專利名稱：一種天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工作在超過200MHz頻率上的一種天線，并且涉及包含該天線的無線電通信系統(tǒng)。
本申請(qǐng)人在大量共同待審查的專利申請(qǐng)中已經(jīng)公開了一系列電介質(zhì)加載天線。所公開天線的共同特征包括高相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)心圓柱體陶瓷芯，一個(gè)在軸線上穿過芯體到末端終止的同軸饋源，一個(gè)導(dǎo)線平衡非平衡轉(zhuǎn)換器套筒鍍?cè)诤诵膱A柱體表面上并且在一方面與末端表面上饋源終端徑向連接點(diǎn)和另一方面在套筒周遍之間延伸。
在共同待審查申請(qǐng)GB-A-2292638中，公開了一種四線背射天線，具有四個(gè)共伸螺旋單元形成兩對(duì)，一對(duì)單元的電長度與另一對(duì)單元的電長度不同。該結(jié)構(gòu)具有在工作頻率例如1575MHz上產(chǎn)生正交相位電流的效果，結(jié)果該天線具有用于圓極化信號(hào)的心型線輻射圖，例如由GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星星座中衛(wèi)星發(fā)射的那些輻射圖。
在GB-A-2309592，該天線具有單一一對(duì)直徑方向相反的螺旋單元，以形成扭曲環(huán)路獲得除了零點(diǎn)外的全方位輻射圖，該零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)垂直與該天線圓柱體軸線延伸的零軸線。該天線特別適合于用在便攜電話機(jī)上，并且能夠在尺寸上定做得分別在例如歐洲GSM頻帶(890到960MHz)和DCS頻帶(1710到1880MHz)范圍內(nèi)頻率上具有環(huán)路諧振。其它有關(guān)頻帶包括美國AMPS(842到894MHz)和PCN(1850到1900MHz)頻帶。
GB-A-2311675公開了雙服務(wù)系統(tǒng)例如組合GPS和移動(dòng)電話系統(tǒng)中的天線使用，該天線具有與GB-A-2292638所公開的相同的總體結(jié)構(gòu)，當(dāng)諧振在四線(圓極化)模式時(shí)該天線用于GPS接收，當(dāng)諧振在單端(線性極化)模式時(shí)用于電話信號(hào)。
本申請(qǐng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，控制圍繞核心接近部分的導(dǎo)電套筒直徑，有可能產(chǎn)生一個(gè)諧振，該諧振特征在于圍繞套筒邊緣(在此稱為“環(huán)型諧振”)的駐波和發(fā)生在例如移動(dòng)電話或衛(wèi)星定位接收機(jī)使用的頻率之一上。該環(huán)型諧振是有關(guān)圓波導(dǎo)模式或環(huán)型模式的有效諧振。
按照本發(fā)明的第一方面提供一種天線，該天線具有超過200MHz的工作頻率，包括一個(gè)圓柱型絕緣主體，該主體具有中心軸并且由大于5的相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)心材料形成，主體的外表面限定了實(shí)心材料占據(jù)大部分的一個(gè)體積；在絕緣主體圓柱表面上的導(dǎo)電套筒。一個(gè)導(dǎo)電層，在主體表面上沿軸線橫向延伸，和導(dǎo)電套筒與該層一起形成基本上由實(shí)心材料填充的開口空腔；一個(gè)饋源結(jié)構(gòu)，與該空腔相連，其中空腔的所述相對(duì)介電常數(shù)和尺寸適于使其開口周圍的電長度基本上等于在對(duì)應(yīng)所述工作頻率上圍繞所述周邊的波導(dǎo)波長的整數(shù)(1，2，3，...)倍。
與上面引用的公知電介質(zhì)加載四線背射天線有關(guān)的一個(gè)困難是圓極化信號(hào)的天線帶寬相對(duì)窄些。這意味著制造公差需要嚴(yán)密，并且該天線可能需要單獨(dú)調(diào)諧到所需要頻率。在按照本發(fā)明的天線中，有可能設(shè)計(jì)使饋源結(jié)構(gòu)激勵(lì)圍繞開口上空腔邊緣的旋轉(zhuǎn)駐波，當(dāng)用于軸線垂直方向時(shí)產(chǎn)生諧振在圓極化波并且具有適合于接收來自衛(wèi)星信號(hào)的相關(guān)心型線輻射圖的天線。本申請(qǐng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有關(guān)這種諧振的帶寬比四線天線的帶寬寬得多。
應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“激勵(lì)”用在本文中是指不僅用于發(fā)射信號(hào)的天線使用，而且也用于接收信號(hào)的天線的使用，因?yàn)樵撎炀€的功能特性例如頻率響應(yīng)、輻射圖等遵循針對(duì)對(duì)應(yīng)發(fā)射和接收特性的互易性原則。類似地，當(dāng)用于本文接收信號(hào)天線時(shí)，單元和零件涉及的“輻射”應(yīng)當(dāng)理解為從周圍空間吸收能量的單元或零件，由此根據(jù)互易性原則，如果該天線用于發(fā)射時(shí)，這些單元或零件將輻射能量。
在套筒中激勵(lì)環(huán)型駐波的一種方式是利用絕緣主體表面上加長螺旋或螺旋單元。實(shí)際上，螺旋單元在套筒或套筒周邊上傳遞切線激勵(lì)分量，所以它們可以被認(rèn)為是切線激勵(lì)或饋電裝置。適當(dāng)選擇介電常數(shù)和套筒及螺旋狀或螺旋單元的尺寸，該天線可以制造得作為雙模式天線工作，具有與環(huán)型諧振即圍繞空腔周邊的駐波相關(guān)的圓極化模式，和與以上結(jié)合扭曲環(huán)路設(shè)計(jì)的環(huán)路諧振相關(guān)的線性模式。
優(yōu)選地，在環(huán)型模式諧振頻率上，螺旋單元每個(gè)具有等于nλg/4的電長度，其中n是整數(shù)(1，2，3...)，λg是在環(huán)型諧振頻率上沿單元的波導(dǎo)波長。
在該連接中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解“波導(dǎo)波長”意味著在所要求頻率上沿測(cè)量使用路徑即引導(dǎo)波的路徑上完整波周期代表的距離。在此情況下，測(cè)量路徑是相應(yīng)螺旋單元或套筒周邊，而波導(dǎo)波長小于空間中波長一個(gè)倍數(shù)，該倍數(shù)由核心材料的介電常數(shù)和由天線結(jié)構(gòu)的幾何形狀決定。應(yīng)當(dāng)理解，核心材料的介電常數(shù)基本上大于自由空間的介電常數(shù)，圍繞套筒周邊或沿螺旋單元的波導(dǎo)波長λg遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自由空間波長，但通常在每種情況下都不同。在周邊的情況下，電流路徑受電介質(zhì)材料的影響非常強(qiáng)，因?yàn)橛嘘P(guān)場(chǎng)大部分在材料內(nèi)部，相反在電介質(zhì)材料和空氣邊界上螺旋單元電流路徑受的影響弱。
然后，有可能生產(chǎn)一種多模式天線，特別適合于但不唯一地用于圓極化信號(hào)而不使用上述四線結(jié)構(gòu)。因此，該天線優(yōu)選用于便攜或移動(dòng)設(shè)備例如多頻帶便攜或移動(dòng)電話機(jī)，尤其是蜂窩電話機(jī)或尤其是用于全球星或銥星衛(wèi)星電話系統(tǒng)的便攜電話機(jī)，以及具有GPS或GLONASS定位功能的便攜電話機(jī)或其它設(shè)備，這些衛(wèi)星服務(wù)是利用圓極化信號(hào)的服務(wù)。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種無線電信號(hào)接收和/或發(fā)射系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)射頻前端級(jí)，設(shè)計(jì)得工作在第一信號(hào)接收或發(fā)射頻率上；一個(gè)連接到前端級(jí)的天線，包括具有中心軸線并且由高于5的介電常數(shù)實(shí)心材料形成的圓柱體絕緣主體，該主體外表面限定由實(shí)心材料占據(jù)主要部分的體積；一個(gè)在主體表面上沿軸線橫向延伸的導(dǎo)電層；導(dǎo)電套筒與層一起形成基本上由實(shí)心材料填充的開口空腔；和一個(gè)與空腔有關(guān)的饋源結(jié)構(gòu)，其中所述相對(duì)介電常數(shù)和空腔的尺寸被適于使開口上空腔周邊的電長度基本上等于對(duì)應(yīng)第一信號(hào)頻率波導(dǎo)波長的整數(shù)(1，2，3，...)倍。
按照第三方面，本發(fā)明也包括一個(gè)用于在所需要工作頻率(超200MHz范圍)上圓極化波的電介質(zhì)加載空腔支持天線，包括具有導(dǎo)電圓柱側(cè)壁和連接到側(cè)壁的導(dǎo)電底板的空腔，該側(cè)壁具有限定底板相反方向的空腔開口的周邊，基本填充空腔并且由大于5的相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)心材料形成的一個(gè)電介質(zhì)核心，一個(gè)旋轉(zhuǎn)饋電系統(tǒng)，特征在于所述介電常數(shù)和空腔尺寸使得周邊周長基本上等于在所需要工作頻率上波導(dǎo)波長整數(shù)(1，2，3，...)倍，并且其中饋電系統(tǒng)適于在空腔周邊上以所需要工作頻率激勵(lì)一個(gè)波導(dǎo)諧振，該諧振特征在于至少一個(gè)直徑方向跨過該空腔開口并且圍繞空腔中心軸旋轉(zhuǎn)的電壓對(duì)稱振子(voltagedipole)，以形成圓極化幅射圖，其從空腔開口向外方向并且在相反軸線方向具有零點(diǎn)。
該天線和系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選特征在說明書結(jié)尾出現(xiàn)的相關(guān)權(quán)利要求中闡述。
現(xiàn)在通過參照附圖以舉例方式描述本發(fā)明，圖中

圖1是按照本發(fā)明包括一個(gè)天線的便攜電話機(jī)透視圖；圖2是圖1出現(xiàn)的天線的透視圖；圖3是當(dāng)該天線諧振在環(huán)路模式時(shí)，表示所產(chǎn)生的水平極化輻射圖；圖4A和4B是表示在形成圖2的該天線零件的套筒中環(huán)型模式諧振的圖；圖5是表示當(dāng)該天線諧振在環(huán)型模式時(shí)產(chǎn)生的圓極化輻射圖；圖6是圖1的電話機(jī)的方框圖；圖7是表示圖1和圖6所示電話機(jī)耦合器的圖；圖8是按照本發(fā)明第二天線的透視圖。
參照?qǐng)D1，手持通信設(shè)備，在該例子中，便攜電話機(jī)具有帶內(nèi)部表面101的電話機(jī)主體10，當(dāng)進(jìn)行通話時(shí)至少該主體一部分通常對(duì)著用戶頭部安置，以便耳機(jī)10E鄰近用戶耳朵。電話機(jī)10具有安裝在電話機(jī)主體10端部上的一個(gè)天線12，天線中心軸線12A如圖所示沿主體19縱向伸展。
在圖2中表示該天線12的細(xì)節(jié)。如同所見，該天線具有兩個(gè)由陶瓷芯16圓柱外表面上金屬導(dǎo)體軌跡形成的縱向延伸單元14A、14B。核心16具有軸線通道18，和內(nèi)部金屬線20，該通道容納一個(gè)軸線內(nèi)部饋電導(dǎo)體22。內(nèi)部導(dǎo)體22和線20在該例子中形成穿過核心的同軸傳輸線，用于將饋電線23與天線單元14A、14B在核心末端表面16D上的饋電位置上耦合。在核心上的該導(dǎo)體也包括在末端表面16D上金屬軌跡形成的相應(yīng)連接徑向天線單元14AR、14BR，在直徑相反端14AE、14BE上將各自縱向延伸單元14A、14B連接到饋電線。這些徑向單元與軸向傳輸線結(jié)合構(gòu)成了平衡饋電端點(diǎn)。該天線單元14A，14B的另一端14AF、14BF也在直徑上相反并且由圍繞核心16接近端部分的鍍金屬套筒形式的圓柱導(dǎo)體24連接。該套筒隨后通過核心16接近端表面上的橫向伸展導(dǎo)電層26連接到軸向通道18的線22。套筒24和導(dǎo)電層26一起形成充滿電介質(zhì)核心材料的開口空腔，由基本上位于垂直與核心和天線整體中心軸12A的平面上的周邊24R限定空腔的開口。
因此，套筒24覆蓋了天線核心16的鄰近部分，由此圍繞由線20形成的同軸傳輸線和內(nèi)部導(dǎo)體22，核心材料16充滿了套筒24與線20之間的整個(gè)空間。如上共同待審查申請(qǐng)所述，套筒24和橫向?qū)?6一起形成平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器，以便饋電線中的信號(hào)在該天線接近端部分上的非平衡狀態(tài)與在末端表面16D上的至少近似平衡狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
套筒24的另一個(gè)效果是套筒24的周邊24R可以有效地構(gòu)成經(jīng)饋電線外導(dǎo)體代表的地線絕緣的環(huán)型電流路徑，這意味著在絕緣條件下在延伸螺旋單元14A、14B中電流循環(huán)被限制在周邊24R上，以便這些單元、周邊和徑向單元14AR、14BR一起形成絕緣環(huán)路。
在圖示說明的天線中，縱向延伸螺旋單元14A、14B是等長度的，每個(gè)都是圍繞核心16的軸線12A繞半圈的簡單螺旋形式，螺旋單元的末端和接近端分別位于公共平面上，如圖2的點(diǎn)劃線28所表示的。傳輸線的平衡端也清楚地位于該平面上。這種結(jié)構(gòu)的效果是當(dāng)該天線諧振在環(huán)路模式時(shí)，它具有在軸線12A橫向并且與平面28垂直方向輻射圖中的零點(diǎn)。該輻射圖因此在橫穿軸線12A的水平和垂直平面上近似于8字型，如圖3所示。通過圖1、2和3所示的包括軸X、Y、Z的軸系統(tǒng)表示了圖2所示的針對(duì)該天線的輻射圖方向。該輻射圖具有兩個(gè)缺口，在天線每個(gè)側(cè)面各一個(gè)。將輻射圖零點(diǎn)之一定向在用戶頭部方向，該天線安裝得其中心軸12A和平面28平行于手機(jī)10的內(nèi)部表面10I，如圖1所示。該天線的相對(duì)方向，其輻射圖和電話機(jī)主體10通過比較軸系統(tǒng)X、Y、Z很清楚，如同圖2所示，分別代表的圖1和3出現(xiàn)的軸系統(tǒng)。
圖2所示的天線由于套筒起波導(dǎo)作用也具有諧振。特別是，如果套筒圓周等于所需要的另一個(gè)工作頻率上波導(dǎo)波長的整數(shù)，就建立環(huán)型模式，特征在于跨過空腔開口的直徑方向上至少一個(gè)電壓雙振子。與徑向連接14AR、14BR和傳輸線20、22一起起饋電系統(tǒng)作用的螺旋單元14A、14B給雙振子一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件，以便它圍繞中心軸12A旋轉(zhuǎn)。在圖4的平面圖中表示了該效果，其中圖示的雙振子在高電壓幅度的兩個(gè)直徑相反方向位置H之間延伸，箭頭表示了旋轉(zhuǎn)元件。該天線結(jié)構(gòu)(使用Kimberley通信咨詢有限公司微帶組件生產(chǎn)的)的計(jì)算機(jī)模擬顯示，環(huán)型諧振特征在于不僅在套筒周邊24R上而且也在向下延伸到套筒內(nèi)部表面到橫向?qū)щ妼踊虻装?6上，在直徑相反位置H上電流密度最大，如圖4B所示。圖4B的虛線表示在套筒內(nèi)表面上恒定電流密度的近似恒值線。當(dāng)周邊24R的周長基本上等于所需要的另一個(gè)工作頻率上的波長λg時(shí)，圖4A和4B所示的輻射圖對(duì)應(yīng)環(huán)型諧振。當(dāng)波導(dǎo)波長是周邊周長整幾分之一倍時(shí)，存在另外的環(huán)型諧振，于是，例如，兩個(gè)或三個(gè)相反電流和電壓最大值對(duì)出現(xiàn)，圍繞周邊24R和套筒24內(nèi)表面分布。因此，在通常情況下，圖4B所示的一對(duì)或幾對(duì)直徑方向相反電流最大值可以存在于工作頻率或幾個(gè)頻率上。
在每種情況下，環(huán)型諧振獲得各自頻率上的圓極化輻射心型線輻射圖，如圖5所示。這必然是當(dāng)該天線定向于向上空腔開口時(shí)，該天線特別適合于接收?qǐng)A極化信號(hào)。以此方式，視野內(nèi)衛(wèi)星落入心型線響應(yīng)曲線的上半球，基本上與方位無關(guān)。
因此，本申請(qǐng)利用作為平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器使用的套筒24來形成一個(gè)波導(dǎo)，該波導(dǎo)在圓波導(dǎo)模式諧振下被激勵(lì)。這可以不使用例如GB-A-2292638所公開的現(xiàn)有四線天線的正交相位天線單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)特征在于兩個(gè)相互正交的直徑相反方向的螺旋單元被排列得一對(duì)單元形成的導(dǎo)電路徑部分比包含另一對(duì)單元的路徑長。
上述旋轉(zhuǎn)雙振子是通過切線激勵(lì)元件的效力實(shí)現(xiàn)的，該元件是通過將周邊在直徑相反位置連接到饋電系統(tǒng)螺旋單元獲得的。有利地，螺旋單元14A、14B與連接單元14AR、14BR的每個(gè)串聯(lián)組合具有等于波導(dǎo)四分之一波長的整數(shù)。圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例具有螺旋和徑向單元的組合，每個(gè)組合具有沿這些單元的半個(gè)波導(dǎo)波長的電長度，以便在末端表面16D上平衡饋電端的電流最大值轉(zhuǎn)換為螺旋單元14A、14B與周邊24R結(jié)合點(diǎn)14AF、14BF上的電流最大值。通過在環(huán)型諧振頻率上起平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器作用的套筒24實(shí)現(xiàn)在末端表面16D上端點(diǎn)的平衡。
參照?qǐng)D2描述的該天線設(shè)計(jì)和尺寸選擇得在全球星上行鏈路(用戶到衛(wèi)星)的1610到1625.5MHz發(fā)射頻帶上呈現(xiàn)環(huán)型諧振，而在歐洲GSM蜂窩電話的890到960MHz頻帶上呈現(xiàn)環(huán)路諧振。這些頻帶的第一個(gè)頻帶也是銥星電話系統(tǒng)的上行鏈路頻帶。在該第一頻帶上，套筒周邊24R的電長度近似等于波導(dǎo)波長λg，即螺旋單元14A、14B與周邊24R結(jié)合點(diǎn)之間的每個(gè)半環(huán)獲得頻帶內(nèi)頻率上大約180度的相移。每個(gè)螺旋單元14A、14B和有關(guān)的徑向連接單元14AR、14BR具有λg/2的電長度。盡管每個(gè)螺旋和徑向單元組合明顯比周邊下半環(huán)長，卻具有類似的電長度，因?yàn)閮蓚€(gè)電流路徑所經(jīng)歷的相對(duì)介電常數(shù)有效值不同，所以在相同頻率上沿周邊的λg比沿螺旋和徑向單元的λg短。
當(dāng)徑向和螺旋單元14AR、14A、一個(gè)或另一個(gè)半環(huán)周邊24R和另一個(gè)螺旋和徑向單元14B、14BR代表的環(huán)路導(dǎo)電路徑具有一個(gè)波長的電長度時(shí)(即，相位變換360度)，該實(shí)施例在GSM頻帶上出現(xiàn)環(huán)路諧振。
一般，當(dāng)陶瓷芯16的相對(duì)介電常數(shù)εr是90，核心16的直徑是10mm，平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器套筒24的軸向延伸是4mm和螺旋單元14A、14B的軸線長度(即，平行于軸線12A)大約14.85mm時(shí)，可以看出這些諧振。另一方面，如同上述公開的專利申請(qǐng)所描述的天線結(jié)構(gòu)，在本說明書中引用作為參考。在本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施例中用于核心16的特定材料是鈦酸鋇或鈦酸釹鋇。
可以設(shè)計(jì)出給出不同諧振組合以適應(yīng)不同服務(wù)的另一種天線，例如通過首先建立適合的扭曲環(huán)路尺寸，如GB-A-2309592所述，以適應(yīng)所需要工作頻率之一，然后調(diào)整套筒直徑產(chǎn)生所需要的波導(dǎo)波長整數(shù)以適應(yīng)另一個(gè)所需要工作頻率。上述模擬組件可以用于觀察該天線或該天線部件的軟件模型中的電流和電場(chǎng)密度。如同參照?qǐng)D4B所述，環(huán)型諧振具有特別的可確認(rèn)特性。頻率組合的改變不僅通過選擇不同介電常數(shù)和尺寸獲得，而且可以通過允許周邊、螺旋單元和它們徑向連接的電長度以及平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器深度等于適當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)波長或四分之一波導(dǎo)波長的整數(shù)倍獲得。平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器深度與橫向?qū)щ妼踊蚩涨坏装宓陌霃揭黄鹜ǔＴ讦薵/4范圍，以實(shí)現(xiàn)核心末端表面16D上的平衡。可以使用λg或λg/4的奇數(shù)倍。
另外，環(huán)型諧振可以與上述公開申請(qǐng)所描述的其它諧振結(jié)構(gòu)組合，包括特征在于單一端模式的準(zhǔn)單振子諧振，其中徑向連接14RA、14RB、螺旋單元14A、14B和套筒24組合形成從末端表面16D饋電端點(diǎn)直到橫向?qū)щ妼?6與傳輸線外屏蔽20結(jié)合點(diǎn)的線性路徑。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以使用環(huán)型諧振本身。在圖7中表示了免除諧振環(huán)路模式的另一個(gè)結(jié)構(gòu)。在此情況下，每個(gè)螺旋單元14A、14B是四分之一匝單元(與圖2實(shí)施例中的半匝單元不同)，每個(gè)螺旋單元和其相連的徑向連接14AR、14BR的電長度一般等于λg/4，獲得環(huán)型諧振頻率上的完整360度環(huán)路(周邊24R的每個(gè)半環(huán)具有λg/2的電長度)。
在該天線多頻帶實(shí)施例中，信號(hào)可以通過如圖6所示的耦合級(jí)在該天線與所連接無線電通信設(shè)備的射頻(RF)前端級(jí)各個(gè)部分之間傳遞。該設(shè)備可以是具有參照?qǐng)D2描述的天線12的手持電話機(jī)設(shè)備，RF前端級(jí)部分30A、30B形成接收和/發(fā)射各自工作頻率頻帶上信號(hào)的單獨(dú)RF信道。這些前端級(jí)部分30A、30B通過耦合級(jí)32連接到該天線12，該耦合級(jí)具有天線饋電線的公共信號(hào)線32A和和各自前端級(jí)部分30A、30B的兩個(gè)信號(hào)線32B、32C。上述公開的GB-A-2311675公開了雙工器形式的一個(gè)耦合級(jí)，其原理可以用于不同頻帶內(nèi)需要同時(shí)使用該天線12的場(chǎng)合。另一個(gè)方式，參照?qǐng)D8，可以使用阻抗匹配部分34和雙向RF開關(guān)36(一般是一個(gè)PIN二極管器件)的簡單組合。根據(jù)開關(guān)36的狀態(tài)，公共線32A耦合到兩個(gè)其它信號(hào)線或端口32B、32C之一，對(duì)該端口可以連接不同前端級(jí)部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該天線12可以用于在單獨(dú)物理設(shè)備之間被分散的通信設(shè)備，而非圖6所示的單一設(shè)備10。
權(quán)利要求
1.一種具有超過200MHz工作頻率的天線，包括一個(gè)具有中心軸和大于5的相對(duì)介電常數(shù)形成的圓柱體絕緣主體，該主體的外表面限定了由實(shí)心材料占據(jù)主要部分的體積；一個(gè)在絕緣主體圓柱體表面上的導(dǎo)電套筒；一個(gè)在主體表面上沿軸線橫向方向延伸的導(dǎo)電層；該導(dǎo)電套筒和層一起形成基本上由實(shí)心材料填充的開口空腔；和一個(gè)與該空腔相關(guān)的饋源結(jié)構(gòu)；其中所述相對(duì)介電常數(shù)和空腔的尺寸適于使開口圓周上的電長度基本上等于圍繞所述圓周對(duì)應(yīng)所述工作頻率波導(dǎo)波長的整數(shù)(1，2，3，...)倍。
2.按照權(quán)利要求1的一種天線，其中工作頻率小于5GHz。
3.按照權(quán)利要求1或2的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得激勵(lì)在開口上圍繞空腔周邊的旋轉(zhuǎn)波。
4.按照權(quán)利要求3的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)包括在絕緣主體的圓柱體表面上的延長螺旋單元。
5.按照權(quán)利要求4的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)平衡饋電端，并且具有兩個(gè)所述螺旋單元，這些螺旋單元軸向共伸、徑向相對(duì)、并且每個(gè)從與饋電端各自連接點(diǎn)向空腔周邊延伸，和其中每個(gè)螺旋單元和形成與饋電端各自連接的任何單元的電長度等于nλg/4，在此n是整數(shù)(1，2，3，...)，而λg是沿該單元在所述工作頻率上的波導(dǎo)波長。
6.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)包括一個(gè)平衡饋電端和一對(duì)導(dǎo)電軌跡從饋電端沿絕緣主體相反側(cè)向向開口上空腔周邊上直徑方向相反位置延伸，和其中每個(gè)軌跡的電長度等于nλg/4，在此n是整數(shù)(1，2，3，...)而λg是沿該軌跡在所述工作頻率上的波導(dǎo)波長。
7.按照權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的一種天線，其中n等于2。
8.按照前面任何一個(gè)權(quán)利要求的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)包括一個(gè)饋源線通過中心軸上的絕緣主體從與所述導(dǎo)電層的連接處向空腔開口外的饋電端延伸，并且其中套筒適于在所述工作頻率上起平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器作用，由此將相鄰導(dǎo)電層饋源線上的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為饋電端的平衡信號(hào)。
9.按照前面任何權(quán)利要求的一種天線，其中絕緣主體材料的相對(duì)介電常數(shù)在從50到100的范圍內(nèi)，優(yōu)選地大約90。
10.按照前面任何權(quán)利要求的一種天線，具有在工作頻率上圓極化輻射的輻射圖，該輻射圖是心型線形狀最大值沿絕緣主體軸線從空腔開口向外方向。
11.按照前面任何權(quán)利要求的一種天線，適于以便工作頻率基本上是1575MHz。
12.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率基本上是1228MHz。
13.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從1597到1617MHz的范圍內(nèi)。
14.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從1240到1260MHz的范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從1610到1626.5MHz的范圍內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從2483.5到2500MHz的范圍內(nèi)。
17.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從1626.5到1646.5MHz的范圍內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求1到10中的任何一個(gè)的一種天線，適于以便工作頻率是在從1525到1545MHz的范圍內(nèi)。
19.按照權(quán)利要求1的一種天線，其中電介質(zhì)芯具有在軸線方向伸展到空腔開口外的部分，并且饋源結(jié)構(gòu)包括在所述核心部分表面上的導(dǎo)體圖形。
20.按照權(quán)利要求19的一種天線，其中該導(dǎo)體包括軸向共伸螺旋單元，每個(gè)在一端連接到一個(gè)饋電端而另一端連接到側(cè)壁周邊。
21.按照權(quán)利要求20的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)同軸傳輸線軸向通過空腔底板和通過核心向所述饋電端延伸，該線的外屏蔽連接到空腔底板，由此套筒在端接點(diǎn)上起促進(jìn)平衡的平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器的作用。
22.按照權(quán)利要求20或權(quán)利要求21的一種天線，其中螺旋單元端點(diǎn)基本上位于包含中心軸的單一平面上，該天線呈現(xiàn)產(chǎn)生零點(diǎn)外的全方位輻射圖的環(huán)路諧振，該零點(diǎn)在穿過核心基本上垂直于所述平面的橫向軸線上。
23.按照權(quán)利要求22的一種天線，其中在從824到960MHz范圍或從1710到1990MHz范圍內(nèi)的頻率上出現(xiàn)環(huán)路諧振。
24.一種無線電通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括按照權(quán)利要求1到23中的任何一個(gè)的天線，一個(gè)射頻信號(hào)接收或發(fā)射級(jí)與該天線耦合，以便工作在該天線的工作頻率上。
25.一種適于作為移動(dòng)電話機(jī)的系統(tǒng)，用于接收具有圓極化的衛(wèi)星信號(hào)。
26.按照權(quán)利要求25的一種系統(tǒng)，適于在與所接收衛(wèi)星信號(hào)頻率隔開的頻帶上接收另外的陸地電話信號(hào)。
27.一種無線電信號(hào)接收和/或發(fā)射系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)射頻前端級(jí)工作在第一信號(hào)接收或發(fā)射頻率上，并且連接到該前端級(jí)的一個(gè)天線包括一個(gè)圓柱體絕緣主體，具有中心軸并且由相對(duì)介電常數(shù)大于5的實(shí)心材料形成，該主體的外表面限定由實(shí)心材料占據(jù)主要部分的體積，一個(gè)在該主體表面上的導(dǎo)電層，沿軸線橫向延伸，該導(dǎo)電套筒和層一起形成基本上由實(shí)心材料填充的開口空腔，和一個(gè)與該空腔有關(guān)的饋源結(jié)構(gòu)，其中所述相對(duì)介電常數(shù)和該空腔尺寸適于使在其開口端該空腔周邊電長度基本上等于對(duì)應(yīng)第一信號(hào)頻率的波導(dǎo)波長的整數(shù)(1，2，3，...)倍。
28.按照權(quán)利要求27的一種系統(tǒng)，適于接收第一信號(hào)頻率上的圓極化信號(hào)，其中饋源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得促進(jìn)圍繞該空腔周邊的旋轉(zhuǎn)駐波。
29.按照權(quán)利要求27或28的一種系統(tǒng)，其中饋源結(jié)構(gòu)包括一對(duì)軸向共伸徑向相對(duì)的螺旋單元，每個(gè)螺旋單元從與該空腔開口外饋電端的各自連接點(diǎn)向該空腔周邊延伸。
30.按照權(quán)利要求29的一種天線，其中饋源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)同軸傳輸線，通過在軸線上的核心從其屏蔽與所述導(dǎo)電層連接點(diǎn)向所述饋電端穿過，并且其中該空腔在第一信號(hào)頻率上起平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器作用。
31.按照權(quán)利要求27到30中的任何一個(gè)的一種系統(tǒng)，其中射頻前端級(jí)適于工作在另外的第二接收或發(fā)射頻率上，并且其中該核心具有在軸線方向上伸出該空腔開口之外的部分，和饋源結(jié)構(gòu)包括一對(duì)在所述從該空腔周邊向饋電端延伸的核心部分表面上的延長導(dǎo)體，所述導(dǎo)體在所述第二信號(hào)頻率上對(duì)于線性極化信號(hào)呈現(xiàn)諧振，和其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)耦合級(jí)，該級(jí)具有連接該天線饋源結(jié)構(gòu)的一個(gè)公共信號(hào)線和至少兩個(gè)連接用另外信號(hào)線，以分別工作在第一和第二信號(hào)接收頻率上。
32.按照權(quán)利要求31的一種系統(tǒng)，其中耦合級(jí)包括一個(gè)阻抗匹配部分和一個(gè)信號(hào)方向部分，兩者連接在饋源結(jié)構(gòu)和所述另外信號(hào)線之間，該信號(hào)方向部分設(shè)計(jì)得將第一信號(hào)頻率上的另外信號(hào)線之一與公共信號(hào)線耦合到一起，并且將第二信號(hào)頻率上另外信號(hào)線與公共信號(hào)線耦合到一起。
33.按照權(quán)利要求32的一種系統(tǒng)，其中該對(duì)延長導(dǎo)體形成為扭曲環(huán)路，該導(dǎo)體端部基本上位于包含中心軸的單一平面上，由此它們具有在第二信號(hào)頻率上的有關(guān)輻射圖，該輻射圖除了對(duì)準(zhǔn)穿過核心橫向零點(diǎn)軸線上的零點(diǎn)外是全方位的。
34.按照權(quán)利要求33的一種系統(tǒng)，其中第一信號(hào)頻率基本上是1575MHz或1228MHz，或是在從1597到1617MHz或1240到1260MHz或1610到1626.5MHz或2483.5到2500MHz或1625.5到1645.5MHz或1525到1545MHz的范圍內(nèi)。而第二信號(hào)頻率是在從824到960MHz或1710到1900MHz的范圍內(nèi)。
35.一種電介質(zhì)加載空腔支持天線，在超過200MHz的所需要工作頻率上用于圓極化波，該天線包括一個(gè)帶有導(dǎo)電圓柱體側(cè)壁和連接到該側(cè)壁的導(dǎo)電底板的空腔，該側(cè)壁具有限定與底板相反的空腔開口的周邊，一個(gè)電介質(zhì)核心基本上充滿該空腔并且由具有大于5的相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)心材料形成，和一個(gè)旋轉(zhuǎn)饋電系統(tǒng)，特征在于所述介電常數(shù)和該空腔尺寸使周邊的周長基本上等于在所需要工作頻率上波導(dǎo)波長的整數(shù)(1，2，3，...)倍，和其中饋電系統(tǒng)適于在所需要工作頻率上激勵(lì)該空腔中的波導(dǎo)諧振，該諧振特征在于定向在直徑方向跨過該空腔開口并且圍繞該空腔中心軸旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)電壓對(duì)稱振子，由此產(chǎn)生圓極化輻射圖，該輻射圖從該空腔開口向外方向并且在相反軸線方向具有零點(diǎn)。
36.一種移動(dòng)電話系統(tǒng)可工作在至少兩個(gè)分隔的頻帶上，該系統(tǒng)包括一個(gè)天線，一個(gè)耦合級(jí)和一個(gè)射頻級(jí)，射頻級(jí)具有至少兩個(gè)信道適于工作在各自所述頻帶內(nèi)的頻率上，其中該天線包括按照權(quán)利要求35的一個(gè)天線，該天線的所述工作頻率是第一工作頻率；該天線核心伸展到空腔開口之外，該饋電系統(tǒng)進(jìn)一步包括一對(duì)起環(huán)路作用的延長導(dǎo)體，該環(huán)路在第二工作頻率上呈現(xiàn)對(duì)于線性極化波的諧振，出現(xiàn)圓極化和線性極化波諧振的工作頻率分別在包含所述信道工作頻率的隔開的頻帶內(nèi)，并且該耦合級(jí)具有一個(gè)公共信號(hào)線連接到該天線的饋電系統(tǒng)，并且另一個(gè)信號(hào)線連接到射頻級(jí)的各自輸入，該輸入分別與所述信道相關(guān)。
37.一種操作天線的方法，該天線具有一個(gè)大于5的介電常數(shù)材料制造的圓柱體絕緣主體，一個(gè)在主體圓柱體表面上的導(dǎo)電套筒，一個(gè)導(dǎo)電層配置在主體的橫向延伸表面上，以便與該套筒形成基本上由電介質(zhì)材料填充的開口空腔，和一個(gè)與該空腔有關(guān)的饋源結(jié)構(gòu)，其中該方法包括將從周圍吸收的信號(hào)饋送給無線電信號(hào)接收機(jī)設(shè)備，和/或從無線電信號(hào)發(fā)射機(jī)向周圍輻射信號(hào)，在開口端至少在一個(gè)頻率上出現(xiàn)圍繞套筒的環(huán)型諧振模式。
38.按照權(quán)利要求37的一種方法，其中吸收和輻射的信號(hào)是圓極化的。
全文摘要
一種用于圓極化輻射的電介質(zhì)加載天線通常具有圓柱型實(shí)心電介質(zhì)主體(16),該電介質(zhì)主體具有大于5的相對(duì)介電常數(shù),該主體上被鍍上環(huán)繞主體的導(dǎo)電套筒(24)和導(dǎo)電底層(26),該套筒和底層與主體(16)一起形成基本上由陶瓷材料的主體(16)充滿的開口空腔。空腔邊緣(24R)的電長度是對(duì)應(yīng)小于5GHz的天線工作頻率的波導(dǎo)波長的整數(shù)倍。由一個(gè)饋源結(jié)構(gòu)圍繞空腔邊緣(24R)激勵(lì)出旋轉(zhuǎn)駐波,該饋源結(jié)構(gòu)包括在圓柱體主體(16)表面上兩個(gè)螺旋軌跡(14A,14B),該螺旋軌跡耦合在空腔邊緣與軸向穿過主體(16)的同軸饋源(20,22)之間。
文檔編號(hào)H01Q11/00GK1338133SQ9981638
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月29日
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