具有至少兩個諧振頻率的迴路天線的製作方法
2023-07-26 07:25:56
專利名稱：具有至少兩個諧振頻率的迴路天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種介電式加載的天線，用於工作在超過200MHz的頻率下，而具體地涉及一種具有一工作頻帶之內至少兩個諧振頻率的天線。
背景技術：
這樣一種天線披露在英國專利申請第GB 2321785A號之中。此已知天線具有一對在側向上對置的細長天線元件，伸展在一固體介電芯體上沿縱向間隔開來的各位置之間，各天線元件在各個第一端處連接於一饋電連接裝置而在各第二端處連接於一平衡-不平衡轉換(balun)套環(sleeve)。各天線元件和套環配置得以便形成至少兩條圍繞芯體伸展的導電路徑，其中兩條路徑之一在天線的一工作頻率下具有的電氣長度大於另一路徑的電氣長度。採用各叉式天線元件可以實現這一點，其中每一元件具有一分出的部分，從介電芯體頂部與平衡-不平衡轉換套環邊沿之間的某一位置伸出，至少各天線元件之一的此分出的部分具有不同電氣長度的各分支。平衡-不平衡轉換套環是剖分式的，意在沿縱向伸展的各槽縫製成為套環導電材料之中的各個縫隙以便形成兩部分套環之間的隔絕，從而確定兩條導電路徑。各平衡-不平衡轉換槽縫配置得在工作頻帶中具有大約四分之一波長(λ/4)的電氣長度，由套環邊沿形成的零阻抗點被轉變為各分出的元件之間的一個高阻抗點，從而把套環各部分彼此隔絕開來。由於各導電路徑具有不同的電氣長度，每一導電路徑可在一不同頻率下發生諧振並因此形成一種具有較大帶寬的天線。
與以上天線相關的一項問題是，難以把具有充分長度的各槽縫包括在套環之內以形成四分之一波長，特別是如果套環較短。披露在GB 2321785A之中的各L形槽縫可能難以製作並限制了套環之中電流的流動。
發明內容
按照本發明的第一方面，提供一種介電式加載天線用於工作在超過200MHz的頻率下，包括一電絕緣芯體，其固體材料具有大於5的相對介電常數；一饋電連接裝置；以及一天線元件結構，設置在芯體的外部表面上或附近，芯體的材料佔據了由芯體外部表面所限定的大部分容積，其中天線元件結構包括一對在側向上對置的細長元件組，每組包括第一和第二相互鄰近的細長元件，它們在天線的一工作頻帶之內的一頻率下具有不同的電氣長度，並由一圍繞芯體伸展的接合導體在饋電連接裝置附近的各個第一端部處和在各個第二端部處被聯接在一起，每組細長元件從而形成至少部分的細長槽道，後者具有所述頻帶之內的一電氣長度nλ/2，而且後者的主要部分位於各元件之間，以及其中兩組的各第一元件形成部分的第一迴路式導電路徑，而兩組的各第二元件形成部分的第二迴路式導電路徑，以致所述各路徑具有所述頻帶之內不同的各個諧振頻率，而且各自從饋電連接裝置伸向接合導體，而後返回饋電連接裝置。
本發明的其他一些方面，以及各優選特徵，在所附各項權利要求中予以敘述。
nλ/2槽道，或槽縫，使之可能在由各天線元件構成的各導電迴路與各接合導體之間形成隔絕。由於這一槽道的主要部分位於各天線元件之間，所以減少了對天線其他各部分的侵入。最好是，全部槽道位於各天線元件之間。
通過配置各細長元件和各接合導體以構成至少兩條迴路式導電路徑而在天線的一工作頻率下兩條路徑之一的電氣長度大於另一路徑的電氣長度，產生了具有至少兩個諧振峰的一頻率響應而提供一種帶有較大帶寬的天線。確實，各諧振頻率可以選定得重合於一行動電話系統的各發射和接收頻帶的各中心頻率。
接合導體可以由鄰近相對於饋電連接裝置的端部的、芯體外部表面上的一四分之一波平衡-不平衡轉換器予以構成，此饋電連接裝置是由一沿縱向穿過芯體的饋電結構形成的。在一項優選實施例中，接合導體是由一體平衡-不平衡轉換套環，或陷波器(trap)構成的，每一導電路徑都包括套環邊沿。或者，每一接合導體可以由一圍繞芯體伸展的導電帶條構成。一平衡-不平衡轉換套環的優點是，天線可以由於聯接於饋電結構的單端饋電而工作在一平衡的模態之中。
在此優選天線中，兩條迴路式導電路徑圍繞芯體而延伸，每一迴路式路徑從饋電連接裝置起，經過一第一組的第一或第二天線元件(取決於工作頻率)，達到接合導體，並經過一第二組的相應第一或第二元件回返到饋電連接裝置。每組中各元件之間，並因此兩條迴路式導電路徑之間的電氣長度差別，可以通過把每組中各元件之一製成得具有與此組中其他元件不同的寬度而取得。實際上，各元件起波導作用，較寬元件以比較窄元件較低的速度傳播各種信號。或者，每組中各元件之一可以具有不同於該組中其他元件的實際長度。
在此優選實施例中，天線芯體大體上是圓柱形的而饋電連接裝置位於芯體的一端面上，每組中的每一細長元件在此端面上聯接在一起。芯體確定一中心軸線而各天線元件基本上共同伸展在此軸線方向，每一元件伸展在芯體外部表面上或附近的、沿軸向間隔開來的兩位置之間，以致在每一間隔開來的位置處，各天線元件的各個間隔開來的部分基本上居於包括芯體中心軸線的一單一平面之中。在此情況下，每組細長元件包括第一和第二天線元件，各迴路式導電路徑從饋電連接裝置伸出，經過一第一組元件的第一和第二天線元件達到狀為平衡-不平衡轉換套環的接合導體，再經過一第二組元件的相應第一或第二元件返回到饋電連接裝置。各天線元件是螺旋線形的，圍繞芯體完成半圈。這樣一種結構會產生一垂直於單一平面的、具有指向側面的各零點的天線輻射圖。
優選實施例的天線實際上具有四個諧振模態。這是由於設置了平衡-不平衡轉換套環，它保證了分別涉及圍繞平衡-不平衡轉換器邊沿和通過平衡-不平衡轉換器的各電流路徑的單端和平衡諧振模態。以此方式利用耦聯的各模態披露在我等共同待決的英國專利申請第9813002.4號之中，其各項內容在此納入作為參考。於是，兩種諧振模態關聯於每組中兩元件的每一個，亦即，一個單端模態和一個平衡模態，最終頻率響應具有四個諧振峰，從而提供更大的帶寬。各諧振模態典型地可以生成蓋過至少5％最好是8％的相對帶寬的、3dB界限值之內的響應，而由以下所述的優選實施例的天線達到高達大約11％的數值。這樣一種響應使得天線特別適合於行動電話用途，比如在1710MHz至1880MHz DCS-1800頻帶或組合的PCS-DCS 1900頻帶之中。
本發明包括一種用於工作在超過200MHz的頻率下的天線，包括一電絕緣芯體，其固體材料具有的相對介質常數大於5；一饋電連接裝置；以及一天線元件結構，設置在芯體的外部表面上或附近，包括第一和第二對天線元件，每對天線元件設置得基本上沿直徑彼此對置，芯體的材料佔據了由芯體外部表面所限定的大部容積，其中第二對的各元件製成得具有比第一對元件的寬度要大的寬度。這樣一種天線特別適合於接收圓偏振的各種信號，諸如那些由全球定位系統的各衛星在大約1575MHz下所傳輸的信號。這些天線通常配置得具有兩對元件，一對具有的元件長於另一對。有差異的各長度可為接收圓偏振的各種信號造成各種相移條件。由於連繫到本發明而在以上提及的第二對天線元件做得寬於第一對，所以這些元件比第一對的那些元件具有較長的電氣長度(即使它們可能具有相同的實際長度。不像先前的GPS型接收天線，其中各元件的實際長度是不同的，在此所披露的天線可以採用具有基本上相同實際長度的各元件製作出來而避免各元件或各聯接導電件的複雜的加工成形。
現在參照附圖、通過範例說明本發明，其中圖1是根據本發明的一種天線的透視圖；圖2是一圖線，表明圖1天線的返回損耗響應曲線；圖3是一簡圖，表明圖1天線的輻射圖；圖4是裝有圖1天線的一電話手機的透視圖；圖5是根據本發明的另一天線的透視圖。
具體實施例方式
參照圖1，根據本發明的一種優選天線具有一天線元件結構，包括單獨一對沿側向對置的天線組10AB、10CD。每組包括兩個相互鄰近和大體平行的細長天線元件10A、10B、10C、10D，它們沉積在一天線芯體12的外部圓柱表面上。芯體12具有一軸向通道14，帶有一內部金屬裡襯；通道14裝放一軸向內部饋電導線16，由一介電絕緣護套17圍繞。內部導線16和裡襯一起構成一饋電結構18，用於把一饋電線路在芯體12遠端端面12D上的一饋電位置處聯接於天線元件10A-10D。天線元件結構包括相應的徑向元件10AR、10BR、10CR和10DR，製成在遠端端面12D上作為各金屬導線而把元件10A-10D的第一端部連接於饋電結構。
在此實施例中，沿縱向伸展的各元件10A-10D和相應的各徑向元件都具有大致上同樣的實際長度，每一元件10A-10D狀為一螺旋線，圍繞芯體12的軸線完成半圈。每組天線元件包括第一元件10A、10C和第二元件10B、10D。兩組的第一元件10A、10C都配置得具有對每組的第二元件10B、10D的一不同的電氣長度，由於各第一元件具有的寬度大於各第二元件的寬度。將會理解，較寬的各元件會以低於較窄各元件情況下的速度傳播各種信號。
為了形成完全的各導電迴路，每一天線元件(10A-10D)連接於狀為一導電套環20的一共同的實際接地導體的邊沿20U，套環圍繞芯體12的一近處端部，作為各細長元件10A-10D的接合導體。套環20本身又通過鍍在芯體12的近處端部表面12D上而連接於軸向通道14的裡襯。因而，各導電迴路是由第一組10AB的第一或第二天線元件二者之中的任何一個、套環20U的邊沿和第二組10CD的相應第一或第二天線元件構成的。
在通過天線的任何給定橫向截面處，第一組10AB的第一和第二天線元件基本上和第二組10CD的相應第一或第二元件沿直徑相對置。將會注意到，各天線元件的端部上全部基本處在一共同的平面之內，此平面包括芯體的軸線並由示於圖1之中的坐標系統的X和Z兩軸線表明。
導電套環20蓋位天線芯體12的一近處部分，圍繞著饋電結構18，芯體材料基本上充滿套環20與軸向通道14金屬裡襯之間的整個空間。套環20與鍍敷的組合構成一平衡-不平衡轉換器，以致由饋電結構18形成的傳輸線路之中的各種信號在天線近端處的一種不平衡狀態與套環20上部邊緣20U平面以上的一軸向位置處的一種平衡狀態之間進行轉換。為達到這一效應，套環的軸向長度致使在存在一種較高介電常數的下層芯體材料的情況下，平衡-不平衡轉換器在天線工作頻帶中具有一大約λ/4或90°的電氣長度。由於天線的芯體材料具有一種縮小效應，而圍繞內部導線的環形空間充滿一種具有較小介電常數的絕緣介電材料，所以套環遠處的饋電結構18具有很短的電氣長度。結果，在饋電結構18遠端處的各種信號至少大致上是平衡的。套環20的另一效應是，對於天線工作頻率附近的一些頻率，套環20的邊沿部分20U與由饋電結構外部導管代表的地線有效地隔絕開來。這意味著，流通在各天線元件10A-10D之間的電流基本上局限於邊沿部分。套環因而當天線在一平衡模態中當諧振時起到一絕緣陷波器的作用。
由於每組10AB、10CD的第一和第二天線元件製成得在一給定頻率下具有不同的電氣長度，由各元件形成的各導電迴路也具有不同的電氣長度。結果，天線在兩個不同的諧振頻率下諧振，真正的頻率在此情況下取決於各元件的寬度。如圖1表明，每組大體上平行的各元件從芯體遠端端面上的饋電連接區域伸向平衡-不平衡轉換套環10的邊沿20U，從而在每組的各元件之間形成一元件間的槽道11AB、11CD，或者槽縫。
各槽道的長度配置得可以實現在各導電路徑各自諧振頻率下它們彼此的基本上的隔絕。這一點是通過形成具有電氣長度為λ/2或nλ/2的各槽道而實現的，而此處n是一奇整數。在各導電迴路之一的諧振頻率下，一駐波形成在諧振迴路的整個長度上，同時等值的電壓出現在鄰近每一λ/2槽道各端的部位處，亦即在各天線元件端部附近。當各迴路之一為諧振時，形成部分非諧振迴路的各天線元件與鄰近的各諧振元件隔絕開來，由於在各非諧振元件的兩端處的相等電壓會造成零電流流動。當另一導電路徑為諧振時，另一迴路同樣與諧振迴路隔絕開來。概括地說，在各導電路徑之一的諧振頻率下，激振同時發生在與另一路徑隔絕開來的那一路徑之中。隨之，由於每一分支當另一分支處於諧振時只是在最低限度上加載另一分支的導電路徑，可得到至少兩個相當明確的諧振。實際上，圍繞芯體形成了兩或多條相互隔絕的低阻抗路徑。
在此優先實施例中，槽道11AB、11CD完全分別位於天線元件10A、10B與10C、10D之間。各槽道可以伸進套環20一個較小的距離，但每一槽道11AB、11CD的全部長度的主要部分位於各天線元件之間。典型地，對於每一槽道來說，位於各元件之間的槽道部分的長度會不小於0.7L，而此處L是槽道總的實際長度。
一如先前指出，由於包括平衡-不平衡轉換套環20作為接合導體，天線可工作在一平衡模態之中，在此模態之中，流動在每組各元件之間的電流均被局限於套環20的邊沿20U。有利的是，天線也在不同頻率下呈現一種單端的工作模態，從而各電流以每組元件的一個天線元件、沿縱向通過平衡-不平衡轉換套環20和經由鍍敷的端面10P，流向在天線遠端處的饋電結構的軸向金屬內部裡襯。因而，除了兩種先前說明的諧振模態以外，亦即除了那些由於兩個導電迴路的平衡模態諧振所造成的以外，以單端工作模態設置了另外兩條導電路徑。由於關聯於單端工作的各導電路徑具有與平衡模態中的各迴路式路徑不同的電氣長度，所以在總頻率響應中出現4個諧振峰，因此天線呈現相應很大的帶寬。
天線最好是用一種鋯錫鈦酸鹽介電材料製成，具有一36的相對介電常數gr。參照圖1，此優選天線的芯體具有一10mm直徑和一12.1mm軸向長度。各螺旋線天線元件10A-10D各自圍繞芯體12D完成半圈並具有自套環上部邊沿起的一大約26°螺距角。平衡-不平衡轉換套環本身具有一縱向長度4.2mm，自芯體的近端端面量起。每組的第一(寬的)元件10A、10C的寬度是1.15mm，而第二(窄的)元件10B、10D的寬度是0.75mm。各元件之間的間距(亦即槽道的寬度)是1mm，而自每一元件的中心量起時的元件間隔則是4.31mm。在芯體遠端端面處，饋電結構14的直徑是2mm，而對應於每組各自第一和第二元件的徑向元件部分10AR、10CR、和10BR、10DR分別是1.9mm和1.67mm。
圖2表明上述天線的返回損耗隨頻率的變化。如圖所示，特徵曲線具有4個諧振峰。峰25出現在大約1.74GHz處並對應於單端模態中由各第一(寬的)元件形成的路徑，峰26出現在1.8GHz處並對應於平衡模態中由各第一元件形成的路徑，峰27出現在1.86GHz處並對應於單端模態中由各第二(窄的)元件形成的路徑，以及峰28出現在1.88GHz處並對應於平衡模態中由各第二元件形成的路徑。將會理解，由於各較寬元件具有較大數值的自身電容，所以它們在比各較窄元件為低的各頻率處產生峰。工作頻帶B(自各-3dB點量起)的寬度大致上是195MHz。此天線特別適合於工作在1710MHz至1880MHz DCS-1800頻帶或組合的PCS-DCS 1900頻帶之中，兩頻帶均用於蜂窩式電話應用場合。此天線在0.11(11％)附近呈現一可資利用的相對帶寬，此相對帶寬確定為工作頻帶B的寬度對於頻帶中心頻率fc的比值，在此頻帶之內天線的返回損耗小於頻帶以外平均返回損耗至少3dB。返回損耗確定為20log10(Vr/Vi)，其中Vr和Vi是在饋電結構一饋電端子處反射和進入的r.f.電壓大小。較寬的相對帶寬允許採用較低公差製作技術。
具有大體上居於一單一平面中的各半圈螺旋線元件的天線元件結構以類似於一簡單平面迴路的方式運作，當工作在一平衡模態中時，在一橫交於軸線12A並垂直於此平面的方向上具有其輻射圖的零點。輻射圖因此在垂直和水平兩平面上大致上具有一8字形狀，如由圖3所示。輻射圖相對於圖1透視圖的取向由包括示於圖1和圖3二者之中的軸線X、Y、Z的軸系予以表明。輻射圖具有兩個零點或凹口，天線每側一個，而且各自取中於圖1中所示的Y軸。如果天線用於一行動電話手機之中，一如圖4之中所示，天線的取向致使兩零點之一指向使用者的頭部以減少在該方向的輻射。
導電平衡-不平衡轉換套環20和芯體近端端面上的導電層允許天線直接地固裝在一印刷電路板或另一接地裝置上。有可能把天線安裝得或是完全在一電話手機之內，或是部分地伸出如圖4之中所示。
作為把每組10AB、10CD的各彼此相鄰元件製成為具有不同寬度的元件的一種替代方案，每組的各元件可以通過以不同實際長度製成，比如通過使其中之一曲曲彎彎而做成具有不同的電氣長度。
本發明的一第二實施例現在將參照圖5予以說明。此天線適合於接收諸如那些由全球定位系統(GPS)的衛星所傳輸的各種圓偏振信號。這樣一種天線披露在我等先前的英國專利申請第GB 2292638A號之中，其全部披露包括在本申請之中以便構成所提出的本申請的部分內容。先前的申請披露了一種四分式(quadrifilar)天線，具有兩對沿直徑對置的螺旋形天線元件，第二對的各元件追循各自的曲折路徑，在芯體的一外部圓柱表面上的一中間螺旋線的兩側上偏移開來，以致第二對的各元件長於追循不帶偏移的各螺旋線形路徑的第一對的那些元件。在各元件長度方面的這種變化使天線適合於傳輸或接收圓偏振的各種信號。另一種四分式天線披露在我等英國專利申請第GB 2310543A之中，其中各天線元件連接於芯體端部上的一鍍敷的套環。此套環製成得具有一非平面邊沿，以致一第一對的各天線元件在比起第一對的各元件連接於接合邊緣所在的各點來較為靠近芯體另一端部饋電結構的各點處連接於套環的接合邊緣。
參照圖5，根據本發明的一種四分式天線具有一天線元件結構，帶有4個沿縱向伸展的天線元件30A-30D，製成為一陶瓷芯體32的圓柱外表面上的各金屬導電軌跡。芯體32具有一軸向通道33，帶有一內部金屬裡襯34，而通道裝有一軸向饋電導體35。此內部導體35和裡襯在這情況下構成一饋電結構36，用於把一饋電電線連接於各天線元件。此天線元件結構還包括相應的各徑向天線元件30AR-30DR，製成為芯體一遠端端面32D上的各金屬軌跡，把各個沿縱向伸展的元件的端部連接於饋電結構36。各天線元件的另外端部連接於狀為一鍍敷的套環40的一實際共用的接地導管，套環圍繞芯體的一近端部分。此套環40本身又通過鍍敷在芯體近端端面上而連接於軸向通道33的裡襯。
將可從圖5看出，4個沿縱向伸展的元件30A-30D具有不同的寬度，兩個元件寬於另外兩個。每對的各元件在芯體軸線的相對兩側上沿直徑彼此對置。
為了保持對於各螺旋線形元件的大致上均勻的輻射阻抗，每一元件追循一簡單的螺旋線形路徑。每一元件在芯體軸線處對著同樣的轉動角度，此處是180°或半圈。套環的上部接合邊沿40U基本上是平面的。
每對沿縱向伸展的元件和相應的徑向元件構成一具有一預定電氣長度的導體。在此情況下，電氣長度不僅是由各天線元件的實際長度，而且還是由各元件的寬度來確定的。在效果上，各天線元件可以認為是一些波導。本技術領域中的那些熟練人員將會理解，一較寬的元件將以低於由一較窄元件傳播的波速而傳播一施加的信號。在本實施例中，每一對較窄元件的總的電氣長度配置得對應於在工作波長下的一種大致上135°的傳輸延遲，而每一對較寬元件則產生一種對應於基本上225°的較長延誤。因而，平均傳輸延遲是180°，等同於在工作波長下的一電氣長度λ/2。不同的元件寬度會形成對於圓偏振的各種信號的、一種四分式螺旋線形天線所需的各種相移條件，這一點載明於1970年12月「微波學報」49-54頁中Kilgus的「諧振的四分式螺旋形設計」一文。
兩對元件，比如元件30A、30B(亦即一寬元件和一窄元件)在徑向元件30AR和30BR的內端處連接於在芯體遠端處饋電結構36的內部導體35，而另外兩對元件的徑向元件30CR、30DR連接於由芯體內部通道金屬裡襯形成的饋電屏罩。在饋電結構36的遠端處，出現在內部導體35和饋電屏罩上的各種信號大致上是平衡的，以致各天線元件表現為具有一大致上平衡的源或負載。
在沿縱向伸展的各元件的螺旋線形路徑為左手方向時，天線對於右手圓偏振的各種信號具有其最大增益。如果天線反之必須用於左手圓偏振的各種信號，各螺旋線的方向就倒轉過來而各徑向元件的連接型式轉過90°。在一種適合於接收左手和右手圓偏振的各種信號的天線的情況下，沿縱向伸展的各元件可以配置得追循大體上平行於軸線的各個路徑。
導電套環40蓋住天線芯體的一近處部分，從而圍繞饋電結構36，以芯體材料充滿套環40與軸向通道33金屬裡襯之間的整個空間。套環40形成一個具有軸向長度lB的圓筒並由芯體近端端面的鍍敷層連接於裡襯。套環40與鍍敷層的結合構成一平衡-不平衡轉換器，以致由饋電結構36構成的傳輸導線中的各種信號，在天線近端處的一種不平衡狀態與在大體上與套環上部接合邊緣40U離開近端同樣或較大距離的一個軸向位置處的一種大致平衡狀態之間，作出轉換。為達到這一效果，平均套環長度是，在存在較高相對介電常數的某種下層芯體材料時，平衡-不平衡轉換器在天線工作頻率下具有λ/4平均電氣長度。由於天線的芯體材料具有一種縮小效應，而且圍繞內部導管的環形空間充滿一種具有較小介質常數的絕緣介電材料，所以套環遠處的饋電結構具有一較短的電氣長度。因此，饋電結構遠端處的各種信號至少大致上是平衡的。在一種半剛性電纜中絕緣層的介電常數一般比以上提及的陶瓷芯體材料的介電常數要低得多。比如，PTFE的相對介電常數gr是大約2.2。
由套環40構成的陷波器為各元件之間的電流提供了沿著接合邊緣的一個環形路徑，有效地形成兩個迴路，第一個包括各較窄天線元件而第二個包括各較寬天線元件。在四分式諧振下，電流最大值存在於各元件的兩端和接合邊緣40U處，而電壓最大值在邊緣40U與天線遠端之間的一大致上中間的高度上。邊緣40U由於由套環40生成的四分之一波長陷波器而在其近處邊緣處有效地與接地導線隔絕開來。
天線具有一500MHz或更大的主諧振頻率，諧振頻率由天線元件10A-30D的有效電氣長度予以確定。各元件的電氣長度，對於一給定的諧振頻率，也取決於芯體材料的相對介電常數，天線的各個尺寸，相對於一種空氣芯的類似結構的天線來說，基本上減小了。
芯體的優選材料是鈦酸鋯基材料。這種材料具有上面提及的36的相對介質常數並也因其隨溫度變化的尺寸和電氣穩定性而著稱。介電損失可忽略不計。芯體可通過擠出工藝製造。
各天線元件是粘合於芯體外部圓柱和端部表面的一些金屬導電軌跡。
將會理解，由於各元件具有不同的寬度而具有不同的電氣長度，所以各元件可以製作得具有基本上相近的實際長度。其次，不需要複雜的元件和/或套環結構，因而設計和製作工藝也就更為簡單易行。
在一芯體具有顯著地高於空氣的相對介電常數，比如gr＝36，的情況下，一種如上所述用於在1575MHz下的L頻帶GPS接收的天線一般具有一大約10mm的芯體直徑，而沿縱向伸展的各天線元件具有一大約10.5mm的平均縱向程度(亦即平行於中心軸線的程度)。較窄和較寬各元件的寬度分別是大約0.76mm和1.5mm。在1575MHz下，套環長度lB一般是6mm左右。各天線元件的精確尺寸可以通過從事本徵值延遲測定直至獲得所需相差而根據試湊方式在設計階段中予以確定。
天線製作方式在以上提及的GB 2292638A之中有所說明。
權利要求
1.一種介電式加載迴路天線，用於工作在超過200MHz的頻率下，包括一固體材料的電絕緣芯體，其具有的相對介電常數大於5；一饋電連接裝置；以及一天線元件結構，設置在芯體的外部表面上或附近，芯體的材料佔據了由芯體外部表面所限定的大部分容積，其中天線元件結構包括一對在側向上對置的細長元件組，每組包括第一和第二相互鄰近的細長元件，它們在天線的一工作頻帶之內的一頻率下具有不同的電氣長度，並由一圍繞芯體伸展的接合導體在饋電連接裝置附近的各個第一端部處和在各個第二端部處被聯接在一起，每組細長元件從而形成至少部分的細長槽道，槽道具有所述頻帶之內的一nλ/2電氣長度，而且其主要部分位於各元件之間，以及此天線之中兩組的各第一元件形成部分的第一迴路導電路徑，而兩組的各第二元件形成部分的第二迴路導電路徑，使得所述各路徑具有所述頻帶之內不同的各個諧振頻率，而且各自從饋電連接裝置伸向接合導體，而後返回饋電連接裝置，槽道的電氣長度設置得可達到各導電路徑在其各個諧振頻率處的基本上彼此隔絕，λ是在所述頻率下天線元件結構中各電流的波長而n是一整數(1，2，3……)。
2.按照權利要求1所述的一種天線，其中槽道完全位於各細長元件之間。
3.按照權利要求1所述的一種天線，其中位於各細長元件之間的部分槽道的長度是至少0.7L，此處L是槽道的全部實際長度。
4.按照任一前述權利要求所述的一種天線，其中芯體大體上是圓柱形的而饋電連接裝置位於芯體一端面上。
5.按照任一前述權利要求所述的一種天線，其中芯體確定一中心軸線而各天線元件基本上共同伸展在此軸線方向，每一元件伸展在芯體外部表面上或附近的、沿軸向間隔開來的兩位置之間，使得在每一間隔開來的位置處，各天線元件的各個間隔開來的部分基本上居於包含芯體中心軸線的一單一平面之中。
6.按照任何前述權利要求所述的一種天線，其中每組元件中的各元件之一具有的寬度不同於該組中的其他元件的寬度。
7.按照任何前述權利要求所述的一種天線，其中每組元件中的各元件之一具有的實際長度不同於該組中的其他元件的實際長度。
8.按照任何前述權利要求所述的一種天線，其中芯體具有一中心對稱軸線而各細長元件大體上是螺旋線形的，各自圍繞此軸線完成半圈。
9.按照任何前述權利要求所述的一種天線，包含一整體陷波器，配置得可促進饋電連接裝置處的一種基本上平衡的狀況。
10.按照任何前述權利要求所述的一種天線，其中接合導體包括芯體外部表面近處部分上的一個圓筒形導電套環，以及其中套環的近端連接於部分饋電結構。
11.按照權利要求10所述的一種天線，其中各天線元件在套環遠處邊沿的附近聯接於套環。
12.按照權利要求11所述的一種天線，其中套環的遠處邊沿基本上是平面的。
13.按照任一前述權利要求所述的一種天線，包含一穿過芯體並連接於各天線元件的各第一端部的饋電結構。
14.一種介電式加載天線，用於工作在200MHz以上的頻率下，包括一天線芯體，具有一中心軸線並由一種具有相對介電常數大於5的固體絕緣材料製成；一饋電連接裝置；以及一天線元件結構，其在芯體外部表面上或附近構成至少兩個導電迴路，其中天線元件結構包括一接合導體和至少一對細長天線元件組，這兩組在側向上對置在軸線的相對兩側上並各自包括至少兩個相互鄰近的細長天線元件，天線元件各自構成相應的一個導電迴路的一部分並各自從在饋電連接裝置處或其附近的位置伸展到接合導體，其中每組之內所述相互鄰近的各元件具有不同的電氣特性，使得兩個導電迴路在天線的一工作頻帶之內具有不同的分別相關的諧振頻率，以及其中每組的所述兩個元件各限定一相應的細長槽道，至少其主要部分是在各元件之間並在工作頻帶之內天線的一工作頻率下具有一基本上為nλ/2的電氣長度，使得在各導電迴路各個諧振頻率處達到各導電迴路的基本隔絕。
15.按照權利要求14所述的一種天線，其中所述工作頻帶的相對帶寬至少是5％。
16.按照權利要求14或權利要求15所述的一種天線，其每組的兩個相互鄰近的元件在它們長度的主要部分上是彼此平行的。
17.按照權利要求16所述的一種天線，其中每組的兩個相互鄰近的元件是不同寬度的平行導電軌跡。
18.按照權利要求14至17中任一項所述的一種天線，其中芯體是圓柱形的，以及其中天線還包括一饋電結構，沿軸向從芯體的一第一端面穿過芯體而至一第二端面，饋電結構具有一導體，在第二端面處連接於一對天線元件組之一的相互鄰近的元件，以及饋電結構的另一導體，連接於此對中另一組的相互鄰近的元件。
19.按照權利要求18所述的一種天線，其中接合導體在芯體第一端面附近構成聯接於饋電結構的一陷波器的一部分。
20.按照權利要求18或權利要求19所述的一種天線，其中多組成對的元件組追循對中在一中心軸線上的各個沿軸向共同伸展的、沿直徑對置的螺旋線形路徑，各路徑的端部大體上居於一包含中心軸線的共同平面內。
21.一種介電式加載的天線，用於工作在超過200MHz的頻帶中，包括一天線芯體，由一種具有大於5的相對介電常數的固體材料製成；一饋電結構，伸展在芯體上第一與第二位置之間；以及一天線元件結構，在芯體外部表面上或附近，其中天線元件結構包括至少一組至少兩個相互鄰近的細長元件，從一在第一位置處帶有饋電結構的一第一連接裝置並列地伸向在第二位置處聯接於饋電結構的一互連裝置，其中兩個細長元件的電氣特性是不同的，使得天線在頻帶之內不同的各頻率處呈現諧振，以及其中兩個細長元件在它們之間，至少部少地，限定一細長槽道，基本上從第一連接裝置伸向所述互連裝置，槽道的電氣長度在所述各諧振頻率之間的一頻率f處是在nλ/2附近，使得相鄰的各細長元件當它們處於諧振時基本上彼此隔絕開來，此處λ在頻率f處天線元件結構中各電流的波長而n是一整數(1，2，3…)。
22.按照權利要求21所述的一種天線，其中天線元件結構包括一對所述天線元件組而天線包含一在第二位置處把每組的兩個細長元件聯接於饋電結構的平衡-不平衡轉換器。
23.按照權利要求22所述的一種天線，其中芯體是圓柱形的並具有第一和第二端面，多組成對的元件組是沿直徑對置的，以及平衡-不平衡轉換器包括一具有一邊沿的導電套環，而每一槽道從第一端面伸至邊沿。
24.按照權利要求21至23之中任一所述的一種天線，其中兩個細長元件包括製成在芯體外部表面上的不同相應寬度的各導電軌跡。
25.一種用於工作在超過200MHz的頻率下的天線，包括一電絕緣的芯體，由一種具有相對介電常數大於5的固體材料製成；一饋電連接裝置；以及天線元件結構，其設置在芯體外部表面上或附近並包括第一和第二對天線元件，其中每一對的各元件設置得基本上沿直徑彼此對置，芯體材料佔據了由芯體外部表面所限定的大部分容積，以及所述第二對的各元件製成得使得其具有的寬度大於第一對元件的寬度。
26.按照權利要求25所述的一種天線，其中各天線元件各自具有一第一端部和一第二端部，在各個第一端部處連接於饋電連接裝置，以及在各第二端部處由一接合導體連接起來。
27.按照權利要求25或權利要求26所述的一種天線，其中芯體大體上是圓柱形的並具有第一和第二端面，以及其中饋電連接裝置位於二端面之一上。
28.按照權利要求25至27中任一項所述的一種天線，其中芯體確定一中心軸線而各天線元件基本上共同伸展在軸線方向上，每一天線元件伸展在芯體外部表面上或附近的、沿軸向間隔開來的各位置之間，使得在每一間隔開來的位置處，各天線元件的各個間隔開來的部分基本上居於包含芯體中心軸線的一單一平面之中。
29.按照權利要求25至28中任一所述的一種天線，其中各天線元件是螺旋線形的，各自圍繞芯體完成半圈。
30.按照權利要求25至29中任一所述的一種天線，其中接合導體包括在芯體外部表面的一近處部分上的一圓筒形導電套環，以及其中套環的近端連接於饋電結構的一部分。
31.按照權利要求30所述的一種天線，其中套環的遠處邊沿大體上是平面的。
32.一種介電式加載的四分式螺旋形天線，具有多對在側向上對置的天線元件，在一由具有相對介電常數大於5的材料製成的固體芯體的外部表面上或附近製成為各螺旋形導電軌跡，其中一對的各軌跡寬於另一對的各軌跡。
33.一種手持無線電通訊裝置，具有一無線電收發機；一一體式耳機，用於從裝置的一內面發出聲能，裝置在使用時安放得貼靠使用者的頭部；以及一人權利要求28的天線，聯接於收發機，其中此天線具有的輻射圖在大體上垂直於所述單一平面的方向上具有一零點，以及其中天線在裝置上安裝得使得此零點大體上垂直於裝置的所述內面取向以便在使用者頭部的方向上降低出自裝置的輻射水平。
34.按照權利要求33所述的一種裝置，其中芯體是圓柱形的並具有第一和第二端面；各天線元件是螺旋線形的，各自圍繞中心軸線完成半圈並各自具有一第一端部和一第二端部；天線具有一饋電連接裝置，相聯於第一端面並聯接於各天線元件第一端部；以及天線具有一接合導體，由一環繞圓柱體的一導電套環構成，以便把各天線元件第二端部接合起來而構成一隔離陷波器。
35.按照權利要求34所述的一種裝置，其中饋電連接裝置構成穿過芯體端部的一軸向饋電結構的端部。
全文摘要
一種用於工作在超過200MHz的頻率下的介電式加載的天線，包括設置在一高介電常數芯體上的一天線元件結構，此元件結構包括一對在側向上對置的螺旋線形天線元件組，每組包括具有不同寬度的第一和第二相互鄰近的元件，在天線上形成分別每組各第一元件和每組各第二元件構成的各迴路式導電路徑，它們在不同的各個諧振頻率處諧振而產生一較大的工作帶寬。每組的各螺旋線形元件在它們之間限定了細長槽道的一部分，槽道具有在工作頻帶之內nλ/2附近的總體電氣長度以形成各迴路式導電路徑之間的隔絕。每一這種槽道的主要部分位於各元件之間以便儘量少地侵入天線的其他導電部分。
文檔編號H01Q5/01GK101043099SQ200610170148
公開日2007年9月26日 申請日期2000年5月24日 優先權日1999年5月27日
發明者奧利弗·P·萊斯坦, 馬克·R·多塞特 申請人:薩蘭特爾有限公司