專利名稱：一種生產(chǎn)螺旋狀天線的方法及該螺旋狀天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作移動人造衛(wèi)星的移動無線通信系統(tǒng)或者類似的系統(tǒng)中的移動終端的天線的螺旋狀天線，以及用于生產(chǎn)這種螺旋狀天線的方法。
一般來說，使用移動人造衛(wèi)星的移動通信系統(tǒng)采用1.985到2.015GHz的頻帶作為發(fā)送頻帶，用2.17到2.2GHz的頻帶作用接收頻帶。
因此，在移動人造衛(wèi)星和移動站之間的發(fā)送和接收中，需要一種具有能夠有效的執(zhí)行發(fā)送和接收并在約為30MHz的頻帶內(nèi)具有低的回波損耗的頻率特性的天線。
并且需要體積小重量輕的天線作為移動終端的天線。
因此采用螺旋狀天線，但是如果這種天線的軸向長度和直徑都做得比較小，它的發(fā)送頻帶就比較窄。
例如，對于軸向長度約為波長的1/4到5/4并且直徑約為波長的0.1的4-線纏繞螺旋狀天線來說只能覆蓋所使用頻帶的1％到2％的狹窄頻帶。
因此，這種天線不適于用作使用兩個不同頻帶的天線，例如用于使用移動人造衛(wèi)星的移動無線通信系統(tǒng)中頻帶在1.985到2.015GHz和頻帶在2.17到2.2GHz的天線。


圖14為表示被調(diào)節(jié)到1.985到2.015GHz頻帶的天線用于1.985到2.015GHz頻帶和2.17到2.2GHz頻帶中情況下，頻率與回波損耗的特性曲線圖。
在圖14中，△96表示在1.985GHz頻率處的回波損耗，△97表示在2.015GHz頻率處的回波損耗。
△98表示在2.17GHz頻率處的回波損耗，△99表示在2.2GHz頻率處的回波損耗。
如圖14所示，該天線能夠進行在1.985到2.015GHz頻帶內(nèi)的傳送和接收，但不能進行在2.17到2.2GHz頻帶內(nèi)的發(fā)送和接收。
圖15表示能夠覆蓋上述兩個頻帶的螺旋狀天線及其饋線電路。
在圖15中，形成該螺旋狀天線的8-線纏繞天線體90在圖中為平坦的。
一個能夠覆蓋兩個頻帶的8-線纏繞天線是通過把該天線體90纏繞在一個由聚碳化物或類似的電介材料制成的圓柱體的外表面上形成的。
該天線體90是由聚酰亞胺或類似材料制成的平形四邊形的電介薄片形成的薄膜902、第一天線部件904以及比第一天線部件904短的第二天線部件906組成的。其中第一天線部件904由在薄膜902的長度方向上延伸并相互平行，并在所述薄膜902的寬度方向的以特定的間距分布導(dǎo)電線組成。
該第一天線部件904和第二天線部件906交替地分布在該薄膜902的寬度方向上，它們的下部端頭位于同一條直線上。
這樣可以調(diào)整第一天線部件904的長度使其對應(yīng)于1.985到2.015GHz頻帶，并調(diào)整第二天線部件906的長度使其對應(yīng)于在2.17到2.2GHz頻帶。
該饋線電路92由第一頻帶F1(1.985到2.015GHz)的饋線系統(tǒng)94和第二頻帶F2(2.17到2.2GHz)的饋線系統(tǒng)96組成。
第一頻帶F1的饋線系統(tǒng)94由一個分割/合成電路941、一個分割/合成電路942，以及一個分割/合成電路943構(gòu)成。其中分割/合成電路941用于把高頻信號分為兩個相位相差180度的高頻信號或把兩個相位相差180度的高頻信號合成為一個高頻信號。分割/合成電路942用于把由分割/合成電路941把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)并把它們反饋到天線體90，或把兩個從天線體90獲得的相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)和成作一個高頻信號。分割/合成電路943用于把由分割/合成電路941把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(-180和-270度)并把它們饋送到天線體90，或把兩個從天線體90獲得的相位相差90度的高頻信號(-180度和-270度)合成作一個高頻信號。
分割/合成電路942和943的每個輸入/輸出端通過耦合線944與天線體90的每個第一天線部件904相連接。
附圖標(biāo)記945表示連接到第二頻帶FI的饋線系統(tǒng)94的發(fā)送/接收系統(tǒng)的連接端。
第二頻帶F2的饋線系統(tǒng)96由一個分割/合成電路961、一個分割/合成電路962，以及一個分割/合成電路963構(gòu)成。其中分割/合成電路961用于把高頻信號分為兩個相位相差180度的高頻信號或把兩個相位相差180度的高頻信號合成為一個高頻信號。分割/合成電路962用于把由分割/合成電路961把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)并把它們饋送到天線體90，或把兩個從天線體90獲得的相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)合成作一個高頻信號。分割/合成電路963用于把由分割/合成電路961把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(-180和-270度)并把它們饋送到天線體90，或把兩個從天線體90獲得的相位相差90度的高頻信號(-180度和-270度)合成作一個高頻信號。
分割/合成電路962和963的每個輸入/輸出端通過耦合線964與天線體90的每個第一天線部件904相連接。
附圖標(biāo)記965表示連接到第二頻帶F2的饋線系統(tǒng)96的發(fā)送/接收系統(tǒng)的連接端。
在按上述方式構(gòu)成的傳統(tǒng)的螺旋狀天線中，在發(fā)射時，當(dāng)?shù)谝活l帶F1的高頻信號被從發(fā)送系統(tǒng)傳輸?shù)金伨€系統(tǒng)94的終端945時，該高頻信號分割/合成電路941、942和943分割為四個分別具有0度、-90度、-180度和-270度的不同相位的四個高頻信號以饋送給天線體90的不同的第一天線部件904，并以無線電波的方式發(fā)射出來。
當(dāng)?shù)诙l帶F2的高頻信號被從發(fā)送系統(tǒng)傳輸?shù)金伨€系統(tǒng)96的終端965時，該高頻信號分割/合成電路961、962和963分割為四個分別具有0度、-90度、-180度和-270度的不同相位的四個高頻信號以饋送給天線體90的各個第一天線部件905，并以無線電波的方式發(fā)射出來。
另一方面，在由該螺旋狀天線接收的無線電波中，在第一頻帶F1內(nèi)的無線電波由天線體90的第一天線部件904的所獲得，在第一天線部件904的高頻功率被依次由分割/合成電路943、942和941所合成，并被通過終端945傳送到接收系統(tǒng)。
在由該螺旋狀天線接收的無線電波中，在第二頻帶F2內(nèi)的無線電波由天線體90的第一天線部件905的所獲得，在第一天線部件905的高頻功率被依次由分割/合成電路963、962和961所合成，并被通過終端965傳送到接收系統(tǒng)。
但是，傳統(tǒng)的螺旋狀天線具有把兩組天線部件結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)其中一組天線部件由四條導(dǎo)電線組成，通過調(diào)整該導(dǎo)電線的長度對應(yīng)于兩個頻帶中的一個；另一組天線部件由四條導(dǎo)電線組成，通過調(diào)整該導(dǎo)電線長度使其對應(yīng)于兩個頻帶中的另一個頻帶，對這些天線部件組分別設(shè)置其各自的饋線系統(tǒng)。另外，如圖13所示為了覆蓋這兩個頻帶，除了對應(yīng)于饋線系統(tǒng)數(shù)目的兩個饋線連接器和用于螺旋狀天線的各導(dǎo)電線的八個連接點外還要增加六個分割/合成電路。
因此，由于這種饋線電路只能被平面地安裝在印刷電路板上，從而傳統(tǒng)的螺旋狀天線中存在的問題是印刷電路板饋線電路部分尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且價格昂貴。
另外，在把用于分別把螺旋狀天線的導(dǎo)電線和分割/合成電路緊密地連接起來的八個接線端排置在該螺旋狀天線的支座上是非常困難的。
本發(fā)明是為了解決上述問題而作出的，本發(fā)明一個目的是提供一種能夠覆蓋多個頻帶并且對調(diào)節(jié)各頻帶的天線部件采用共同的饋線系統(tǒng)的螺旋狀天線，以及用生產(chǎn)這種螺旋狀天線的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征是一種能夠覆蓋多個不同頻帶螺旋狀天線，其中包括具有特定直徑以及對應(yīng)于所述頻帶波長的特定長度的電介材料制成的單個圓柱體，多個對應(yīng)于各頻帶的天線部件，所述天線部件由交替分布在所述圓柱體的外圓周表面的各條導(dǎo)電線形成，這些導(dǎo)電線的長度是匹配對應(yīng)于各頻帶的，它們之間存在一定的間距并以一定的俯仰角在圓柱體的圓周方向螺旋地繞在所述圓柱體的表面上，多條形成于所述圓柱體上的所述各天線部件的，長度不同并相鄰分布且與所述導(dǎo)電線電磁耦合的耦合線。
根據(jù)本發(fā)明，可以覆蓋多個頻帶并對調(diào)諧于各頻帶的天線部件使用共同的饋線系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一特征是一種用于制造能夠覆蓋多個頻帶的螺旋狀天線的方法，其中包括如步驟提供一個對應(yīng)于所述頻帶的波長的由具有特定直徑以及特定長度的電介材料制成的圓柱體的步驟，提供一個足夠覆蓋所述圓柱體外圓周表面的電介薄片的步驟，通過提供多條長度匹配對應(yīng)各頻帶的波長并在它們之間存在間距的導(dǎo)電線形成多個天線部件，形成多條用于以所述兩兩相鄰并且長度不同的天線部件的一端相電磁耦合的耦合線，以及把所述電介薄片材料環(huán)繞在表面上形成所述多個天線部件和所述多條耦合線的所述圓柱體的外圓周表面上。
根據(jù)本發(fā)明，可以在同一工藝過程中形成多個天線部件和多條耦合線并使所述螺旋狀天線生產(chǎn)更加容易。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的螺旋狀天線的部件分解透視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的處于平面狀態(tài)的天線和連接到所述天線饋線電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為表示在本發(fā)明的實施例中從電磁耦合線一側(cè)向天線側(cè)看去所獲得的回波損耗特性曲線。
圖4為表示在本發(fā)明的實施例中從連接器一側(cè)向天線側(cè)看去所獲得的回波損耗特性曲線。
圖5為表示在本發(fā)明的實施例中從螺旋狀天線輻射出來的高頻信號的發(fā)射模式特性曲線。
圖6A到6E為根據(jù)本發(fā)明的用于把饋線電路耦合到天線部件耦合線結(jié)構(gòu)的另一實施例的解釋圖。
圖7A到7E為根據(jù)本發(fā)明的用于把饋線電路耦合到天線部件耦合線結(jié)構(gòu)的另一實施例的解釋圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的螺旋狀天線的部件分解透視圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的螺旋狀天線的部件分解透視圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的天線部件的另一個實施例結(jié)構(gòu)圖。
圖11A和11B為根據(jù)本發(fā)明的饋線電路的實施例。
圖12為根據(jù)本發(fā)明位于螺旋狀天線的支座上的饋線電路的另一個實施例的剖視圖。
圖13為圖12的側(cè)視圖。
圖14為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺旋狀天線的頻率與回波損耗之間關(guān)系的特性曲線圖。
圖15為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺旋狀天線及其饋線電路的結(jié)構(gòu)圖。
下面參照圖1至13具體說明根據(jù)本發(fā)明螺旋狀天線及其生產(chǎn)方法。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的螺旋狀天線的部件分解透視圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的處于平面狀態(tài)的天線和連接到所述天線饋線電路的結(jié)構(gòu)圖。
在圖1和圖2中螺旋狀天線40上設(shè)置有能夠覆蓋第一頻帶F1(1.985至2.015GHz)和第二頻帶F2(2.17到2.2GHz)這兩個頻帶的天線體50，以及由該天線體50所共用的饋線電路60。
如圖1和圖2所示，所述天線體50上設(shè)置有直徑約為第一頻帶F1或第二頻帶F2的波長的8％和一特定長度，并由聚碳化物等電介材料制成的圓柱體502，以及由聚酰亞胺或類似材料形成并具有平行四邊行形狀的電介薄片504，所述電介薄片環(huán)繞在該圓柱體502的外圓周表面上。
如圖2所示，在所述電介薄片504的一個表面上有四條在該電介薄片502的長度方向上延伸并且俯仰角約為69度的四個第一天線部件506以及四條比所述第一天線部件506短的第二天線部件508，它們以一定的間距在該電介薄片504的寬度方向上交替分布，第一天線部件506和第二天線部件508的下部端頭位于同一條直線上。
所述第一天線部件506的長度約為第一頻帶F1的波長的3/4而所述第二天線部件508的長度約為第二頻帶F2的波長的3/4。
四條分別與相鄰的一條第一天線部件506和一條第二天線部件508相電磁耦合的耦合線510形成于對應(yīng)于第一天線部件506和第二天線部件508的下部端口的電介薄片504的部位上。
所述耦合線510的長度約為第一頻帶F1或第二頻帶F2的波長的14％。
耦合線510與第一天線部件506或第二天線部件508之間的間隔約為第一頻帶F1或第二頻帶F2波長的1％。
把第一和第二天線部件506和508的長度以及耦合線510的長度設(shè)置為所述數(shù)值的原因是這樣可以在第一和第二頻帶F1和F2中獲得良好的阻抗匹配特性以及在該螺旋狀天線的頂部方向可以獲得寬的輻射圖特性(寬的方向性)。
通過預(yù)先在電介薄片504上形成銅箔層并把該銅箔導(dǎo)腐蝕為如圖2所示的天線部件圖案，在同一工藝過程中同時形成第一天線部件506和第二天線部件508以及耦合線510。
在圖1中，在饋線電路60中設(shè)置有由鋁制成并帶有盤602a和垂直于602a上表面的平板602b的基座602、兩塊附在平板602b的兩個表面上的印刷電路板604和606、與基座602的盤602a的下表面相接并與印刷電路板604和606相連接的饋線同軸電纜608、以及位于該同軸電纜608端頭處并用于與未示出的發(fā)送和接收系統(tǒng)相連接的連接器610。在該電路板604和606上帶有由3dB波導(dǎo)管T形接頭、微波帶狀線路以及類似電路組成的分割/合成電路601。
另外，該饋線電路60還設(shè)置有由電絕緣材料制成的支座614，該支座支承天線體50并帶有四個用于把天線體60的耦合線510連接到印刷電路板604和606上的的連接端612。
這些連接端612穿過支座614并向上和向下突出，該連接端612的突出端被分別焊接到天線體60的耦合線510和印刷電路板604和606的饋線端。
在圖2中，該饋線電路60由一個分割/合成電路616、一個分割/合成電路618，以及一個分割/合成電路620構(gòu)成。其中分割/合成電路616用于把第一頻帶F1(1.985到2.015GHz)和第二頻帶F2(2.17到2.2GHz)的高頻功率分為兩個相位相差180度的高頻信號或把兩個相位相差180度的高頻信號合成為一個高頻信號。分割/合成電路618用于把由分割/合成電路616把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)并把它們饋送到天線體50，或把兩個從天線體50獲得的相位相差90度的高頻信號(0度和-90度)合成作一個高頻信號。分割/合成電路620用于把由分割/合成電路616把信號分割后所獲得的其中一個高頻信號分割為兩個相位相差90度的高頻信號(-180和-270度)并把它們饋送到天線體50，或把兩個從天線體50獲得的相位相差90度的高頻信號(-180度和-270度)合成為一個高頻信號。
下面參照圖2具體說明按上述方式構(gòu)成的螺旋狀天線的工作過程。
當(dāng)?shù)谝活l帶F1(1.985到2.015GHz)或第二頻帶F2(2.17到2.2GHz)的高頻信號通過連接器610傳輸?shù)铰菪隣钐炀€時，該高頻信號是通過電纜608傳輸并由安裝在印刷電路板604和606上的分割/合成電路616、618和620分配到四個接線端612上。
這時，這些分配到四個接線端上的高頻信號的振幅相同，其相位相差90度分別為0度、-90度、-180度和-270度。
該被分為四份的高頻信號被通過四個電磁耦合線510饋送到天線部件506和508。
在此，第一頻帶F1和第二頻帶F2的高頻信號的工作方式互不相同。
也就是說，較低的第一頻帶F1的高頻信號被傳送到較長的第一天線部件506，并在其傳送過程中向外輻射。
在這種4-線螺旋狀天線中，由于回波損耗的頻率特性非常狹窄，它的阻抗與較短的第二天線部件508不相匹配，從而該高頻信號基本上不被傳送到該天線部件上。
因此，對于較低的第一頻帶F1，只有較長的第一天線部件506處于連接狀態(tài)。
類似的，較大的第二頻帶F2的高頻信號只被傳送到較短的第二天線部件508，并幾乎不傳送到第一天線部件506。
在由該螺旋狀天線40所接收的無線電波中，第一頻帶F1的無線電波被天線體50的第一天線體506所獲得，并且在第一天線部件506中產(chǎn)生的高頻信號被依次由分割/合成電路618、620和616所合成并通過電纜608和連接器610饋送到接收系統(tǒng)。
在由該螺旋狀天線40所接收的無線電波中，第二頻帶F2的無線電波被天線體50的第二天線體508所獲得，并且在第二天線部件508中產(chǎn)生的高頻信號被依次由分割/合成電路618、620和616所合成并被通過電纜608和連接器610饋送到接收系統(tǒng)。
圖3為表示從電磁耦合線510一側(cè)向第一和第二天線部件506和508側(cè)看去所獲得的回波損耗特性曲線。
在圖3中，△30表示在1.985GHz頻率處的回波損耗，△32表示在2.015GHz頻率處的回波損耗。
△34表示在2.17GHz頻率處的回波損耗，△36表示在2.2GHz頻率處的回波損耗。
如圖3所示，該天線可以對在頻帶1.985到2.015GHz中的信號進行發(fā)送和接收，并可以對在頻帶2.17到2.2GHz中的信號進行發(fā)送和接收。
圖4為表示從電磁耦合線610一側(cè)向第一和第二天線部件506和508側(cè)看去所獲得的回波損耗特性曲線。
在圖4中，△40表示在1.985GHz頻率處的回波損耗，△42表示在2.015GHz頻率處的回波損耗。
△44表示在2.17GHz頻率處的回波損耗，△46表示在2.2GHz頻率處的回波損耗。
圖5為表示根據(jù)本實施例，從螺旋狀天線輻射出來的高頻信號的輻射圖特性曲線，其中橫坐標(biāo)軸表示與水平平面所成的角(仰角)，縱坐標(biāo)軸表示無線電波的強度。
在圖5中，曲線100表示第一頻帶F1的輻射圖特性曲線，曲線102表示第二頻帶F2的輻射圖特性曲線，如圖5所示本實施例的螺旋狀天線可以覆蓋第一頻帶F1和第二頻帶F2。
根據(jù)上述實施例，通過利用耦合線510與相鄰的第一和第二天線部件506和508的一側(cè)端相電磁耦合，可以覆蓋第一頻帶F1和第二頻帶F2和使用分別調(diào)整為對應(yīng)于各頻帶的第一和第二天線部件506和508所共用的功率饋送電路60。
這樣，該螺旋狀天線可以只采用一個饋線電路60以及一條電纜和一個連接器，從而使得饋線電路部分尺寸變小。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于第一和第二天線部件506和508以及耦合線510可以通過對在電介薄片504上的銅箔進行蝕刻而同時形成，從而可以較容易的制造具有上述結(jié)構(gòu)的螺旋狀天線。
圖6A到6E為根據(jù)本發(fā)明的用于把饋線電路60耦合到第一和第二天線部件的耦合線510的結(jié)構(gòu)的另一實施例的解釋圖。
圖6A表示把用于將第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510做成U形的結(jié)構(gòu)，該耦合線帶有小于第一和第二天線部件506和508之間的間距的間隔。該U形耦合線510的一個分支與第一天線部件506的一個端頭部分之間有一定間距并相電磁耦合，另一個分支與第二天線部件508的一個端頭部分之間有一定間距并相電磁耦合。
圖6B表示把用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510做成U形的結(jié)構(gòu)，該耦合線帶有等于第一和第二天線部件506和508之間的間距的間隔。該U形耦合線510的一個分支與第一天線部件506的一個端頭部分之間有一定間距并相電磁耦合，另一個分支與第二天線部件508的一個端頭部分之間有一定間距并相電磁耦合。
圖6C表示把用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510做成L形的結(jié)構(gòu)。該耦合線510的一端直接接到第二天線部件508的一端上，該耦合線510另一端與第一天線部件506的一個端頭部分之間有一定間距并相電磁耦合。
圖6D表示把用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510直接電連接到第一和第二天線部件506和508的一端上。
圖6E表示與圖6D的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，只是在耦合線510的中央有一條長的耦合線。
在這些實施例中的耦合線可以與天線部件同形成于電介薄片的同一表面上。因此，本實施例的優(yōu)點是通過切除該部件或線路圖案的一部分可以方便的調(diào)整頻率。
圖7A到7E為根據(jù)本發(fā)明的用于把第一和第二天線部件耦合到饋線電路60的耦合線510的結(jié)構(gòu)的另一實施例的解釋圖。
圖7A表示在與形成第一和第二天線部件506和508的電介薄片的表面相對的另一表面上形成用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510的結(jié)構(gòu)，使其與第一和第二天線部件506和508相對，如虛線所示，從而使該耦合線510與第一和第二天線部件506和508相電磁耦合。
圖7B表示在與形成第一和第二天線部件506和508的電介薄片的表面相對的另一表面上，把用于將第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510做成U形并與第一天線部件506和第二天線部件508的一側(cè)端頭相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，該耦合線帶有等于第一和第二天線部件506和508之間的間距的間隔，使其與第一和第二天線部件506和508相對，如虛線所示，從而使該耦合線510與第一和第二天線部件506和508相電磁耦合。
圖7C表示在與形成第一和第二天線部件506和508的電介薄片的表面相對的另一表面上，把用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510做成U形的結(jié)構(gòu)，如虛線所示，該耦合線帶有等于第一和第二天線部件506和508之間的間距的間隔，使其與第一和第二天線部件506和508相對，從而使該耦合線510與第一和第二天線部件506和508相電磁耦合。
圖7D表示把第二天線部件508一個端部分的508A做成L形，并在與形成第一和第二天線部件506和508的電介薄片的表面相對的另一表面上，形成用于把第一天線部件506和第二天線部件508耦合到饋線電路60的耦合線510的結(jié)構(gòu)，如虛線所示，該耦合線與第一天線部件506的一個端頭部分和第二天線部件508的L形端頭部分相對，從而使該耦合線510與第一和第二天線部件506和508相電磁耦合。
圖7E表示與圖7A中所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，只是耦合線510與天線部分506和508相鄰。
圖8表示螺旋狀天線的另一個實施例。圖8的結(jié)構(gòu)與圖1中所示的結(jié)構(gòu)相同，只是該耦合線的結(jié)構(gòu)與圖7E所示的結(jié)構(gòu)相同。
圖9表示螺旋狀天線的又一個實施例。圖9的結(jié)構(gòu)與圖1中所示的結(jié)構(gòu)相同，只是耦合線510是形成于圓柱體502的外表面上，而天線部分508和506是形成于圓柱體502的內(nèi)表面上的。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的第一天線部件506和第二天線部分508的另一個實施例解釋圖。如圖1、2、6A至6E以及7A至7E中所示，第一天線部分506和第二天線部件508是以相同的固定俯仰角平行排列的。但是，在圖10中第一天線部分506和第二天線部件508不相平行，其俯仰角不同。如圖10中所示第一天線部分506與水平線(電介薄片504的邊緣)形成θ1度傾角。第二天線部件508與水平線形成θ2度傾角。選擇θ1和θ2使第一天線部件506和第二天線部件508互不相交。通過把帶有天線部分的天線體纏繞在圓柱體上形成的螺旋狀天線的俯仰角可以通過改變θ1和θ2進行改變。因此，如果天線部件平行分布則會發(fā)生發(fā)送頻帶和接收頻帶之間的波束傾斜，可以通過改變θ1和θ2對該螺旋狀天線的波束傾斜進行補償。
圖11A和11B為圖2所示的饋線電路60的實施例的結(jié)構(gòu)圖。
在圖11A中，形成饋線電路60的分割/合成電路80由連接到饋線端801的第一3dB混合電路802、連接到混合電路802的一輸出端并且用于把一個高頻信號分為兩個高頻信號(0度和-90度)或把兩個高頻信號合成為一個高頻信號的第二3dB混合電路804以及通過阻抗為Z0的1/4波長線路806連接到第一3dB混合電路802的另一輸出端并用于把一高頻信號分割為兩個高頻信號(-180度和-270度)或把它們合成為一個高頻信號的第三3dB混合電路808構(gòu)成。
在圖11B中，形成饋線電路60的分割/合成電路82中包括阻抗為Z0并與饋線端820相連接用于把一高頻信號分為相位分別為0度和-90度的兩個高頻信號或把它們合成一個高頻信號的1/4波長線路822、阻抗為Z0并與饋線端820相連接用于把一高頻信號分為相位分別為0度和-180度的兩個高頻信號或把它們合成一個高頻信號的1/2波長λg線路824、以及阻抗為Z0并把來自1/2波長線路824的高頻信號分為相位分別為-180度和-270度的兩個高頻信號或把它們合成一個高頻信號1/4波長λg線路826。
在把這種分割/合成電路80或82合并到螺旋狀天線40的情況下，可以獲得與圖2中所示的相同的作用和效果。
接著參照圖12和13說明在螺旋狀天線的制作上形成饋線電路60的本發(fā)明的另一實施例。
在圖12和13中，通過把一個所用頻帶的部分波長的多個微帶線路630結(jié)合形成的饋線電路60形成于螺旋狀天線的支座614的表面上。
如圖1中所示，饋線電路60的微帶線路630連接到設(shè)置于支座614的某些部位上并向外突出的多個接線端612，所述部位與天線體50的各耦合線510相對。
用于把功率饋送到饋線電路60的連接器632固定于該支座614反面的中央部位，從連接器632穿過該支座614的接線端634從支座614表面突出并連接到饋線電路60的微帶線路630。
通過采用與饋線電路60的微帶線路630的形成方法相同的預(yù)先在支座614表面上形成一層銅箔并蝕刻該銅箔的方法形成該具有圖12中所示的圖案的微帶線路。
也可以用印刷的方法在支座614表面上形成圖10中所示的微帶線路630的圖案。
在具有上述結(jié)構(gòu)的螺旋狀天線中，可以省去圖1中所示的基座602、印刷電路板604和606以及電纜608，可以縮短整個螺旋狀天線的長度，從而可以更容易的減小該螺旋狀天線的尺寸并降低成本。
在上述實施例中，盡管在使用人造衛(wèi)星的移動無線通信系統(tǒng)中螺旋狀天線可以覆蓋第一頻帶F1和第二頻帶F2，但本發(fā)明不僅限于此，還可以把本發(fā)明運用于兩個頻帶的情況類似的方法使用能夠覆蓋三個或更多頻帶的螺旋狀天線，但是所用的長度不同的天線部件的種類數(shù)相應(yīng)增加以對應(yīng)所用的頻帶。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的螺旋狀天線，可以覆蓋多個頻帶，并通過把各組對應(yīng)于各波長的天線部件用耦合線與饋線電路電磁耦合，使對應(yīng)于各頻帶的天線部件共用饋線電路。
這樣，該螺旋狀天線可以只使用一個饋線電路以及一條電纜和一個連接體，從而可以減少饋線電路部分的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的螺旋狀天線，可以容易地減少該螺旋狀天線的構(gòu)成元件并使該螺旋狀天線尺寸減小，成本降低。
根據(jù)本發(fā)明的螺旋狀天線的制造方法，可以容易地制造上述螺旋狀天線。
權(quán)利要求
1.一種覆蓋多個不同頻帶的螺旋狀天線，其特征在于，其中包括具有對應(yīng)于所述頻帶的一個頻帶的波長的特定直徑以及特定長度的由電介材料制成的單個圓柱體，多個交替分布的天線部件，該天線部件帶有多個匹配對應(yīng)于所述各頻帶的波長的多條導(dǎo)電線并以特定的俯仰角形成于所述圓柱體的表面上，多條與形成于所述圓柱體上的所述各天線部件相電磁耦合的耦合線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋狀天線，其特征在于，對所述天線部件設(shè)置有通過所述耦合線與該天線部件連接的共用饋線電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋狀天線，其特征在于，一塊電介薄片纏繞在所述圓柱體的外圓周表面上，所述多條天線部件和所述多個耦合線形成于所述電介薄片上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述耦合線的長度被設(shè)置對應(yīng)于所述頻帶的波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述耦合線形成于電介薄片上與所述天線部件所在表面相同的一側(cè)表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述耦合線形成于電介薄片上與所述天線部件所在表面相對的另一側(cè)表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋狀天線，其特征在于，包括所述天線部件的所述圓柱體由支座所支承，所述饋線電路和所述耦合線通過位于所述支座上的接線端相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述支座設(shè)置于所述圓柱體縱向的一端上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述印刷電路板設(shè)置于所述支座上與所述圓柱體所在表面相對的另一表面上，所述饋線電路安裝于所述印刷電路板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺旋狀天線，其特征在于，穿過所述支座的所述接線端設(shè)置于該圓柱體和該印刷電路板之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述印刷電路板由基座所支承。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的螺旋狀天線，其特征在于，一條用于把信號饋送到所述饋線電路的電纜設(shè)置于所述基座上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述電纜設(shè)置有連接器。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述饋線電路中包括多個用于把一高頻信號分割為具有對應(yīng)于形成所述天線部件的導(dǎo)電線的數(shù)目的不同相位的高頻信號，或把這些高頻信號合成的多個分割/合成電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述分割/合成電路由一個混合電路和對應(yīng)于所使用頻帶的波長的一個分?jǐn)?shù)的微帶線路組合而成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述分割/合成電路由對應(yīng)于所使用頻帶的波長的一個分?jǐn)?shù)的多個微帶線路組合而成。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋狀天線，其特征在于，包括所述天線部件的所述圓柱體由支座所支承，所述饋線電路形成在所述支座上，所述饋線電路和所述耦合線通過位于所述支座上的接線端相連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述支座上設(shè)置有用于把信號饋送到所述饋線電路的連接器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的螺旋狀天線，其特征在于，所述饋線電路由多個分別對應(yīng)于所使用頻帶的波長的一個分?jǐn)?shù)的多個波長線路組合而成。
20.一種用于制造能夠覆蓋多個不同頻帶的螺旋狀天線的方法，其特征在于，其中包括如下步驟提供一個由對應(yīng)于所述頻帶的一個頻帶的波長的具有特定直徑以及特定長度的電介材料制成的圓柱體的步驟，提供一個足夠覆蓋所述圓柱體外圓周表面的電介薄片的步驟，通過提供多條長度匹配對應(yīng)于各頻帶的波長的多組導(dǎo)電線在所述電介薄片上形成多個天線部件，并形成多個用于分別與所述天線部件電磁耦合的耦合線的步驟，以及把表面上形成所述多個天線部件和所述多條耦合線的所述電介薄片材料環(huán)繞在所述圓柱體的外圓周表面上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造螺旋狀天線的方法，其特征在于，所述多個天線部件和所述多條耦合線形成于處于展平狀態(tài)的所述電介薄片的表面上。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造螺旋狀天線的方法，其特征在于，所述電介薄片處于展平狀態(tài)時的形狀為平行四邊形，這樣所述電介薄片可以以特定的俯仰角纏繞在所述圓柱體上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的制造螺旋狀天線的方法，其特征在于，所述多個天線部件呈直線狀并與所述平行四邊形的長邊平行，并且相互之間存在一定間距。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造螺旋狀天線的方法，其特征在于，所述的電介薄片表面上具有銅箔，并且所述多個天線部件和所述多條耦合線是通過蝕刻所述銅箔形成的。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造螺旋狀天線的方法，其特征在于，所述多個天線部件和所述多條耦合線是通過在所述電介薄片表面上印刷形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠覆蓋多個頻帶和對應(yīng)于各頻帶的天線部件使用共同的饋線系統(tǒng)的螺旋狀天線。在纏繞所述圓柱體外圓周表面的電介薄片的表面上,長度對應(yīng)于所用頻帶的波長的第一和第二天線部件以一定的俯仰角呈螺旋狀分布,并且天線部件之間在圓柱體的圓周方向上存在一定的間距。與相鄰的天線部件的一端電磁耦合的耦合線形成于電介薄片的表面上。信號是從公共饋線電路通過耦合線饋送到各天線部件。
文檔編號H01Q11/08GK1220502SQ9812445
公開日1999年6月23日 申請日期1998年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
發(fā)明者田邊浩介 申請人:日本電氣株式會社