專利名稱：帶突出部的螺旋天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及螺旋天線，特別涉及支持縮減了的天線尺寸的螺旋天線幾何結(jié)構(gòu)。
螺旋天線在這一領(lǐng)域里歷史悠久，首先出現(xiàn)于二十世紀(jì)四十年代末期。它是在螺旋構(gòu)型中，將傳導(dǎo)物質(zhì)以一定半徑和螺距角度繞在一個中心軸上。螺旋線的曲率半徑根據(jù)封閉圓柱體的半徑來決定。螺旋天線產(chǎn)生了一種定向天線模式，圓形地發(fā)出極化無線電波。并有一個很寬的工作頻帶寬度。
在某些通信應(yīng)用中，天線可以是該系統(tǒng)中最大的組成部分。因此有必要找到一種縮小天線尺寸而不影響天線性能的方法。
因此，本發(fā)明的目的就在于縮小天線尺寸而不影響天線性能。
本發(fā)明是用于螺旋天線的改良的幾何結(jié)構(gòu)。沿著它的長度是若干突出部，從螺旋線外曲率半徑突出，伸向螺旋線的中軸。這些突出部彼此之間沒有電接觸。帶突出部的螺旋線幾何結(jié)構(gòu)是由以下各因素決定的(1)螺旋線的圓周(2π乘以封閉圓柱體的半徑)，(2)螺旋線的圈數(shù)，(3)螺旋線繞組的螺距角度，(4)每一圈的突出部數(shù)量，(5)突出部的深度，和(6)每一個突出部的角寬度(即突出部寬度在封閉的圓柱體的半徑上形成的角)。根據(jù)本發(fā)明的一個帶突出部的螺旋天線具有以下性能特征，例如與傳統(tǒng)的螺旋天線相似的增益和圓形極化，但是這種帶突出部的螺旋天線在直徑上要小三分之一左右，而長度上要小一半。帶突出部的螺旋天線可用于無線本地環(huán)路網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、微波點對點系統(tǒng)、和個人通信系統(tǒng)。本天線在使用低甚高頻(VHF)至低微波段頻率的應(yīng)用中最為有效。
下面對照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行細(xì)致描述，從中可以更好地理解上文所述情況以及其他目的、方面和優(yōu)點。附圖的說明如下

圖1是帶突出部螺旋天線的一個單圈的俯視圖；圖2是一個四圈的帶突出部螺旋天線的側(cè)視圖；圖3是帶突出部螺旋天線的斜視圖。
現(xiàn)在參照附圖，特別是圖1，其顯示了帶突出部螺旋天線的一個單圈的俯視圖。天線是由連續(xù)長度的傳導(dǎo)物質(zhì)構(gòu)成的。
從中心10到螺旋線的封閉圓柱體的圓周11的距離為半徑“R”(以下稱之為“螺旋線的半徑”或“螺旋線半徑”)。螺旋線的直徑“D”是封閉圓柱體的直徑(2R)，封閉圓柱體的圓周是“C”。螺旋線的形狀是連續(xù)的曲線，沿著這條連續(xù)曲線的長度(以下稱“螺旋線的曲線長度”或“螺旋線曲線長度”)，環(huán)繞螺旋線曲線一圈的距離是等于
，其中C＝πD，而α等于螺旋線連續(xù)圈之間的螺距角。每一個突出部12(該例中顯示了四個)都是這樣構(gòu)成的把傳導(dǎo)物質(zhì)在圓周的13和13′處向中心10彎成一個近似的直角，延伸的距離“d”小于半徑“R”。突出部12的角寬度β就是在封閉圓柱體的半徑(在13和13′之間)上突出部寬度所形成的弧所對的角度。螺旋線的每一圈都有多個(“n”)突出部12，從圓周11沿著螺旋曲線長度伸展開去。在所顯示的例子中，n＝4，每一個突出部的深度約為半徑的三分之二，并在長度“s”的一邊14上截頂?？偟恼f來，“n”不必是一個整數(shù)，也不需要在每一圈上都相同，盡管它在典型的應(yīng)用上應(yīng)該是相同的。同樣有典型性的是“s”小于半徑上的突出部的寬度，而且可以是零，這樣突出部朝中軸的方向的一端就是尖的(見圖3)。
現(xiàn)在來看圖2，其顯示了帶突出部的螺旋天線的側(cè)視圖。螺旋線具有螺距角α，它是這樣來計算的在螺旋曲線長度上取一根切線21，在根據(jù)螺旋線限定的封閉圓柱體與該切線的相交處，取另一根位于與螺旋線中軸垂直的平面上的切線22。如果螺旋線中軸的長度是“L”，而不帶突出部的螺旋線單圈長度為“Td”，那么
，其中“N”即螺旋線的圈數(shù)。
在帶突出部的螺旋天線中，一個單圈中導(dǎo)線的實際長度不是“Td”(這是不帶突出部的螺旋線單圈長度)。必須從“Td”中減去與突出部的角寬度相應(yīng)的長度(產(chǎn)生2π-nβ的角部)，然后加上突出部所占的導(dǎo)線長度。在圖1中，每個突出部所占的導(dǎo)線長度是SL＝(2d+s)。
因此，帶突出部的螺旋天線的每一圈的導(dǎo)線長度為
，其中SL≥2d。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的天線的斜視圖，顯示了以常規(guī)方式將帶突出部的螺旋線繞組安裝在反射板30上的情形，螺旋線的中軸31沿著反射板的射束軸。在本發(fā)明優(yōu)選實施例的典型應(yīng)用中，本發(fā)明的天線在尺寸上比普通的螺旋天線的直徑縮小約三分之一，長度上縮短一半，但是在增益和圓形極化方面卻有與普通天線匹敵的性能，最好是螺距角的范圍為7°至9°，每一圈的突出部的數(shù)目范圍可以是3至15，圈數(shù)可以是4至10，突出部的深度可以是螺旋線半徑的三分之二至四分之三。本發(fā)明的其他實施例對于常規(guī)螺旋天線可能獲得不同程度(但都極為顯著)的尺寸縮減，而仍具有可匹敵的性能特征。
此處所描述的是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出本發(fā)明能在以下權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.天線，包括形成為螺旋線狀的連續(xù)長度的傳導(dǎo)物質(zhì)，沿所述螺旋線的曲線長度具有多個突出部，向所述螺旋線的中軸延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述螺旋線包括多個以一螺距角圍繞所述中軸布置的繞組圈，每一個所述繞組圈具有至少一個沿所述曲線長度間隔的所述突出部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其中每個所述突出部向所述中軸突出，其突出深度小于所述螺旋線的半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的天線，其中所述突出深度在所述螺旋線半徑的三分之二至四分之三之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的天線，其中所述螺距角在7°至9°范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的天線，其中繞組圈的數(shù)目在3至15范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的天線，其中每一圈的突出部的數(shù)目在4至10范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的天線，其中每個所述繞組圈有四個突出部，每個所述突出部的深度約為所述螺旋線半徑的四分之三。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的天線，其中每個所述突出部在所述螺旋曲線長度上有一定寬度，并朝向所述螺旋線的所述中心被截頂，其截頂處的邊長小于所述寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的天線，其中所述邊長為零。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的天線，還包括反射板，其中所述螺旋線安裝在所述反射板上，并且所述螺旋線的中軸沿著所述反射板的射束軸。
全文摘要
螺旋天線,具有在螺旋線曲線長度上間隔布置并向螺旋線中軸延伸的突出部,使得縮小了直徑和長度等天線尺寸,但仍然保持增益和圓形極化方面的性能特征。
文檔編號H01Q11/08GK1261991SQ98806838
公開日2000年8月2日 申請日期1998年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月3日
發(fā)明者R·邁克爾·巴茨, 沃倫L·施圖茨曼 申請人:弗吉尼亞Tech知識產(chǎn)權(quán)公司