專利名稱：一種多繞組天線的制作方法
一種多繞組天線本發(fā)明涉及一種工作頻率超過(guò)200MHz的圓極化輻射多繞組天線，主要但不完全是介質(zhì)負(fù)載多繞組天線。在公布的國(guó)際專利申請(qǐng)書W02006/136809、英國(guó)專利公告M42998A、歐洲專利公告EP1147571A和英國(guó)專利公告M20230AJ444388AJ437998AJ445478A中公開了介質(zhì)負(fù)載多繞組天線。通過(guò)引用，將這些專利公告所公開的完整內(nèi)容使用于本申請(qǐng)書。這些天線主要用于接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的圓極化信號(hào)，例如接收全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星星座的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位和導(dǎo)航。這些天線還可用于衛(wèi)星電話等其他衛(wèi)星業(yè)務(wù)，例如 1626. 5 1675. OMHz和1518. 0 1559. OMHz的L波段Inmarsat (國(guó)際海事衛(wèi)星)業(yè)務(wù)、 TerreStar _@的S波段業(yè)務(wù)、全球通信集團(tuán)(ICO)的S波段業(yè)務(wù)和SkyTerra業(yè)務(wù)。分配給 S波段業(yè)務(wù)的頻率范圍從2000MHz至2200MHz。根據(jù)本發(fā)明的第一部分，圓極化輻射介質(zhì)負(fù)載多繞組天線的工作頻率超過(guò) 200MHz，其中，天線的組成部分有由相對(duì)介電常數(shù)至少為5的實(shí)心介質(zhì)材料制作的電絕緣底板；一對(duì)饋電節(jié)點(diǎn)；至少4個(gè)在底板上的延伸導(dǎo)電輻射單元，所述饋電節(jié)點(diǎn)及輻射單元之間相互連接及耦合；由在工作頻率點(diǎn)諧振的閉環(huán)所形成的相位環(huán)；所述輻射單元在對(duì)應(yīng)的空間隔離耦合位置與相位環(huán)耦合。這樣通過(guò)相位環(huán)以步進(jìn)相位對(duì)輻射單元進(jìn)行饋電，從而產(chǎn)生圓極化特性。通常情況下，天線具有中心軸和相位環(huán)，相位環(huán)包含位于底板上且環(huán)繞中心軸的導(dǎo)電軌跡。相位環(huán)可以是連續(xù)或斷開的導(dǎo)電軌跡。在后一種情況下，相位環(huán)包含至少一對(duì)與導(dǎo)電軌跡部分串聯(lián)的總電抗(通常為電容)，這些導(dǎo)電軌跡部分和總電抗共同形成上述的閉環(huán)。盡管其他配置也有可能，相位環(huán)以圓形為最佳，包含一個(gè)正方形或其他多邊形，以及一個(gè)彎曲的圓(即，沿著一條在圓的內(nèi)部和外部反復(fù)偏離的路徑)。本發(fā)明所述天線的一種優(yōu)選實(shí)施例中，其底板是一個(gè)具有圓柱側(cè)面部分、近端和遠(yuǎn)端表面部分的圓柱體。優(yōu)選的，相位環(huán)位于近端表面部分，從而使天線成為一個(gè)“端射”天線，即產(chǎn)生圓極化輻射模式并在遠(yuǎn)端方向具有最大值。將饋電節(jié)點(diǎn)置于中心位置最為容易， 可以是將其設(shè)置在底板上，也可以是將其作為通過(guò)端表面承載相位環(huán)的連接器組合的一部分。對(duì)于優(yōu)選的天線來(lái)說(shuō)，通過(guò)沿圓柱軸線呈放射狀延伸的相應(yīng)的饋電連接導(dǎo)體，所述饋電節(jié)點(diǎn)從完全相反的位置耦合到相位環(huán)。優(yōu)先選擇使相位環(huán)在底板上介質(zhì)加載，并且該相位環(huán)具有單一波長(zhǎng)(即360度) 的電長(zhǎng)度。對(duì)于優(yōu)選的天線來(lái)說(shuō)，輻射單元具有耦合到相位環(huán)的第一端點(diǎn)，以及沿相位環(huán)空間隔離的第二端點(diǎn)，第二端點(diǎn)開路。在這種情況下，每個(gè)輻射單元的電長(zhǎng)度優(yōu)選的是工作頻率波長(zhǎng)的四分之一或四分之一的奇數(shù)倍。在一種替代的優(yōu)選實(shí)施例中，天線具有在工作頻率點(diǎn)諧振的第二導(dǎo)電環(huán)，其連接輻射單元的第二端點(diǎn)，在這種情況下，每個(gè)輻射單元的電長(zhǎng)度是工作頻率波長(zhǎng)的一半或一半的整數(shù)倍。也可以根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建一個(gè)“背射”天線，相位環(huán)通常安裝在核心的遠(yuǎn)端表面部分。在這種情況下，在不同的頻率點(diǎn)諧振的第二導(dǎo)電環(huán)可以在圓柱側(cè)面環(huán)繞核心設(shè)置。這樣的環(huán)可以形成一個(gè)圍繞核心近端部分延伸的導(dǎo)電套的環(huán)形邊緣，其中，導(dǎo)電套構(gòu)成一個(gè)完整的平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器的一個(gè)組成部分，如上面所引用的專利公告所述。其中一些些輻射單元可能是開路的，從遠(yuǎn)端相位環(huán)延伸到沿第二導(dǎo)電環(huán)空間隔離的開路端點(diǎn)；而其他一些閉路的輻射單元從遠(yuǎn)端相位環(huán)延伸到第二導(dǎo)電環(huán)。這樣天線能夠在兩個(gè)不同頻率點(diǎn)諧振，每個(gè)諧振都是圓極化輻射。根據(jù)本發(fā)明的第二部分，圓極化輻射介質(zhì)負(fù)載多繞組天線的工作頻率超過(guò) 200MHz，其中，天線包含有由相對(duì)介電常數(shù)大于5的實(shí)心材料制作的電絕緣核心，其占據(jù)由核心外表面所決定的內(nèi)部空間的大部分；多個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)；在核心外表面或臨近核心外表面的天線單元結(jié)構(gòu)，包含多個(gè)延伸導(dǎo)電天線單元(在延伸天線單元和饋電節(jié)點(diǎn)之間形成耦合)，在工作頻率點(diǎn)的諧振環(huán)路，延伸天線單元在遠(yuǎn)離饋電節(jié)點(diǎn)的方向從諧振環(huán)路延伸。在諧振相位環(huán)與第一橫向擴(kuò)展表面部分相關(guān)聯(lián)的情況下，延伸導(dǎo)電天線單元可能沿側(cè)面部分從環(huán)路延伸到第二橫向擴(kuò)展表面部分，每個(gè)這樣的單元是核心圓柱側(cè)面部分的螺旋軌跡。通過(guò)靠近天線中軸線的導(dǎo)電襯墊，兩個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)更適宜構(gòu)成一個(gè)平衡饋電點(diǎn)，每個(gè)襯墊通過(guò)對(duì)應(yīng)的電感連接鏈與相位環(huán)相連，天線還包含耦合兩個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)的旁路電容以進(jìn)行匹配。諧振的相位環(huán)有可能在其毗鄰第一橫向擴(kuò)展表面部分的位置，具有一個(gè)位于核心側(cè)面部分的環(huán)形導(dǎo)電路徑，延伸導(dǎo)電天線單元是螺旋和軸向展開的。根據(jù)本發(fā)明的又一部分，圓極化輻射介質(zhì)負(fù)載多繞組天線的工作頻率超過(guò) 200MHz，其中，天線的組成部分有由相對(duì)介電常數(shù)大于5的實(shí)心材料制作的電絕緣核心， 其占據(jù)由核心外表面所決定的內(nèi)部空間的大部分；一對(duì)饋電節(jié)點(diǎn)；在核心外表面或臨近核心外表面的天線單元結(jié)構(gòu)，并包含與饋電節(jié)點(diǎn)相連的相位環(huán)；至少4個(gè)延伸導(dǎo)電單元耦合到相位環(huán)上對(duì)應(yīng)的空間隔離點(diǎn)。天線可能形成聚合天線的組成部分，其中包含如上所述與平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)并耦合饋電節(jié)點(diǎn)的天線。相反，這種組合可能具有差分放大器，其具有耦合到饋電網(wǎng)絡(luò)的差分輸入。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“輻射”應(yīng)用于天線單元時(shí)，是指輻射電磁場(chǎng)的單元應(yīng)當(dāng)受激于工作于天線工作頻率的發(fā)射機(jī)。相反，當(dāng)天線耦合到接收機(jī)時(shí)，應(yīng)認(rèn)為這些單元從周圍環(huán)境吸收電磁能量，天線工作于一種互惠的方式。因此，這里包含“輻射”的專利描述和權(quán)利要求在權(quán)利范圍中，單獨(dú)針對(duì)接收機(jī)天線以及發(fā)射天線。通過(guò)附圖舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述

圖1是按照本發(fā)明從一個(gè)側(cè)面和近端對(duì)第一種天線的透視圖；圖2是承載平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器和前端射頻放大器的印刷電路板的透視圖，其中， 采用該電路板安裝圖1的天線；圖3A和圖;3B是天線的等效電路圖；圖4A和圖4B是按照本發(fā)明構(gòu)成第二種天線組成部分的天線單元的透視圖，圖4A 從一個(gè)側(cè)面和近端說(shuō)明該天線單元，圖4B從一個(gè)側(cè)面和遠(yuǎn)端說(shuō)明該天線單元；圖5A是按照本發(fā)明從一個(gè)側(cè)面和遠(yuǎn)端對(duì)第三天線的透視圖；圖5B是第三種天線安裝導(dǎo)體的圖形表示，視角同圖5A ；圖6是第三種天線饋電結(jié)構(gòu)的軸向截面；
圖6A是圖6所示饋電結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，說(shuō)明了從傳輸線饋電截面遠(yuǎn)端部分分離的壓板；圖7A和圖7B說(shuō)明了饋電結(jié)構(gòu)壓板導(dǎo)電層的導(dǎo)線分布圖；圖8是等效電路圖；圖9描述了第三種天線插入損耗(Sll)的頻率響應(yīng)；圖10說(shuō)明了第三種天線的改進(jìn)遠(yuǎn)端導(dǎo)線分布圖。如圖1所示，發(fā)明中的第一種天線包含一個(gè)12繞的介質(zhì)負(fù)載端射天線10，其有一個(gè)圓柱狀的介質(zhì)核心12，該核心由相對(duì)介電常數(shù)為36的陶瓷材料制成。圓柱體外表面部分12上的是軸向共存半圈螺旋軌跡14，每個(gè)軌跡形成了一個(gè)以天線中心軸為中心的延伸導(dǎo)電輻射單元(天線中心軸由核心的圓柱側(cè)表面12S所定義的)。 該核心具有一個(gè)垂直延伸到當(dāng)前天線軸線和側(cè)表面部分12S的近端核心。這就形成了天線的端面。天線的另一端由垂直延伸到天線軸線的核心遠(yuǎn)端表面部分12D構(gòu)成，這形成了另一個(gè)天線端面。放置在近端核心表面部分12P的是一個(gè)導(dǎo)電環(huán)16。每一個(gè)螺旋放射單元14延伸并穿過(guò)由核心近表面部分12P和圓柱側(cè)表面12S所形成的邊緣，一直到近表面部分12P上的導(dǎo)電環(huán)16外邊緣，相應(yīng)連接的螺旋單元14均勻分布在導(dǎo)電環(huán)周圍。螺旋單元14在靠近核心12P的遠(yuǎn)端的開路端14E終止。在本發(fā)明的這個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)中，螺旋單元14都有著相同的長(zhǎng)度，每一個(gè)都有長(zhǎng)度為四分之一天線工作頻率波長(zhǎng)的電長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為從當(dāng)前單元與近端導(dǎo)電環(huán)16的連接點(diǎn)到螺旋單元14的開路端14E的距離。 實(shí)際上，螺旋單元14構(gòu)成了一個(gè)開閉式的單極螺旋單元。在一個(gè)替代實(shí)現(xiàn)中，單元14為四分之一螺旋會(huì)比半圈螺旋更具優(yōu)勢(shì)。有兩個(gè)饋電連接導(dǎo)體18A、18B，從導(dǎo)電環(huán)16的內(nèi)環(huán)呈內(nèi)放射狀延伸，并放置在近端核心表面部分12P，它們?cè)谥睆椒较蛘鄬?duì)位置連接到導(dǎo)電環(huán)16。饋電連接導(dǎo)體的內(nèi)端部分，即它們與天線中軸線靠近的一端，形成了饋電節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)建立了天線的饋電連接平衡。每個(gè)饋電連接導(dǎo)體18A、18B在天線的工作頻率形成了一個(gè)串聯(lián)電感。一個(gè)旁路電容20橋接由饋電連接導(dǎo)體18A、18B內(nèi)端部分構(gòu)成的兩個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)，這個(gè)電容與上面提到的串聯(lián)電感一起，構(gòu)成了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。一對(duì)金屬?gòu)椈蛇B接器22從饋電節(jié)點(diǎn)向內(nèi)延伸以連接天線和接收機(jī)/發(fā)射機(jī)回路。導(dǎo)電環(huán)16的電長(zhǎng)度是在天線工作頻率的單波長(zhǎng)，即360°。相應(yīng)的，當(dāng)來(lái)自螺旋單元14的信號(hào)(在天線用于接收信號(hào)時(shí))或者來(lái)自于饋電節(jié)點(diǎn)的信號(hào)(在天線用于發(fā)送信號(hào)時(shí))驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電環(huán)時(shí)，它諧振于工作頻率，諧振電流回路在導(dǎo)電環(huán)16中，由于在導(dǎo)電環(huán)16 周圍的步進(jìn)相位以及近端周圍的螺旋單元14，使得天線諧振于圓極化模式。根據(jù)螺旋單元 14的振幅和相位的分布，調(diào)整螺旋單元14的相位，以這種的方式可以有效地合成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的偶極子進(jìn)而產(chǎn)生需要的圓極化特性。因此，導(dǎo)電環(huán)16實(shí)際上是一個(gè)拓?fù)湟饬x上在饋電節(jié)點(diǎn)和輻射單元之間的相位環(huán)， 后者由饋電節(jié)點(diǎn)通過(guò)這個(gè)中間的相位環(huán)來(lái)驅(qū)動(dòng)。(注意這個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)是在導(dǎo)電環(huán)16的內(nèi)部，輻射單元卻在外部。)在這一實(shí)現(xiàn)中，導(dǎo)電環(huán)16是連續(xù)的。然而，如下文所述，也可能有兩個(gè)中斷，再由電容橋接，形成了替代匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。
如圖所示，圓形的導(dǎo)電環(huán)是首選，但卻不是必須的。雖然在這一實(shí)現(xiàn)中，有12個(gè)螺旋輻射單元，但是也可以使用較少數(shù)量，如10個(gè)、8個(gè)、6個(gè)或者4個(gè)。一個(gè)普遍的特點(diǎn)是， 相位環(huán)形成了一個(gè)封閉的諧振于工作頻率的導(dǎo)體環(huán)。這樣的話，盡管這種情況下這些單元都具有相同的長(zhǎng)度和配置，但是導(dǎo)體環(huán)16對(duì)螺旋單元15的相位調(diào)整有要求。使用諧振環(huán)的這種方法，尤其是將諧振環(huán)放置在核心12形成的底板上作為導(dǎo)體部分時(shí)，會(huì)形成一個(gè)特別穩(wěn)定的相位單元，此種方法比集中逐步網(wǎng)絡(luò)相對(duì)便宜，同時(shí)可以維持一個(gè)不錯(cuò)的產(chǎn)量。舉個(gè)例子，如果使用四分之一波長(zhǎng)的螺旋單元14，在饋電節(jié)點(diǎn)處的天線阻抗相對(duì)較低(一般為幾歐姆)。如上文提到的，這些饋電節(jié)點(diǎn)形成了一個(gè)平衡的饋電點(diǎn)。該天線用于單端接收器時(shí)，應(yīng)該與承載有平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器的印刷電路板相連接，如圖2所示。參考圖2， 一個(gè)前段接收器電路板30具有印制軌跡32，用來(lái)連接近端的天線(圖1)引腳22。印制軌跡32構(gòu)成了天線和平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器之間的連接，該平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器單元是從 Johanson Technology, Inc. (Camarillo, CA90312, USA)制造的范圍中 BL15 類型下所選取的。平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器電路34為前端射頻放大器36提供了單端輸出，它也裝載在印刷線路板30上。天線的發(fā)射方式和常規(guī)的介質(zhì)負(fù)載四臂天線類似，它也是心形的，有一個(gè)遠(yuǎn)端軸線最大值，并且大體是全方向的。圖1中天線的匹配網(wǎng)絡(luò)是串聯(lián)電感-旁路電容類型的，如圖3A和;3B中的等效電路所說(shuō)明的那樣。圖3A說(shuō)明導(dǎo)體環(huán)16是一個(gè)回路，每個(gè)饋電連接導(dǎo)體18A(圖1)都由電感L來(lái)代表，電容20 (圖1)表示為一個(gè)穿過(guò)饋電節(jié)點(diǎn)F的旁路電容C。參考圖3B，相位環(huán)和相連的螺旋單元表示為一個(gè)電阻或者多個(gè)電阻R。等效電路圖3B為一個(gè)平衡布置。一般來(lái)講，源阻抗表示為天線和匹配網(wǎng)絡(luò)，在饋電節(jié)點(diǎn)測(cè)量時(shí)，其數(shù)值為50歐姆。如圖4A和4B所示，發(fā)明中的第二種天線有兩個(gè)相位環(huán)用來(lái)保證相位的穩(wěn)定。為了簡(jiǎn)單，在圖4A的近端視圖中，放置在核心的近端表面部分12P部分的導(dǎo)體沒有與引腳和旁路匹配電容相連接。實(shí)際使用中，天線中包含有這些部分(如圖1所示)。近端表面部分 12P的圖大體上和上文描述的第一種天線相同。但是，如圖4B所示，在這一實(shí)現(xiàn)中，每個(gè)螺旋單元14大體上都繞核心12做了全圈螺旋，延伸并穿過(guò)由圓柱側(cè)表面部分12S和遠(yuǎn)端表面12D交界所形成的邊緣，一直到第二導(dǎo)體環(huán)40，該環(huán)放置在遠(yuǎn)端表面部分12D上。在替代時(shí)間中，螺旋單元是半圈螺旋的。這一實(shí)現(xiàn)中每一個(gè)螺旋單元14的電長(zhǎng)度都是天線工作頻率波長(zhǎng)的一半。在這種天線的變體中，螺旋單元會(huì)有全波長(zhǎng)的電長(zhǎng)度或者為更高的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。如上文所述圖1中的第一個(gè)天線，近端導(dǎo)體環(huán)16的電長(zhǎng)度為全波長(zhǎng)，即360°，這一天線中，遠(yuǎn)端導(dǎo)體環(huán)40具有同樣的尺寸。但是，也可能使兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)的電長(zhǎng)度不同來(lái)區(qū)分它們的諧振頻率， 進(jìn)而提高天線的帶寬。盡管對(duì)于給定的核心材料和核心直徑，第二種天線的核心12比第一種天線的更大而且更重，但是第二個(gè)相位環(huán)提供了更好的相位穩(wěn)定性。參考圖5A和5B，發(fā)明中的第三種天線是一種十繞螺旋天線，其具有10個(gè)分成兩組的延伸天線單元，其中一組包含一些閉合回路的螺旋導(dǎo)電軌跡50A、50B、50C、50D、50E、 50F ；另外一組包含一些開路的導(dǎo)體軌跡51A、51B、51C、51D。這些軌跡都被放置在固體圓柱核心52的圓柱外表面部分52C上。
該核心由陶瓷材料制成。在這種情況下，它是一種相對(duì)介電常數(shù)為36鈦酸鹽材料。這一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，計(jì)劃用于GPS Ll和L2基帶(1575. 42MHz和1227. 6MHz)，核心的直徑為14毫米。核心的長(zhǎng)度為17. 75毫米，比直徑長(zhǎng)，但是在另一個(gè)實(shí)施例中會(huì)比直徑短。第三種天線是一種背射螺旋天線，因?yàn)樗哂幸粋€(gè)同軸傳輸線路饋電器，放置在軸向的內(nèi)腔(沒有畫出)中，從核心的遠(yuǎn)端面52D穿過(guò)核心到近端面52P。端面52D和52P 都是平坦的并且與核心的中軸線垂直。它們相反方向放置，因?yàn)檫@一實(shí)施例中，一個(gè)朝向遠(yuǎn)端另一個(gè)朝向近端。同軸傳輸線是一個(gè)硬的同軸饋電線，放置在帶有外屏蔽導(dǎo)體的腔中， 并于腔壁保持一定距離，使得屏蔽導(dǎo)體與核心52的材料之間存在有效的絕緣層。參考圖 6，同軸傳輸饋電線具有一個(gè)導(dǎo)體管外屏蔽層56，一種第一管狀空氣間隙或者絕緣層57，和一個(gè)延伸內(nèi)部導(dǎo)體58，此導(dǎo)體通過(guò)絕緣層57與屏蔽層絕緣。屏蔽層56具有外部保護(hù)和一體成型的彈簧56T或者的逆電流器，把該屏蔽層與腔壁隔離。一種第二管狀空氣間隙位于屏蔽層56和腔壁之間。絕緣層57改由一個(gè)塑料套構(gòu)成，屏蔽層56和腔壁之間的層也一樣。在較低的近端饋電線中，內(nèi)導(dǎo)體58位于屏蔽層56的中心(未標(biāo)明)，這在上文提到的 W02006/136809 有說(shuō)明。屏蔽層56，內(nèi)導(dǎo)體58和絕緣層57構(gòu)成一根預(yù)定特性阻抗的傳輸線，這里是50歐姆，在軸向的腔中穿過(guò)天線的核心52(未標(biāo)明)，用于耦合遠(yuǎn)端螺旋軌跡50A-50F，51A-51D 到天線連接設(shè)備的射頻回路中。電線單元50A-50F，51A-51D與饋電線之間的耦合通過(guò)與螺旋軌跡50A-50F，51A-51D相關(guān)的導(dǎo)體連接部分產(chǎn)生，這些連接部分形成短放射狀軌跡 50AR、50BR、50CR、50DR、50ER、50FR、51AR、51BR、51CR、51DR，并放置在核心 52 的遠(yuǎn)端面 52D 上。每一連接部分從當(dāng)前螺旋軌跡的遠(yuǎn)端延伸到遠(yuǎn)端導(dǎo)體相位環(huán)16的外部邊緣，該相位環(huán)放置在核心遠(yuǎn)端面52D與核心中軸向腔相鄰的地方。如圖5B所示，相位環(huán)16更臨近于核心的遠(yuǎn)端面52D和近端螺旋軌跡50A-50F、51A-51D，距離天線中軸線和軸向傳輸饋電線的位置會(huì)稍遠(yuǎn)一些(如圖6所示)。在這一實(shí)施例中，在第一工作頻率即GPS Ll的頻率 1575. 42MHz，相位環(huán)16具有平均的直徑尺寸11毫米，以及全波長(zhǎng)的電長(zhǎng)度，即360°。開路的螺旋軌跡51A-51D也諧振于天線的第一工作頻率1575. 42MHz，且通過(guò)當(dāng)前的連接部分51AR-51DR連接到遠(yuǎn)端的相位環(huán)16 (如圖5B所示)。盡管它們沒有絕對(duì)均勻地分布在相位環(huán)16的周圍，但是分布對(duì)于四個(gè)開路的單元是足夠均衡的，令它們能夠在第一種天線諧振模式下產(chǎn)生圓極化反饋。閉合的螺旋軌跡50A-50F用第二組輻射單元來(lái)表示，它們諧振于第二種較低的工作頻率，即GPS L2頻率，1227. 60MH，代表了第二種天線諧振模式。它們同樣通過(guò)當(dāng)前的連接部分50AR-50FR連接到遠(yuǎn)端相位環(huán)16，如下文所將要說(shuō)明的那樣。遠(yuǎn)端相位環(huán)16通過(guò)一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到屏蔽層和軸向傳輸線部分的內(nèi)導(dǎo)體16、 18，這利用了遠(yuǎn)端面52D上的層壓板59，這也將在下文中說(shuō)明。軸向傳輸饋電線部分和層壓板59共同在集中到核心52前組成了饋電結(jié)構(gòu)，他們之間的內(nèi)在聯(lián)系可以通過(guò)比較圖5A和圖6得到。相位環(huán)16的電長(zhǎng)度由這些因素決定，包含物理路徑長(zhǎng)度、核心材料的相對(duì)介電常數(shù)、配置、位置和材料的層壓板59。再次參考圖6，傳輸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體既有一個(gè)近端部分58P，來(lái)保護(hù)一個(gè)從核心52 的近端面52P到設(shè)備回路的引腳。類似的，屏蔽層56近端面上的完整凸耳(圖中未示出)，在核心近端面52P接地設(shè)置時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。第一組的六個(gè)閉合回路螺旋軌跡50A-50F的近端面與一個(gè)常規(guī)虛接地導(dǎo)體60相連。在這一實(shí)施例中，常規(guī)導(dǎo)體是第二種環(huán)形相位環(huán)并且以鍍套的形式環(huán)繞在核心52的近端部分。導(dǎo)電套60在靠近核心的地方，通過(guò)放置核心52的近端面52P的導(dǎo)電覆層62連接到帶饋電線的屏蔽導(dǎo)體56 (圖1)。第一組的六個(gè)閉合回路螺旋軌跡50A-50F有著不同的長(zhǎng)度，50A-50C和50D-50F中的三個(gè)單元由于屏蔽層邊緣60U的距離到核心的近端面52P的不同而使長(zhǎng)度有所不同。長(zhǎng)度最短的單元是50A和50D連接到了導(dǎo)電套60，邊緣20U到近端面52P的距離比最長(zhǎng)天線單元50C、50F連接到導(dǎo)電套60的距離要長(zhǎng)。在GPS L2的頻率1227. 60MHz的條件下，當(dāng)天線工作于第二種諧振模式，即天線對(duì)圓極化信號(hào)敏感時(shí)，閉合回路螺旋軌跡50A-50F的導(dǎo)體路徑的不同長(zhǎng)度導(dǎo)致了 50A-50C，50D-50F中三種單元相位的不同。這種模式下，電流將圍繞著連接核心52 —面的遠(yuǎn)端相位環(huán)16的50D，、50E、50F單元和連著核心另一面的遠(yuǎn)端相位環(huán)16的50A、50B、50C單元之間的導(dǎo)電套60的邊緣60U。導(dǎo)電套60、近端面52P的鍍層62以及饋電線56、58的外屏蔽層56共同形成了一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器，安裝時(shí)提供天線和天線連接設(shè)備的常規(guī)屏蔽。平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器把饋電線56、58近端的單端電流轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)端的平衡電流，使其出現(xiàn)在核心52的遠(yuǎn)端面部分52D上。導(dǎo)電套60的邊緣60U的電長(zhǎng)度Ag2，λ g2，作為電流以天線的第二諧振模式頻率通過(guò)邊緣60U時(shí)的波導(dǎo)波長(zhǎng)，使得邊緣呈現(xiàn)出在該頻率上的環(huán)形諧振。屏蔽環(huán)邊緣60U作為諧振單元的相關(guān)操作的更多細(xì)節(jié)在上文提到的EP1147571A有更多的描述同時(shí)，該實(shí)施例中的導(dǎo)電套60和鍍層62具有一定的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗麄兛梢酝瑫r(shí)提供平衡-非平衡轉(zhuǎn)換功能和環(huán)諧振功能，環(huán)諧振可以通過(guò)連接圖4A和4B所示的第二組環(huán)狀導(dǎo)體螺旋軌跡50A-50F來(lái)獨(dú)立地提供，這種環(huán)狀導(dǎo)體圍繞著核心52并且具有核心外表面的近端和遠(yuǎn)端邊緣，這種方式不同于上面提到的，把屏蔽層連接到饋電線保護(hù)導(dǎo)體56形成開端諧振器的實(shí)現(xiàn)方式。這種導(dǎo)體可以相對(duì)較窄使得它可以構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的軌跡，寬度和構(gòu)成螺旋軌跡50A-50F，51A-51D的導(dǎo)體軌跡相似，并且可以提供天線工作頻率波導(dǎo)波長(zhǎng)相匹配的電長(zhǎng)度，還可以提供環(huán)諧振來(lái)增強(qiáng)與閉合回路螺旋軌跡50A-50F的環(huán)路相連的諧振模式，即第二種諧振模式?？梢妼?dǎo)電套60的邊緣60U起到了近端相位環(huán)的作用，以增強(qiáng)在工作頻率即 1227. 60MHz下的圓極化諧振。然而如上文提到的，套邊緣60U位于核心52的外圓柱表面部分52C，在另一種形式中，平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器可能僅由一個(gè)核心52近端面52P上的片狀的導(dǎo)體構(gòu)成，利用延伸在核心52的近表面52P的螺旋軌跡50A-50F，來(lái)形成整個(gè)位于近端面部分52P的相位環(huán)。導(dǎo)電套60和近端表面鍍層62起到了隔離閉合回路螺旋軌跡50A-50F與核心近端面52P饋電線屏蔽層56之間電流的作用。值得注意的是，閉合回路螺旋軌跡50A-50F可以視作遠(yuǎn)端相位環(huán)16與三個(gè)螺旋軌跡相連的兩個(gè)子集，使得每個(gè)閉合回路螺旋軌跡的子集一般來(lái)說(shuō)都有一個(gè)長(zhǎng)軌跡50C、50F，一個(gè)中等長(zhǎng)度的軌跡50B、50E和一個(gè)短軌跡50A、50D。導(dǎo)體環(huán)16相對(duì)的三個(gè)導(dǎo)體環(huán)路最短的閉合回路螺旋軌跡50A、50D與屏蔽層邊緣 60U的環(huán)路、中等長(zhǎng)度的閉合回路螺旋軌跡50B、50E與屏蔽層邊緣60U的環(huán)路、最長(zhǎng)的閉合回路螺旋軌跡50C、50F與屏蔽層邊緣60U的環(huán)路，電長(zhǎng)度均約等于λ g2，即第二諧振模式頻率環(huán)路的波導(dǎo)波長(zhǎng)。這些輻射單元都是半圈螺旋單元并且是在核心的圓柱面部分52C上延伸的。閉合回路螺旋軌跡50A-50F的配置和他們之間的連接，與單個(gè)介質(zhì)負(fù)載六繞螺旋天線相似，操作方法的更多細(xì)節(jié)詳見GBM45478A.與閉合回路螺旋軌跡50A-50F相比，另一種螺旋導(dǎo)體軌跡51A-51D具有在位于核心遠(yuǎn)端表面部分52D和屏蔽層邊緣60U之間的核心圓柱表面部分52C上的開路近端面，如圖5A和5B所示。這些開路螺旋軌跡的安排使得它們均勻地分布在核心周圍，與閉合回路螺旋軌跡50A-50F交叉，每個(gè)開路軌跡51A-51D繞核心中軸線做半圈螺旋。由于均勻地分布在核心中軸線周圍，開路軌跡51A-51D由正交的51A，51C;51B，51D構(gòu)成。每一個(gè)開路軌跡51A-51D，與核心遠(yuǎn)端表面部分52D相應(yīng)的輻射連接單元51AR-51DR，構(gòu)成了某種意義的四分之三波長(zhǎng)的單極天線，這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)軌跡的電長(zhǎng)度大約等于四分之三的天線第一諧振模式頻率沿軌跡的波導(dǎo)波長(zhǎng)λ gl，該波長(zhǎng)受其他因素(如開路單元的長(zhǎng)度)影響。在這一實(shí)施例中，第一種圓極化模式的頻率是GPS Ll的頻率，S卩1575.42MHz.。如使用閉合回路螺旋軌跡50A-50F —樣，開路軌跡51A-51D也呈現(xiàn)出物理長(zhǎng)度和電長(zhǎng)度的不同。因此，開路軌跡包含了第一對(duì)截然相反的軌跡51A、51C，它比第二對(duì)截然相反的軌跡51B、51D長(zhǎng)。這些長(zhǎng)度的微小差別造成了相應(yīng)諧振的相位超前和相位滯后。需要注意的是，這一實(shí)現(xiàn)中的第一種諧振模式頻率比第二種高。在其他的實(shí)施例中，也可能出現(xiàn)相反的情況。盡管一般說(shuō)來(lái)，閉合回來(lái)單元具有平均電長(zhǎng)度η λ g2/2，開路單元具有平均電長(zhǎng)度Om-I) λ gl/4，但是當(dāng)η和m為正整數(shù)時(shí)，可能使用螺旋單元的諧波共振。既然開路軌跡51A-51D與相應(yīng)的輻射連接單元51AR-51DR組成的單極天線系統(tǒng)和屏蔽層邊緣60U之間不存在連接，那么第一種圓極化諧振模式由層邊緣60U的環(huán)諧振的獨(dú)立性決定。然而，遠(yuǎn)端相位環(huán)16和由導(dǎo)電套60、饋電線56、58和核心近端表面52P的鍍層 62與它們之間的連接形成的平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器(降低了屏蔽導(dǎo)體56固有電容的影響)， 提高了與四臂單極天線51A-51D的匹配度，進(jìn)而在第一種諧振模式下產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定圓極化輻射方式。此外，單極天線長(zhǎng)度的限度也放寬了。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“輻射”應(yīng)用于天線單元時(shí)，是指輻射電磁場(chǎng)的單元應(yīng)當(dāng)受激于工作于天線工作頻率的發(fā)射機(jī)。相反，當(dāng)天線耦合到接收機(jī)時(shí)，應(yīng)認(rèn)為這些單元從周圍環(huán)境吸收電磁能量，天線工作于一種互惠的方式。因此，這里包含“輻射”的專利描述和權(quán)利要求在權(quán)利范圍中，單獨(dú)針對(duì)接收機(jī)天線以及發(fā)射天線。關(guān)于五個(gè)螺旋軌跡50A、51A、50B、51B、50C ；50D、51C、50E、51D、50F 連接到遠(yuǎn)端相位環(huán)16的兩種方法，閉合回路軌跡50A、50B、50C ；50D、50E、50F和開路軌跡51A、51B ；51C、 51D圍繞在核心周圍時(shí)是關(guān)于中心線CLl ；CL2對(duì)稱的，(見圖5B)。換句話說(shuō)，對(duì)于每個(gè)饋電耦合節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其排列方式是關(guān)于當(dāng)前中線的鏡像。更特別的是，螺旋軌跡連接在每個(gè)饋電耦合節(jié)點(diǎn)上，它們組成了多對(duì)相鄰的天線單元。每對(duì)組成了一個(gè)閉合回路天線單元和一個(gè)開路天線單元，天線單元的隊(duì)列按給定的方向圍繞在核心周圍，閉合回路單元對(duì)超過(guò)開路單元對(duì)的數(shù)量，與同方向開路單元對(duì)超過(guò)閉合回路單元對(duì)的數(shù)量相等。要記住，在前面的內(nèi)容中，每個(gè)單元“對(duì)”可以包含至少一個(gè)其他“對(duì)”的單元，天線單元耦合到遠(yuǎn)端相位環(huán)16的另一側(cè)，包含四對(duì):50A、51A ；51A、50B ；50B、51B ；及51B、50C。這四對(duì)中，從天線上面逆時(shí)針俯視這些序列，有兩對(duì)閉合回路單元超過(guò)開路單元50A、51A;50B、51B，兩對(duì)開路單元超過(guò)閉合回路單元5認(rèn)、508;5讓、50(，這就滿足了上面提到了數(shù)量相等的條件。對(duì)于天線單元連接到相位環(huán)16的另一邊的情況也是相同的。還有兩對(duì)閉合回路單元超過(guò)開路單元50D、 51C ；50E.51D兩對(duì)開路單元超過(guò)閉合回路單元51C、50E ；51D、50F。這些閉合回路和開路單元序列都已建立起來(lái)，產(chǎn)生比沒有達(dá)到這些條件的天線更好的輻射方式?？赡軙?huì)遇見這樣的情況，一個(gè)天線僅有四個(gè)閉合回路單元和四個(gè)開路單元。然而， 六個(gè)單元組成一種，四個(gè)單元組成另一種，即在這種情況下，六個(gè)閉合回路單元和四個(gè)開路單元會(huì)更佳，因?yàn)槊恳唤M50A-50F ；51A-51D會(huì)有一個(gè)更一致的空間分配。相應(yīng)的，如果完整的天線單元50A-50F，51A-51D是均勻地圍繞在核心周圍，在任何給定的垂直于天線軸的底板上，閉合回路螺旋軌跡50A-50F將有一個(gè)72°的角間距G對(duì)軌跡)或36°的角間距G 對(duì)軌跡)。最大的60°適宜分布偏差為。若考慮4個(gè)開路螺旋軌跡51A-51D，內(nèi)部單元角度分配為72°或108°，即產(chǎn)生一個(gè)從90°僅為18°的最佳偏差。阻抗匹配由一個(gè)印刷線路板(PCB) 59上的匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該板面對(duì)面地裝載在核心的遠(yuǎn)端表面52D上(如圖1所示)。PCB 59形成了包含饋電線56、58的饋電結(jié)構(gòu)的一部分，(如圖6所示)。饋電線56、58不僅僅實(shí)現(xiàn)了用來(lái)傳輸天線信號(hào)的50歐姆特性阻抗。首先，像上面提到的，屏蔽層56和導(dǎo)電套60 —起在天線單元結(jié)構(gòu)到饋電結(jié)構(gòu)中起到了提供常規(guī)隔離作用。根據(jù)屏蔽層導(dǎo)體的長(zhǎng)度，即(a)屏蔽層連接至核心近端面52P上的鍍層62的距離(b) 屏蔽層連接至PCB聚合板59上導(dǎo)體的距離，與軸向內(nèi)腔(其中具有饋電的傳輸線路)的直徑，及將屏蔽層56與腔壁之間的空間填充的材料的介電常數(shù)，所述外表面上屏蔽層56的電長(zhǎng)度大約是天線兩種諧振需求模式中每種頻率波長(zhǎng)的四分之一。因此，導(dǎo)電套60、鍍層62 與屏蔽層56的組合，在天線單元結(jié)構(gòu)的饋電結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)上產(chǎn)生了平衡電流。在優(yōu)選的天線中，有一個(gè)絕緣層包裹在饋電結(jié)構(gòu)保護(hù)層16的周圍。這層的介電常數(shù)比核心52的介電常數(shù)低，其在優(yōu)選天線中是空氣層，它減小了核心52在屏蔽層56的電長(zhǎng)度上的影響。既然與需要的工作頻率相關(guān)的諧振模式以電壓偶極子的徑向延伸為特征， 那么諧振需求模式中的低介電常數(shù)保護(hù)套的影響是相對(duì)較小的，因?yàn)楸Ｗo(hù)套是有厚度的， 至少在最佳的實(shí)現(xiàn)中，比那種核心小的多。因此，可能引起與從需要的諧振模式耦合到屏蔽層56相關(guān)的線性諧振模式。天線具有由螺旋天線單元50A-50F，51A_51D的有效電長(zhǎng)度決定的諧振頻率。天線的電長(zhǎng)度，對(duì)于給定的諧振頻率來(lái)說(shuō)，也是取決于核心材料的相對(duì)介電常數(shù)，天線直徑也大致降低到當(dāng)前空氣核心的四臂天線。既然相位環(huán)放置在核心材料上，它們的直徑也大致降低到當(dāng)前空氣中的全波長(zhǎng)。本發(fā)明中的天線特別適合用于IGHz雙頻帶衛(wèi)星通信。在這種情況下，第二組的螺旋天線單元50A-50F有平均縱向延伸(即平行于中軸線)，約為16毫米，同時(shí)，第一組的 51A-51D也有一個(gè)平均縱向延伸，約為15. 5毫米。導(dǎo)體套20的長(zhǎng)度一般約為1. 75毫米。 這在雙頻帶頻率上形成了一個(gè)四波平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器。這個(gè)尺寸不是很精確。確實(shí)，某種情況下導(dǎo)體套的長(zhǎng)度可以在兩個(gè)中心頻率上產(chǎn)生一個(gè)四波平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器，這取決于中心頻率的距離。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)體套在中心頻率平均值處形成四波平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器是比較好的。天線單元50A-50F和51A-51D的精確尺寸能夠在設(shè)計(jì)階段和實(shí)踐中得到不斷修正。核心軸向腔中的軸向傳輸線的尺寸在2毫米之內(nèi)。下面將敘述更多的饋電結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。如圖6所示，饋電結(jié)構(gòu)包含了軸向50歐姆饋電線56、57、58和連接到線路遠(yuǎn)端的聚合板59。PCB板59比核心52的尺寸小使得PCB板 59完全處于核心52遠(yuǎn)端面52D的邊緣之內(nèi)，(如圖1所示)。這一實(shí)施例中，PCB板以盤狀形式位于核心遠(yuǎn)端面52D上。它的尺寸可以使得其邊緣位于處在核心遠(yuǎn)端和核心表面部分52D的相位環(huán)之上。如圖6A的剖面圖所示，聚合板 59有一個(gè)中心孔72，可以用于安裝軸向饋電線的內(nèi)導(dǎo)體58。三個(gè)離心孔74用于安裝屏蔽層56的遠(yuǎn)端耳56G。遠(yuǎn)端耳56G是彎曲的，用以協(xié)助當(dāng)前的軸向饋電結(jié)構(gòu)固定到PCB板59。 所有的4個(gè)孔32，34都是穿透的。另外，59A、59PB邊緣的59P部分放置在聚合板的近端和遠(yuǎn)端面上。PCB板有一個(gè)聚合板，有一個(gè)絕緣層和三個(gè)導(dǎo)體層。額外的絕緣層和導(dǎo)體層可以在備選的發(fā)明實(shí)施例中使用。如圖6A所示，在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)外部導(dǎo)體層包含遠(yuǎn)端層 76和近端層78，近端層78被絕緣層80A、80B隔開。絕緣層80A、80B以玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂板制成。在絕緣層80A、80B之間是導(dǎo)體層81。遠(yuǎn)端和近端的導(dǎo)體層被當(dāng)前的導(dǎo)體所侵蝕，如圖7A和7B所示。從導(dǎo)體層76、78圖紙所示的導(dǎo)體圖案可以看出，遠(yuǎn)端導(dǎo)體層76有一個(gè)延長(zhǎng)的導(dǎo)體軌跡36L1和36L2，它們連接到內(nèi)部饋電線導(dǎo)體58上。在它由第一鍍層邊緣位置59PA形成的外部端點(diǎn)上，扇形導(dǎo)體86A在核心軸線上呈90°的角度。這一內(nèi)部饋電導(dǎo)體58和扇形導(dǎo)體86A之間的延伸軌跡是76L1和76L2兩部分之中的，由于它們相對(duì)狹長(zhǎng)的形狀，構(gòu)成了在天線工作頻率上的電感。既然第一邊緣位置59PA連接到了在輻射導(dǎo)體 50DR、50ER、50FR、5ICR、5IDR范圍內(nèi)的遠(yuǎn)端環(huán)16 (在核心遠(yuǎn)端面52D上，如圖5A所示)，這些電感在內(nèi)饋電線導(dǎo)體18和當(dāng)前螺旋天線單元之間串聯(lián)起來(lái)，即兩個(gè)組50A-50F ；51A-51D。饋電線屏蔽層56在放于聚合板74中的孔時(shí)，是直接連接到板的正對(duì)面的鍍層邊緣位置59PB，這是通過(guò)第二種外延的扇形電流導(dǎo)體86B來(lái)連接的，由于它有相對(duì)較大的面積，所以電感較小。相應(yīng)的，屏蔽層被有效的地直接連在了位于其他輻射導(dǎo)體10AR，50BR， 50CR，51AR，51BR范圍內(nèi)的相位環(huán)16上。第二種扇形導(dǎo)體86B向第一種扇形導(dǎo)體86A沿著軌跡36L1，36L2延伸，以提供分離的旁路電容的焊點(diǎn)。在這一實(shí)現(xiàn)中，第二種扇形導(dǎo)體86B 有兩種擴(kuò)展，76FA和76FB在反面平行于電感軌跡76L1，76L2。每一種擴(kuò)展(76FA和76FB) 都由一條更寬的電感可忽略的軌跡構(gòu)成。76FA提供了一種瓷片電容82-1，連接到了與中心孔72相關(guān)的鍍層上，第二種瓷片電容82-8A，連接到兩個(gè)電感軌跡76L1和76L2的交點(diǎn)上。 另一種擴(kuò)展36FB提供了第三種瓷片電容器82-2B，也是連接到電感軌跡76L1和76L2的交點(diǎn)上。在這一實(shí)施例中，電容器82-1，82-2Α，82-2Β為0201瓷片電容(如Murata GJM)。需要指出的是，由于位于聚合板59的遠(yuǎn)端面，扇形導(dǎo)體86A和86B被分開放置在核心的遠(yuǎn)端面52P上。上面提到的2孔匹配網(wǎng)絡(luò)在圖8中有說(shuō)明。該網(wǎng)絡(luò)提供了以下的雙頻帶匹配(a) 子電路100、101，分別表示由閉環(huán)的螺旋元件50A-50F及輔助部分構(gòu)成的源極，和由開環(huán)的螺旋元件51A-51D及輔助部分構(gòu)成的源極；(b) —個(gè)50歐姆的負(fù)載102。在這個(gè)例子中， 饋電線56-58(圖6和6A)是一個(gè)50歐姆的同軸電纜部分104。電感Ll和L2由軌跡部分 76L1、76L2構(gòu)成(見上)。旁路電容器Cl表示圖6A和7A的電容器82_1。另一個(gè)旁路點(diǎn)容 C2由兩片平行的瓷片電容82-2A，82-2B組成(見上，參考圖7A)。使用了兩個(gè)電容用做電容C2來(lái)獲得相對(duì)高的電容值，從而可以使用低輪廓瓷片電容并降低阻抗損耗。
中間導(dǎo)體層81的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)，這個(gè)環(huán)與導(dǎo)體邊緣59A，59B和相應(yīng)的孔72，74分開。這個(gè)環(huán)或者叫做圈墊劃定了與相位環(huán)16相關(guān)的電磁區(qū)域，進(jìn)而降低其第一種工作頻率的諧振頻率。核心遠(yuǎn)端面52D上饋電線59、58，PCB板59和導(dǎo)體軌跡之間的連接，是以導(dǎo)電膠水焊接或者粘連的。饋電線56-58和聚合版59共同形成了饋電結(jié)構(gòu)，此時(shí)，內(nèi)導(dǎo)體58的遠(yuǎn)端面焊接在聚合板的通道72上，保護(hù)耳56G在當(dāng)前的離心孔74中。饋電線56-58和PCB板 59共同形成了一個(gè)帶完整匹配網(wǎng)絡(luò)的饋電結(jié)構(gòu)。匹配網(wǎng)絡(luò)由串聯(lián)電感Li、L2，旁路電容Cl、C2構(gòu)成，它連接到射頻回路時(shí)，在天線的輻射單元結(jié)構(gòu)和傳輸線遠(yuǎn)端的50歐姆端之間形成了匹配網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)旁路阻抗代表了匹配網(wǎng)絡(luò)，提高了單極天線單元51A-51D的容限，并對(duì)當(dāng)前的輻射模式有所改進(jìn)。如上所述，饋電結(jié)構(gòu)在插入核心52之前聚合成一個(gè)單元，聚合板19于同軸線 16-18綁在了一起。第三種天線的后續(xù)制造步驟在W02006/136809中有說(shuō)明。使用上面說(shuō)明的結(jié)構(gòu)，可能創(chuàng)造一個(gè)雙頻帶的圓極化頻率響應(yīng)，天線的插入損耗-頻率圖如圖9所示。天線的第一頻帶以上諧振頻率&為中心，第二頻帶以下諧振頻率 &為中心。這一天線中，兩中心頻率距離&卞約為平均頻率的l/2(f\+f2)的25%。在當(dāng)前的右圓極化波中，其主要為向上的輻射方式。本發(fā)明中的天線可以適于左手圓極化波。使用左手圓極化波的服務(wù)為全球聲音和數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個(gè)中心頻率約為1616MHz的頻帶和另一個(gè)中心頻率為 2492MHz的頻帶。上述所述為不連續(xù)的相位環(huán)16的可行性。這一實(shí)現(xiàn)提供了在給定空間選擇相位環(huán)諧振頻率的彈性。另外，電容形成了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。這一實(shí)施例中，通過(guò)上面描述的短輻射連接部分，把相位環(huán)的外部邊緣連接到螺旋輻射單元(如圖5A和5B所示)。圖 10中沒有標(biāo)明饋電結(jié)構(gòu)。實(shí)際中，可能使用具有與上面描述相同的物理配置的PCB匹配網(wǎng)絡(luò)。擴(kuò)展輻射饋電連接導(dǎo)體18A、18B把相位環(huán)16直接耦合到軸向傳輸饋電線上，或者對(duì)于端射天線，耦合到軸向電路板上(如圖2所示)。
權(quán)利要求
1.一種圓極化輻射多繞組天線，具有超過(guò)200MHz的工作頻率，其特征在于，所述天線中包含了一個(gè)電絕緣底板；一對(duì)饋電節(jié)點(diǎn)；至少4個(gè)放置在底板上的延伸導(dǎo)體輻射單元，所述饋電節(jié)點(diǎn)與所述輻射單元之間相互連接及耦合；一個(gè)由諧振于工作頻率的閉合回路構(gòu)成的相位環(huán)，所述輻射單元在對(duì)應(yīng)的空間隔離耦合位置與所述相位環(huán)耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線設(shè)有一中心軸線，并且所述相位環(huán)包含一個(gè)位于底板上且環(huán)繞所述軸線的導(dǎo)體軌跡。
3.如權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，所述天線的相位環(huán)中，還包含一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，所述天線的相位環(huán)中，還包含至少一對(duì)與導(dǎo)電軌跡部分串聯(lián)的總電抗，所述導(dǎo)電軌跡部分和總電抗一起形成諧振于工作頻率的所述閉合回路。
5.如上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的天線，其特征在于，所述底板是一個(gè)實(shí)心電介質(zhì)材料構(gòu)成的圓柱體，介電常數(shù)至少為5，所述圓柱體有一個(gè)圓柱形的側(cè)表面部分，以及近端和遠(yuǎn)端表面部分；由所述實(shí)心材料形成的一個(gè)核心，占據(jù)了由該核心外表面所決定的內(nèi)部空間的大部分；所述相位環(huán)位于所述核心的近端或遠(yuǎn)端其中的一個(gè)端面部分上；所述饋電節(jié)點(diǎn)位于中心，并且通過(guò)沿所述圓柱體軸線放射性延伸的饋電連接導(dǎo)體，將所述饋電節(jié)點(diǎn)耦合到所述相位環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，所述天線內(nèi)部的相位環(huán)為圓形。
7.如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述天線內(nèi)部的底板是一個(gè)有圓柱形側(cè)表面部分，及近端和遠(yuǎn)端表面部分的圓柱體；所述相位環(huán)位于近端或遠(yuǎn)端其中的一個(gè)端面部分上，所述饋電節(jié)點(diǎn)位于中心并且通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)耦合到相位環(huán)上；所述匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有一對(duì)反向布置的連接導(dǎo)體與所述相位環(huán)連接。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述連接導(dǎo)體包含扇形導(dǎo)體，每個(gè)所述扇形導(dǎo)體有一個(gè)連接到相位環(huán)的外表面部分，其與圓柱體軸線的角度至少為45°。
9.如上述任意一條權(quán)利要求所述的天線，其特征在于，所述輻射單元設(shè)置的第一端點(diǎn)耦合到相位環(huán)，還設(shè)置有第二端點(diǎn)與所述相位環(huán)相分離。
10.如權(quán)利要求9所述的天線，其特征在于，所述天線中有一些輻射單元的第二端點(diǎn)是開路結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9所述的天線，其特征在于，所述天線還設(shè)有位于底板上的第二導(dǎo)體環(huán)，所述第二導(dǎo)體環(huán)至少把其中一些所述輻射單元的第二端點(diǎn)連接到了一起。
12.如權(quán)利要求7或8所述的天線，其特征在于，所述輻射單元包含多個(gè)位于所述圓柱形的側(cè)表面部分上的螺旋輻射單元，每一個(gè)所述螺旋輻射單元設(shè)有耦合到相位環(huán)的第一端點(diǎn)，和與相位環(huán)相分離的第二端點(diǎn)；所述天線進(jìn)一步包含一個(gè)在圓柱體另一端表面上或臨近核心另一端表面的第二導(dǎo)體環(huán)，所述第二導(dǎo)體環(huán)諧振于第二天線工作頻率；所述螺旋輻射單元包含第一輻射單元及第二輻射單元，所述第一輻射單元具有開路的、與所述第二導(dǎo)體環(huán)分離的第二端點(diǎn)，所述第二輻射單元具有閉路的、將第二輻射單元連接至第二導(dǎo)體環(huán)的第二端點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的天線，其特征在于，所述第一輻射單元的電長(zhǎng)度為Om-I) 入81/4，第二輻射單元的電長(zhǎng)度為rag2/2，m和η為非零正整數(shù)，λ gl和λ g2為第一、第二天線工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的天線，其特征在于，所述天線包含從核心近端表面穿過(guò)核心連接到其遠(yuǎn)端表面的傳輸線部分，所述饋電節(jié)點(diǎn)形成在傳輸線部分的遠(yuǎn)端；所述匹配網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)位于遠(yuǎn)端表面上的兩孔網(wǎng)絡(luò)。
15.一種用于圓極化輻射的介質(zhì)負(fù)載多繞組天線，具有超過(guò)200MHz的工作頻率，其特征在于，所述天線包含一個(gè)相對(duì)介電常數(shù)大于5的實(shí)心材料制成的核心，核心占據(jù)了由核心外表面所決定的內(nèi)部空間的大部分；一些饋電節(jié)點(diǎn)；在核心外表面上或靠近核心外表面設(shè)置的天線單元結(jié)構(gòu)，天線單元結(jié)構(gòu)由一些與饋電節(jié)點(diǎn)之間形成耦合的導(dǎo)電延伸天線單元，一個(gè)諧振于工作頻率的相位環(huán)，所述延伸天線單元從饋電節(jié)點(diǎn)以遠(yuǎn)離諧振環(huán)的方向延伸。
16.如權(quán)利要求15所述的天線，其特征在于，所述延伸導(dǎo)體天線單元具有開路的端點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的天線，其特征在于，所述天線的核心有中心軸線，核心的外表面具有第一和第二兩個(gè)相互反向且延伸到軸線的橫斷面的橫向延伸表面部分，以及一個(gè)延伸到當(dāng)前軸線兩個(gè)橫斷面的側(cè)表面部分；所述饋電節(jié)點(diǎn)和諧振環(huán)與第一橫向延伸表面部分相連接，所述延伸導(dǎo)體天線單元從諧振環(huán)的側(cè)表面部分延伸到第二橫向延伸表面部分。
18.如權(quán)利要求17所述的天線，其特征在于，所述天線具有兩個(gè)饋電節(jié)點(diǎn)，其通過(guò)對(duì)應(yīng)的連接點(diǎn)與所述諧振環(huán)連接，所述連接點(diǎn)在所述諧振環(huán)上相對(duì)設(shè)置。
19.如權(quán)利要求15 18中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述天線具有兩個(gè)通過(guò)對(duì)應(yīng)電感連接至諧振環(huán)的饋電節(jié)點(diǎn)，所述天線還包含一個(gè)耦合到兩個(gè)所述饋電節(jié)點(diǎn)的旁路電容。
20.如權(quán)利要求17所述的天線，其特征在于，所述天線的核心是圓柱形，諧振環(huán)包含一個(gè)位于所述第一橫向延伸表面部分上的環(huán)狀導(dǎo)體路徑，所述延伸導(dǎo)體天線單元是螺旋狀且與軸線同軸布置。
21.如權(quán)利要求17所述的天線，其特征在于，所述天線的核心是圓柱形，所述諧振環(huán)包含一個(gè)位于所述側(cè)表面部分上，在靠近第一橫向延伸表面部分設(shè)置的環(huán)狀導(dǎo)體路徑；所述延伸導(dǎo)體天線單元是螺旋狀軸線且軸向延伸布置。
22.如權(quán)利要求15 21中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述諧振環(huán)包含至少一個(gè)串聯(lián)電容。
23.如權(quán)利要求16 21中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述延伸導(dǎo)體天線部分為所述工作頻率波長(zhǎng)的四分之一或者四分之三。
24.如權(quán)利要求15 18中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述天線具有一對(duì)饋電節(jié)點(diǎn)，饋電節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了諧振環(huán)的平衡饋電連接。
25.一種用于圓極化輻射的介質(zhì)負(fù)載多繞組天線，具有超過(guò)200MHz的工作頻率，其特征在于，所述天線包含一個(gè)相對(duì)介電常數(shù)大于5的實(shí)心材料制成的核心，其占據(jù)了由該核心外表面所決定的內(nèi)部空間的大部分；一對(duì)饋電節(jié)點(diǎn)；在核心外表面上或靠近核心外表面的天線單元結(jié)構(gòu)，其包含一個(gè)連接到所述饋電節(jié)點(diǎn)的相位環(huán)，以及至少4個(gè)通過(guò)對(duì)應(yīng)的分離點(diǎn)與相位環(huán)耦合的延伸導(dǎo)體單元。
26.如權(quán)利要求25所述的天線，其特征在于，四個(gè)所述延伸導(dǎo)體單元中每一個(gè)單元的電長(zhǎng)度是工作頻率四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍(1，3，5，……)。
27.一種聚合天線，其特征在于，包含一個(gè)如權(quán)利要求M 沈中任意一項(xiàng)所述的天線， 和一個(gè)耦合到饋電節(jié)點(diǎn)的平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器。
28.—種聚合天線，其特征在于，包含一個(gè)如權(quán)利要求18或19所述的天線，和一個(gè)具有耦合到饋電節(jié)點(diǎn)的差分輸入的差分放大器。
全文摘要
在介質(zhì)負(fù)載多繞組螺旋天線中，導(dǎo)電的相位環(huán)(16)被放置在饋電節(jié)點(diǎn)和螺旋輻射單元之間。相位環(huán)包含一個(gè)環(huán)狀導(dǎo)體路徑，其電長(zhǎng)度等于工作頻率的全波長(zhǎng)，使得其可以在該頻率下諧振。螺旋單元耦合到當(dāng)前空分耦合位置的外邊緣上。螺旋單元包含開路或者閉路的延長(zhǎng)導(dǎo)線軌跡，或者兩者均有。在螺旋單元為閉合回路軌跡時(shí)，這些軌跡被連接到第二諧振環(huán)(60U)上，這個(gè)環(huán)在與第一諧振環(huán)相同或者不同的頻率下諧振。該發(fā)明適用于端射和背射螺旋天線。
文檔編號(hào)H01Q11/08GK102474014SQ201080030350
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者奧利弗·保羅·雷斯特恩 申請(qǐng)人:薩恩特爾有限公司