的結(jié)果，其中，接地面的尺寸為99mm×99mm，下層電容頂部11的尺寸為39mm×39mm，上層電容頂部12的尺寸為26mm×26mm。電容頂部11與接地面10間隔10mm，兩個(gè)電容頂部11和12也隔開10mm。同軸饋線頭13以及輻射導(dǎo)線15和15’的直徑為1.27mm，輻射導(dǎo)線14和14’的直徑為0.4mm。導(dǎo)線3和4間隔6.6mm，導(dǎo)線14和14’與饋線頭13分別間隔9.9mm。
兩個(gè)重疊天線的每個(gè)基波諧振空腔型方式的諧振頻率分別設(shè)置在大約3.8GHz和5.7GHz。導(dǎo)線的位置可以按這種方式確定，即也允許天線按諧振模式工作。
在圖5和圖6中，用實(shí)線表示理論結(jié)果，用虛線表示實(shí)測結(jié)果。
圖5表示天線的電氣特性，即輸入阻抗的實(shí)部和虛部(圖5a和5b)，以及相對50Ω測得的反射系數(shù)(圖5c)。圖6a和6b分別表示在兩個(gè)工作頻率1.2GHz和2.1GHz下，在導(dǎo)線平面內(nèi)得到的以及圍繞天線周圍整個(gè)空間檢測的由天線所產(chǎn)生的增益。
于是，該天線在大約1.1GHz和2GHz位置上有兩個(gè)“雙共振”。天線物理參數(shù)的不完全最佳化使之有可能進(jìn)一步在1.2GHz和2.1GHz處得到-12dB數(shù)量級的反射系數(shù)。在測定高諧振頻率方面觀察到的差異，是由于理論上設(shè)計(jì)的天線與實(shí)際研制有稍微不同而引起的。
由于接地面的衍射，在該兩個(gè)工作頻率上可以觀察到單極型輻射稍微有點(diǎn)變形。注意，變形較大的圖形是在最高頻率測定的那個(gè)圖形，而天線的正面輻射(-90°＜0＜90°)在間隔0.9GHz的兩個(gè)工作頻率處實(shí)際上相同(實(shí)驗(yàn)曲線)。
在兩個(gè)工作頻率所獲得的增益量，即f＝1.2GHz時(shí)為1.4dB，f＝2.1GHz時(shí)為1.9dB(實(shí)驗(yàn)曲線)，它與從匹配的觀點(diǎn)來看在這些頻率處所得到的-12dB期望值相一致，并且通過使最佳匹配達(dá)到50Ω，還可以提高這一數(shù)值。
在垂直于導(dǎo)線平面之平面上獲得的輻射具有同樣的結(jié)果，這里不再敘述。
這種多級裝置允許產(chǎn)生多個(gè)“雙共振”，不論其位置是否相互靠近。于是，這種裝置主要有兩點(diǎn)令人感興趣
—與50Ω匹配，通過疊加與每個(gè)被重疊的天線有關(guān)的通帶獲得極寬的頻帶。[S11]為-3dB時(shí)，僅僅用兩個(gè)重疊天線即可獲得75％的帶通。
—與工作于不同頻帶的微波發(fā)生器匹配，這些頻帶相互靠近或有一定距離。
再者，對于整個(gè)裝置來說，疊加雙共振天線的技術(shù)使之有可能完全保持雙共振天線的特性，尤其是保持上述各種優(yōu)點(diǎn)。
此外，還可以獲得一種作為頻率之函數(shù)，實(shí)際上相當(dāng)穩(wěn)定的單極型輻射。
權(quán)利要求
1.一種單極線-板天線，包括接地面(2，10)，采用電容頂部(3，11，12)形式適合于通過饋線連接到發(fā)生器或接收器的第一輻射元件，以及采用導(dǎo)線(5，14，14’，15，15’)形式，用以將電容頂部連接到接地面的第二輻射元件，其特征在于，所述天線還包括多個(gè)至少一種所述輻射元件，并設(shè)置成使所述天線工作于單極輻射。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于包括多根輻射導(dǎo)線。
3.如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述輻射導(dǎo)線相對于所述饋線呈對稱設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于所述多個(gè)電容頂部中至少一個(gè)電容頂部適合于與發(fā)生器連接。
5.如權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于通過穿過接地面的同軸頭饋電，其饋線連接到一個(gè)電容頂部，其外導(dǎo)體將接地面連接到位于接地面與連接饋線之電容頂部之間的另一電容頂部。
6.如權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于包括至少兩個(gè)電容頂部并且適合具有寬的通帶。
7.如權(quán)利要求1至5任一所述的天線，其特征在于包括多個(gè)電容頂部并且適合具有多個(gè)諧振頻率。
8.如權(quán)利要求1至7所述的天線，其特征在于，所述電容頂部實(shí)際為矩形，所述輻射導(dǎo)線連接至該矩形較小一面的附近。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述的天線，其特征在于至少一根導(dǎo)線載有電路元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單極線-板天線，它包括接地面(10)，采用電容頂部(11，12)形式，適合連接到發(fā)生器的第一輻射元件，以及采用導(dǎo)線(14，14’，15，15’)形式，適合將電容頂部連接到接地面的第二輻射元件。此外，它還包括多個(gè)至少一種所述輻射元件。
文檔編號H01Q5/00GK1114518SQ9419066
公開日1996年1月3日 申請日期1994年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月7日
發(fā)明者德拉維特·克里斯托夫, 杰科·貝馬德 申請人:利摩日大學(xué)