專利名稱：在低頻范圍內(nèi)性能改善的偶極天線的制作方法
在低頻范圍內(nèi)性能改善的偶極天線
背景技術(shù)：
1. 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及天線，更具體地涉及用于大錐形偶極天線的高通匹配網(wǎng)絡(luò)。
2. 相關(guān)技術(shù)描述
以下描述和示例僅作為背景給出。
大錐形偶極天線(有時(shí)稱為雙錐形天線)已經(jīng)用于產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，尤其是在約20-300 MHz頻率范圍中的電磁場(chǎng)。雖然該天線所輻射的電磁場(chǎng)有用，但天線設(shè)計(jì)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可利用近場(chǎng)——尤其是近電場(chǎng)(E場(chǎng))來(lái)產(chǎn)生比純輻射場(chǎng)獲得的強(qiáng)度更高的強(qiáng)度。
在某些情況下，近場(chǎng)可包括兩個(gè)子場(chǎng)區(qū)，稱為無(wú)功近場(chǎng)和輻射近場(chǎng)。輻射近場(chǎng)也稱為菲涅耳區(qū)，它是天線場(chǎng)位于無(wú)功近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)之間的部分，其中輻射場(chǎng)占主導(dǎo)，而象角分布取決于離天線的距離。然而，如果天線的最大尺寸與所輻射的電磁能量的波長(zhǎng)相比小，則此區(qū)域可能不存在。
在多數(shù)情況下，近場(chǎng)不會(huì)從偶極天線擴(kuò)展太遠(yuǎn)。對(duì)于電小偶極天線，近場(chǎng)幾乎全部由無(wú)功近場(chǎng)組成，該無(wú)功近場(chǎng)僅擴(kuò)展至約= X/2;r的輻射距離，其中X是所輻射的電磁能量的波長(zhǎng)。當(dāng)該天線不是電小天線時(shí)，近場(chǎng)由無(wú)功和輻射近場(chǎng)區(qū)組成。 一般而言，輻射近場(chǎng)區(qū)可將近場(chǎng)延伸至輻射距離，該輻射距離約為偶極的物理長(zhǎng)度的一半。因此清楚的是，可通過(guò)增大天線的物理長(zhǎng)度來(lái)擴(kuò)大輻射近場(chǎng)區(qū)。擴(kuò)大輻射近場(chǎng)區(qū)在EMS測(cè)試的場(chǎng)產(chǎn)生中尤其有用，因?yàn)槿绻焕媒鼒?chǎng)分量，則通常難以獲得必需的場(chǎng)強(qiáng)。
在某些情況下，可通過(guò)使天線長(zhǎng)度在物理上盡可能長(zhǎng)(即在機(jī)械干擾阻止更長(zhǎng)長(zhǎng)度之前)且在電學(xué)上盡可能長(zhǎng)(即在天線長(zhǎng)度使其輻射圖劣化至不可接收的程度之前)來(lái)使偶極天線的近場(chǎng)強(qiáng)度最大化。然而，使天線在物理上盡可能長(zhǎng)不能防止天線在其工作頻率范圍的低端成為電小天線。 即使在物理上大，在其工作頻率范圍的低端為電小天線的天線將在此范圍 內(nèi)呈現(xiàn)出性能降低。在某些情況下，該天線可能不能在其低頻范圍內(nèi)產(chǎn)生 可接收的場(chǎng)強(qiáng)。
存在對(duì)改善低頻下的天線性能而不會(huì)降低高頻下的天線性能的裝置的 需求。這樣的裝置將能使天線在其整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)保持足夠的性能。
發(fā)明概述
偶極天線的多個(gè)實(shí)施例的以下描述不應(yīng)以任何方式被解釋為限制所附 權(quán)利要求的主題。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在本文中提供了一種天線，該天線在其工作頻率范 圍的較低端具有改善的性能。 一般而言，該天線可包括經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)耦合 至阻抗變換器的多個(gè)天線單元。該匹配網(wǎng)絡(luò)可包括高通匹配網(wǎng)絡(luò)，該高通 匹配網(wǎng)絡(luò)被特別配置成改善天線在其工作頻率范圍的較低端的性能，而不 影響天線在其工作頻率范圍的較高端的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，該匹配網(wǎng) 絡(luò)的第一級(jí)(即最接近天線單元的級(jí))可包括至少兩個(gè)電容器，其分別串 聯(lián)耦合在阻抗變換器與不同的天線單元之間。第一級(jí)中包括的電容器可以 或可以不具有相同的電容值。匹配網(wǎng)絡(luò)的第二級(jí)(即離天線單元最遠(yuǎn)的級(jí))
可包括并接在至少兩個(gè)電容器之間的電感器。
本文中所述的匹配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)將至少兩個(gè)電容器定位在網(wǎng)絡(luò)級(jí)(即第一 級(jí))中的至少一個(gè)電感器之前，改善了天線在其工作頻率范圍的較低端的
天線性能，所述電感器被安排成離天線單元更近。電壓駐波比(VSWR) 是跟蹤天線性能的一個(gè)量度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用本文中所描述的匹配 網(wǎng)絡(luò)可使天線能在低頻范圍中呈現(xiàn)小于約3:1的VSWR。然而，本文中所 描述的天線和匹配網(wǎng)絡(luò)不限于具體的性能值，而且可被配置成在本發(fā)明的 其它實(shí)施例中提供顯著更好的低頻性能。
一般而言，該天線可從包括偶極天線、錐形偶極天線以及在某些情況 下的單極天線(雖然單極天線將不能獲得平衡的天線設(shè)計(jì))的組中選擇。 在一個(gè)實(shí)施例中，該天線可包括錐形偶極天線，或稱為雙錐形天線。這樣的天線在EMS測(cè)試應(yīng)用中尤其有用。
在一個(gè)實(shí)施例中，該天線可包括一對(duì)錐體和一對(duì)耳狀體。錐體可被配 置以便將兩個(gè)天線單元保持于期望角度。雖然實(shí)質(zhì)上可使用任何錐角，但
在一個(gè)示例中可選擇60。的錐角，以為該天線提供最大工作帶寬(例如約2 倍頻程的帶寬)。耳狀體一般被配置用于在天線單元與耦合至天線的阻抗 變換器之間提供電和機(jī)械連接。在一個(gè)實(shí)施例中，可將電感器并接耦合在 上述一對(duì)耳狀體上。然而，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可在某種程度上不 同地耦合該電感器。
在一個(gè)實(shí)施例中，可將這些電容器放置在阻抗變換器的外殼中。然而， 這樣的布置在本發(fā)明的所有實(shí)施例中可能不都是最優(yōu)的。在優(yōu)選實(shí)施例中， 電容器被集成自或嵌入該對(duì)錐體中。例如，每個(gè)錐體可被描述為包括前部 和后部。前部被配置用于將兩個(gè)天線單元保持成期望角度(諸如60°錐角)。 后部耦合至前部，其被配置用于將錐體連接至耳狀體中的一個(gè)。每個(gè)前部 其中嵌入有一個(gè)電容器。為了將電容器與阻抗變換器電隔離，在將各部分 連接到一起之前，在前部和后部之間設(shè)置介電材料。
可使用各種方法將前部和后部物理地連接到一起。在一個(gè)實(shí)施例中， 可使用多個(gè)螺絲來(lái)連接前部和后部。在多數(shù)情況下，可在介電材料中鏜孔， 并用絕緣材料填充以將錐體的前部和后部電隔離。在另一實(shí)施例中，可將 前部、后部以及介電材料分別形成為具有有螺紋的凸起部，該有螺紋的凸起 部使后部能被旋入介電材料，而介電材料能被旋入前部。還可使用本文中 未具體構(gòu)想的其它裝置。
除上述天線和高通匹配網(wǎng)絡(luò)之外，本文中提供了一種用于改善天線在 其工作頻率范圍的較低端的性能的方法。可構(gòu)想該方法可由天線制造商、 終端用戶或被委派安裝新天線或升級(jí)現(xiàn)有天線設(shè)計(jì)的技術(shù)人員來(lái)執(zhí)行。然 而，該方法不限于任何特定的人員，而可由本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員來(lái)執(zhí)行。
總之，該方法可用來(lái)安裝或更新具有多個(gè)天線單元的天線。在一個(gè)實(shí) 施例中，該天線可以是包括四個(gè)天線單元的錐形偶極天線。如上所述，這 些天線單元可經(jīng)由包括至少兩個(gè)串聯(lián)電容器和一個(gè)并接電感器的高通匹配 網(wǎng)絡(luò)耦合至阻抗變換器。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所描述的方法可適用于安裝或升級(jí)可能具有不同的天線單元和匹配網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)量和/或構(gòu)造的 其它類型的天線。雖然以下陳述的方法步驟被描述為好像以特定的順序執(zhí) 行，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解在不背離本發(fā)明的范圍的情況下如何以顯 著不同的順序執(zhí)行這些步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法可通過(guò)提供一對(duì)錐體結(jié)構(gòu)開(kāi)始，每個(gè)錐體結(jié) 構(gòu)被配置成將兩個(gè)天線單元保持為期望角度。如上所述，每一個(gè)錐體結(jié)構(gòu) 中可嵌入有電容器。該電容器可串聯(lián)耦合在阻抗變換器與兩個(gè)天線單元之 間，用于提供第一級(jí)電容。嵌入該對(duì)錐體結(jié)構(gòu)中的電容器可以或可以不具 有相同的電容值。
接著，該方法可包括將各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)的后端連接至耳狀結(jié)構(gòu)，該耳狀 結(jié)構(gòu)提供天線單元與阻抗變換器之間的電和機(jī)械連接。接著，可將電感器 跨接耦合在耳狀結(jié)構(gòu)上，以在嵌入在錐體結(jié)構(gòu)中的電容器之間提供并接電 感。如上所述，嵌入的電容器和并接電感器可工作以改善偶極天線在其工 作頻率范圍的較低端的性能。
在某些情況下，在將天線中原來(lái)包括的天線單元連接至錐體結(jié)構(gòu)的前 端之后，該方法可結(jié)束。在其它情況下，可能期望將這些天線單元調(diào)換成 新的天線單元。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法可包括提供第二組天線單元，該 第二組天線單元在物理上和電學(xué)上長(zhǎng)于該天線中原始包括的多個(gè)天線單 元。該第二組天線單元可代替原始天線單元耦合至錐體結(jié)構(gòu)的前端，以增 大天線在其工作期間產(chǎn)生的近場(chǎng)強(qiáng)度。
附圖簡(jiǎn)述
一旦閱讀了以下詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)就將 變得顯而易見(jiàn)，在附圖中


圖1是雙錐形天線的示意圖2是示出圖1中所示的雙錐形天線在約10-100 MHz的工作頻率范圍 內(nèi)的電壓駐波比(VSWR)的曲線圖3是示出圖1中所示的雙錐形天線在上述工作頻率范圍內(nèi)的輸入阻 抗的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括高通匹配網(wǎng)絡(luò)和阻抗變換 器的雙錐形天線的示意圖5A是示出圖4中所示的雙錐形天線在約10-100 MHz的工作頻率范 圍內(nèi)的電壓駐波比(VSWR)的曲線圖5B是示出圖4中所示的雙錐形天線在約10-40 MHz的工作頻率范 圍內(nèi)產(chǎn)生的電壓駐波比(VSWR)的曲線圖6是示出圖4中所示的雙錐形天線在約10-100 MHz的工作頻率范圍 內(nèi)的基流比(base current ratio)的曲線圖7是示出圖4的雙錐形天線在20 MHz以及10 kW的正向功率下所 產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖8是示出圖4的雙錐形天線在20 MHz以及10 kW的正向功率下在 天線前方約2.5m處所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖9A-9B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性雙錐形天線的截面
圖10A是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的示例性雙錐形天線的截面
圖10B是示出其中集成有串聯(lián)電容器的經(jīng)修改的錐體結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施 例的截面圖10C是示出可組裝(例如使用機(jī)械緊固件)經(jīng)修改的錐體結(jié)構(gòu)的一 種方式的截面圖；以及
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。 雖然本發(fā)明容許多種修改和替代形式，但其具體實(shí)施例將通過(guò)附圖中
的示例示出且將在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的附圖 和詳細(xì)說(shuō)明不旨在將本發(fā)明限制為所公開(kāi)的特定形式，反之，其意圖是覆 蓋落在如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià) 物以及替代物。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述
一般而言，"天線"是一種換能器，其被配置成將電磁波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，
10反之亦然。"傳輸線"或"饋電線"通常用來(lái)將信號(hào)能量從信號(hào)源傳送至天線。所有天線在無(wú)場(chǎng)空間中全方向地輻射某些能量。然而，精細(xì)的構(gòu)造通常導(dǎo)致大量能量沿優(yōu)選方向傳輸，而可忽略的能量沿其它方向輻射。在多數(shù)情況下，可通過(guò)添加附加的傳導(dǎo)桿或線圈(稱為"單元")和/或通過(guò)改變天線單元的長(zhǎng)度、間距或取向來(lái)建立具有特定特性的天線。通常使用的天線構(gòu)造的示例包括但不限于單極天線和偶極天線。
在某些情況下，可能期望增大將天線配置成工作的"帶寬"或頻率范圍?？赏ㄟ^(guò)若干種技術(shù)來(lái)提高天線的帶寬，包括使用更厚的導(dǎo)體、以保持架代替導(dǎo)體以模擬更厚的導(dǎo)體、使導(dǎo)體錐化以及沿導(dǎo)體的長(zhǎng)度每隔一定距離添加負(fù)載電路。負(fù)載電路可包括無(wú)源電路元件的選擇組合，這些無(wú)源電路元件包括電阻器、電感器和/或電容器。
用于提高天線帶寬的另一個(gè)量度是在天線的底部包括匹配網(wǎng)絡(luò)，該匹配網(wǎng)絡(luò)在天線底部處被驅(qū)動(dòng)至接地平面。理想地，匹配網(wǎng)絡(luò)可被配置成使天線的特征阻抗與傳輸線或連接天線的其它介質(zhì)的特征阻抗匹配或平衡。阻抗變換器通常用于此目的。本領(lǐng)域已知許多種不同類型的阻抗變換器。
通常使用的阻抗變換器的示例包括但不限于等延遲、瓜內(nèi)拉(Guanella)、自舉、盧瑟福(Ruthroff)以及法拉第變換器。在某些情況下，可能需要無(wú)源電路元件(諸如電阻器、電容器和/或電感器)來(lái)提供期望的匹配度。為澄清目的，本文中使用術(shù)語(yǔ)"匹配網(wǎng)絡(luò)"或"匹配網(wǎng)絡(luò)組件"來(lái)描述無(wú)源電路元件；阻抗變換器被認(rèn)為是獨(dú)立和不同的實(shí)體。
如下所述，本發(fā)明提供一種匹配網(wǎng)絡(luò)，其被具體配置成改善低頻范圍內(nèi)的天線性能而不影響高頻范圍中的天線性能。具體而言，本發(fā)明提供高通匹配網(wǎng)絡(luò)，其使天線能提供顯著更大的基流，從而在低頻范圍中提供更高的近場(chǎng)強(qiáng)度。與僅注重于提高工作帶寬的常規(guī)匹配網(wǎng)絡(luò)不同，本文中所描述的高通匹配網(wǎng)絡(luò)確保整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)的足夠性能。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到附圖，應(yīng)當(dāng)注意的是附圖未按比例繪制。具體而言，附圖的某些元件的比例被顯著放大，以突出顯示這些元件的特性。還應(yīng)注意的是，這些附圖未按同一比例繪制。已經(jīng)使用相同附圖標(biāo)記指示了在一個(gè)以上附圖中示出的可相似配置的元件。錐形偶極或雙錐形天線是提供較大阻抗帶寬的天線的一個(gè)示例。例如，某些可買到的雙錐形天線提供約2倍頻程的工作帶寬，在該帶寬內(nèi)天線合理地良好匹配，而且它們的輻射輻射圖表現(xiàn)得相當(dāng)好。這使錐形偶極天線
在電磁系統(tǒng)(EMS)測(cè)試應(yīng)用中尤其有用，這些測(cè)試應(yīng)用需要在通常在約20 MHz與約300 MHz之間擴(kuò)展的大頻率范圍內(nèi)可接受的性能。然而，錐形偶極天線不限于EMS測(cè)試，而且可用于許多其它應(yīng)用，包括但不限于產(chǎn)生和接受超寬帶(UWB)無(wú)線電信號(hào)。
圖1示出錐形偶極或雙錐形天線10的一個(gè)實(shí)施例，其能夠在約20-300MHz的大工作頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁(EM)場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，雙錐形天線10可被構(gòu)造為60。的錐角，而且可提供約4:1帶寬(即2倍頻程)。雙錐形天線10還可與200歐姆的源較好地匹配，而且可在大部分工作頻率范圍內(nèi)提供可用的輻射圖，從而致使天線適用于諸如抗擾測(cè)試之類的許多EMC測(cè)試應(yīng)用。然而，雙錐形天線IO不限于任何特定的錐角、工作帶寬、頻率范圍或應(yīng)用。代替地，該雙錐形天線可修改成滿足特定應(yīng)用的需要。
某些應(yīng)用可能需要所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度在天線的附近(即近場(chǎng))被增大。在某些情況下，可延長(zhǎng)雙錐形天線的長(zhǎng)度以增大其產(chǎn)生的電場(chǎng)(E場(chǎng))的強(qiáng)度。具體而言，可通過(guò)使天線長(zhǎng)度在物理上盡可能長(zhǎng)(即在機(jī)械干擾阻止更長(zhǎng)長(zhǎng)度之前)且在電學(xué)上盡可能長(zhǎng)(即在天線長(zhǎng)度使其輻射圖劣化至不可接收的程度之前)來(lái)使近場(chǎng)強(qiáng)度最大化。
在一個(gè)實(shí)施例中，可使用長(zhǎng)度約4米的雙錐形天線10在高達(dá)約100MHz的高頻上限提供足夠的性能。然而，由于阻抗不匹配，天線性能會(huì)在工作頻率范圍的較低端(例如約20MHz附近)變?cè)?。換言之，工作帶寬的上端主要受輻射圖劣化的限制。不過(guò)，天線性能在此范圍中通常有余，因此不會(huì)受天線長(zhǎng)度增加的影響。工作帶寬的較下端主要受阻抗不匹配限制。如下所述，阻抗不匹配降低了天線性能，在某些情況下，致使天線在其工作頻率范圍的較下端處不可用。
阻抗匹配的一個(gè)量度是電壓駐波比(VSWR)，或反射波與入射波的振幅比。VSWR提供因?yàn)樨?fù)載阻抗與天線的特征阻抗之間的不匹配而反射的功率量的指示。如果天線的阻抗與負(fù)載阻抗良好匹配，則負(fù)載將吸收入射波，從而在負(fù)載處將不會(huì)產(chǎn)生反射波。這減小了 VSWR，并提高了天線 組件之間的功率傳遞。另一方面，天線與負(fù)載之間的阻抗不匹配導(dǎo)致在負(fù)
載處產(chǎn)生反射波，從而增大了 VSWR且降低了功率傳遞。
為比較目的，良好匹配的系統(tǒng)可能具有15 dB或更高的回程損耗(即 反射功率與入射功率的比例)，這對(duì)應(yīng)于約1.43:1或更低的VSWR。雖然 設(shè)計(jì)者爭(zhēng)取相對(duì)低的VSWR值(例如1:1的VSWR對(duì)應(yīng)于完美匹配的系統(tǒng))， 但設(shè)備在呈現(xiàn)出3 dB的回程損耗或約5.8:l的VSWR時(shí)就可足夠地起作用。 為了實(shí)用目的，設(shè)計(jì)者通常爭(zhēng)取提供不超過(guò)2:1到3:1的VSWR的阻抗匹 配。對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，可能期望獲得約1.5:1 VSWR或更好的阻抗匹配。
圖2示出圖1中所示的雙錐形天線所提供的VSWR。具體而言，該曲 線圖示出了從工作于約2 0-100 M H z的工作頻率范圍內(nèi)的大雙錐形天線(例 如長(zhǎng)度為4米)獲得的VSWR。如圖2所示，該VSWR在工作頻率范圍的 較低端(例如在25MHz處約為7:l)不可接受地高。這使圖1中所示的雙 錐形天線(10)在工作頻率范圍的較低端不可能產(chǎn)生高強(qiáng)度的場(chǎng)。
在某些情況下，可通過(guò)向天線提供高通匹配網(wǎng)絡(luò)20和阻抗變換器30 來(lái)改善阻抗不匹配，如圖4所示。高通匹配網(wǎng)絡(luò)適用于雙錐形天線，因?yàn)?天線本身是高通結(jié)構(gòu)。高通匹配有效地增大了系統(tǒng)傳遞函數(shù)的低頻滾降， 從而(類似任何良好設(shè)計(jì)的匹配網(wǎng)絡(luò))為使帶內(nèi)性能更好而犧牲了帶外性 能。
圖4示出了高通匹配網(wǎng)絡(luò)20的一個(gè)實(shí)施例，其可用來(lái)改善大雙錐形天 線IO在工作頻率范圍的較低端的性能。具體而言，所示實(shí)施例包括兩級(jí)高 通匹配網(wǎng)絡(luò)。該匹配網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)(即最接近天線的那一級(jí))由兩個(gè)串聯(lián) 的電容器Cl和C2 (即兩個(gè)電容器用于差分網(wǎng)絡(luò))組成。匹配網(wǎng)絡(luò)的第二 級(jí)(即離天線最遠(yuǎn)的那一級(jí))由單個(gè)并接電感L1組成。然而，應(yīng)當(dāng)理解的 是，圖4中所示的該高通匹配網(wǎng)絡(luò)20可以多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下文將參考圖 9-10討論合適的高通匹配網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)實(shí)施例。
圖4中所示的高通匹配網(wǎng)絡(luò)20有點(diǎn)不正統(tǒng)，因?yàn)榈谝粋€(gè)元件是電容器。 初看起來(lái)，這看起來(lái)可能觸犯了匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)規(guī)則，在該傳統(tǒng)規(guī)則 中電小天線的效率極為重要。然而，在此情況下，優(yōu)選把雙錐形天線的長(zhǎng)度盡可能延長(zhǎng)。雖然輸入電阻仍遠(yuǎn)小于200歐姆，但長(zhǎng)偶極天線的輸入電
抗在工作頻率范圍的較低端主要是電感性的(例如參見(jiàn)圖3，其示出了長(zhǎng)偶
極天線的輸入阻抗與頻率的關(guān)系)。當(dāng)天線工作在水平極化的接地平面附
近時(shí)這尤其正確。通過(guò)將串聯(lián)電容安排在并接電感之前，圖4中所示的高 通匹配網(wǎng)絡(luò)20允許天線10在其輸入阻抗變成電感性的頻率范圍中(例如 在低頻范圍內(nèi))工作得更加高效。
圖5A和5B示出圖4中所示的雙錐形天線IO和高通匹配網(wǎng)絡(luò)20所提 供的VSWR。如以前一樣，VSWR從工作于約20-100 MHz的工作頻率范 圍內(nèi)的大雙錐形天線(例如長(zhǎng)度為4米)獲得。然而，圖5A和5B中繪制 出的VSWR示出了低頻范圍中的重大改善(例如25MHz下的約2.5:l)。 此改善使雙錐形天線IO在低頻范圍內(nèi)更加高效地工作，從而在此范圍內(nèi)提 供更高的近場(chǎng)強(qiáng)度。
例如，在圖6-8中示出了由雙錐形天線10和高通匹配網(wǎng)絡(luò)20提供的 近場(chǎng)強(qiáng)度的顯著增大。在任何給定頻率，天線產(chǎn)生的場(chǎng)與基流或天線的輸 入端子處的電流成比例。圖6中繪出了在約10-100 MHz之間擴(kuò)展的工作頻 率范圍內(nèi)利用高通匹配元件20產(chǎn)生的基流與沒(méi)有匹配元件的情況下產(chǎn)生的 基流的比例。如圖6所示，高通匹配網(wǎng)絡(luò)20在20MHz下向天線提供約三 分之一強(qiáng)的基流。因?yàn)榛髋c場(chǎng)強(qiáng)成比例，所以增大的基流允許在低頻范 圍中產(chǎn)生顯著更高的場(chǎng)強(qiáng)。
高通匹配網(wǎng)絡(luò)20還允許使用較大的天線，從而對(duì)給定的放大器功率提 供總體上顯著更好的EM場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，雙錐形天線10在被配置用 于工作至高達(dá)約100MHz的高頻極限時(shí)可具有約4米的總長(zhǎng)度。這樣的長(zhǎng) 度極大地提高了近場(chǎng)區(qū)(例如從天線的底部延伸至天線前方約2.5-3.0米的 區(qū)域)的電場(chǎng)強(qiáng)度。
在圖7中提供了曲線圖以示出由天線IO和高通匹配網(wǎng)絡(luò)20在被供給 約10kW的正向功率時(shí)在天線前方約0-ll米距離處所產(chǎn)生的示例性電場(chǎng)強(qiáng) 度(以V/m為單位)。示出了天線在最糟糕的情況下(例如在20MHz時(shí)) 所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)10KW的放大器，圖7示出天線在軸上(例如當(dāng) 天線離地2.5m時(shí)，在天線前方2.5m且離地2.5m)產(chǎn)生約100 V/m的最小電場(chǎng)強(qiáng)度。
顯然，天線所產(chǎn)生的電場(chǎng)將因?yàn)榈仄矫嫠瓷涞南裨谳^低高度下衰減
得更快。圖8通過(guò)繪制雙錐形天線10和高通匹配網(wǎng)絡(luò)20在某一高度范圍 內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度(V/m)示出這樣的觀念。如以前一樣，示出最壞情況下
(例如20MHz下)在天線前方2.5m處的電場(chǎng)強(qiáng)度。如圖8所示，電場(chǎng)強(qiáng) 度一定會(huì)隨著天線向地平面降低而降低。在任何情況下，圖6-8證明，通 過(guò)增大天線長(zhǎng)度和利用適當(dāng)?shù)母咄ㄆヅ渚W(wǎng)絡(luò)來(lái)補(bǔ)償天線的主要為電感性的 輸入電抗可獲得更好的電性能。
如上所述，本文中所公開(kāi)的高通匹配網(wǎng)絡(luò)20可結(jié)合阻抗變換器30工 作。本領(lǐng)域公知許多不同類型的阻抗變換器包括但不限于等延遲、瓜內(nèi)拉
(Guanella)、自舉、盧瑟福(Ruthroff)以及法拉第變換器。平衡一不平 衡變換器是專門設(shè)計(jì)用于在平衡和不平衡電路之間連接的變換器。在某些 舊r， hj仁口 口 t快j 。、Ti夭j又:i:^:^frSLi且戸j旭i^iSLrii-甘厶u， l次目G直勺 許多雙錐形天線設(shè)計(jì)一起使用。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用4:1的等延遲阻抗 變換平衡一不平衡變換器來(lái)提供寬帶4:1阻抗變換以及平衡。然而應(yīng)當(dāng)理解 的是，可在本發(fā)明的替代實(shí)施例中使用其它阻抗變換器配置。
圖9A和9B示出實(shí)際可實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的雙錐形天線10'的一種方式。 如圖9A和9B所示，雙錐形天線10' —般可包括多個(gè)天線單元40和阻抗 變換平衡一不平衡變換器50。平衡一不平衡變換器50可包括如上所述的 4:1等延遲阻抗變換平衡一不平衡變換器。然而，平衡一不平衡變換器50 不限于任何特定阻抗變換器設(shè)計(jì)，而且可在本發(fā)明的其它實(shí)施例中替代地 實(shí)現(xiàn)。
如圖9A和9B所示，雙錐形天線10'的四個(gè)天線單元40通過(guò)多個(gè)稱 為"錐體"的錐形結(jié)構(gòu)60以適當(dāng)?shù)慕嵌锐詈系揭黄?。在一個(gè)實(shí)施例中，可 使用60°的錐角來(lái)向天線提供約4:1的帶寬(即2倍頻程)。然而，錐體 60不限于6(T錐角，而且在本發(fā)明的其它實(shí)施例中可利用替代的錐角來(lái)實(shí) 現(xiàn)。在某些情況下，可使用一對(duì)耳狀體70將錐體60耦合至平衡一不平衡 變換器50，如圖9B所示。耳狀體用于提供天線單元40與平衡一不平衡變 換器50之間的機(jī)械和電連接。
15如上所述，圖4中所示的高通匹配網(wǎng)絡(luò)20可以多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖
9A和9B的實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)中包括的串聯(lián)電容器被包括在平衡一不平 衡變換器50的外殼中，而并接電感80跨接耦合在耳狀體70上。串聯(lián)電容 器(未在圖9A和9B中示出)可以多種不同的電容器設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其某些 示例包括真空電容器、高壓RF陶瓷電容器以及簡(jiǎn)單的塑料膜電容器(例如 通過(guò)將導(dǎo)體插入高質(zhì)量的聚合物膜之間制成)。在一個(gè)實(shí)施例中，串聯(lián)電 容器可被構(gòu)造為開(kāi)路傳輸線短截線。不論是何種類型，用于在20-100 MHz 范圍內(nèi)工作的對(duì)稱天線設(shè)計(jì)的典型電容值可以是約100 pF。然而，應(yīng)當(dāng)理 解的是，可在本發(fā)明的替代實(shí)施例中使用其它類型的電容器(可能具有其 它電容值)。
如上所述，在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，可將并接電感80跨接耦合 在耳狀體70上。并接電感器可以多種方式實(shí)現(xiàn)，其中某些包括電線線圈(例
An t曰-^厶六人厶A厶門厶払、-n力r^々g , / /Al An t+ U 乂+丄必、士 、H々+ 、田陽(yáng)tVi cb
乂n卞ihj^^乂 口 t義/M^^A仁;ic 乂叫、i"i t注-兀江mpLi、 、 i"j 乂h仏平vi+w々刀刁、iAm 乂 /口j ra 口'j w 線線圈。雖然并接電感器80在圖9B中以電線(例如銅線)線圈實(shí)現(xiàn)，但 在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中優(yōu)選將該電感器構(gòu)造為短路傳輸線短截線。 本文中未具體提到的其它類型的電感器也可在本發(fā)明的替代實(shí)施例中使 用。此外，在本發(fā)明的替代實(shí)施例中可在某種程度上不同地耦合該電感器。 圖9A和9B中所示實(shí)施例的一個(gè)可能缺點(diǎn)是，必須重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的平 衡—不平衡變換器來(lái)容納其中包括的串聯(lián)電容器。擁有雙錐形天線IO'的用
戶可能需要購(gòu)買新的平衡一不平衡變換器來(lái)利用圖9A和9B中所示的高通 匹配網(wǎng)絡(luò)所提供的性能增強(qiáng)。
為防止這樣的重新設(shè)計(jì)，在本發(fā)明的至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖4中 所示的串聯(lián)電容器可被集成在錐體60中而不是平衡一不平衡變換器50中。 雖然集成的電容器會(huì)增大與錐體相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量和力矩，但該集成設(shè)計(jì)可提 供許多期望的優(yōu)點(diǎn)。例如，集成設(shè)計(jì)可允許在現(xiàn)場(chǎng)容易和快速地調(diào)換高通 調(diào)諧元件，從而使顧客能升級(jí)它們現(xiàn)有的平衡一不平衡變換器設(shè)計(jì)。這將 避免顧客不得不購(gòu)買新的平衡一不平衡變換器，從而提供實(shí)質(zhì)的成本好處。 此外，從平衡一不平衡變換器中去除電容器可防止當(dāng)電容器中出現(xiàn)災(zāi)難性 擊穿時(shí)該平衡一不平衡變換器受到損傷。如果電容器包括在平衡一不平衡變換器自身中，則不是這樣。
圖IOA、 10B以及10C示出可根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)雙錐形天線IO"的另一 方式。類似于前一實(shí)施例，雙錐形天線10〃包括經(jīng)由一對(duì)錐體65和一對(duì)耳 狀體70耦合至阻抗變換平衡一不平衡變換器90的多個(gè)天線單元40。如上 所述，平衡一不平衡變換器90可以或可以不包括如上所述的4:1等延時(shí)阻 抗變換平衡一不平衡變換器。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在此處不再描述用相同附圖標(biāo) 記標(biāo)注的相同組件。
如以前一樣，包括了高通匹配網(wǎng)絡(luò)，該高通匹配網(wǎng)絡(luò)在其第一級(jí)中具 有一對(duì)串聯(lián)的電容器100，在其第二級(jí)中具有并接電感80。與之前的實(shí)施 例不同，圖10A-10C中所示的高通匹配網(wǎng)絡(luò)將串聯(lián)電容器100包括在錐體 65中而不是平衡一不平衡變換器卯中。在一個(gè)實(shí)施例中，可利用位于經(jīng)修 改的錐體65的內(nèi)部的開(kāi)路傳輸線短截線實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電容器100。在某些情況
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lOOpF的電容。通過(guò)從平衡一不平衡變換器卯中去除電容器，當(dāng)前的實(shí)施
例使高通調(diào)諧元件能在現(xiàn)場(chǎng)被調(diào)換，且避免了對(duì)平衡一不平衡變換器的可
能損傷(可能的損傷可能例如在平衡一不平衡變換器50中包括的電容器經(jīng)
歷災(zāi)難性擊穿時(shí)出現(xiàn))。
圖IOB和10C中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的集成電容器的詳細(xì) 構(gòu)造。在這些附圖中，每個(gè)電容器100串聯(lián)耦合在平衡一不平衡變換器90 和兩個(gè)天線單元40之間。在一個(gè)實(shí)施例中，"門鈕形(doorknob)"陶瓷或 真空電容器100可跨接耦合在圖10B和10C中所示的修改錐體結(jié)構(gòu)65的 兩側(cè)110/120上。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解如何在本發(fā)明的替代實(shí)施 例中使用其它類型的電容器(可能具有其它電容值)。
在--個(gè)實(shí)施例中，介電材料140可被插在經(jīng)修改的錐體65的前半部 130和后半部150之間，以將電容器100與平衡一不平衡變換器90電隔離。 介電材料被安排在平衡一不平衡變換器側(cè)，換言之被安排在匹配網(wǎng)絡(luò)的第 二級(jí)，以提供必要的隔離。在一個(gè)實(shí)施例中，介電材料可包括諸如FR-4盤
之類的盤式絕緣體或其它合適的介電材料。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解如何在本發(fā)明的替代實(shí)施例中使用其它類型的介電材料。在某些情況下，修改錐體65的前部130和后部150可通過(guò)機(jī)械緊固件 在物理上耦合到一起。例如，修改錐體65的前半部和后半部可通過(guò)螺絲耦 合到一起，如圖10C所示。這些螺絲是在介電材料140中鏜孔的，而且被 絕緣材料填充，以破壞修改錐體的前半部和后半部之間的電連接。在另一 示例(未示出)中，可將前部130、后部150以及介電材料140分別形成為具 有有螺紋的"凸起部"，該有螺紋的"凸起部"使后部能被旋入介電材料， 而介電材料能被旋入前部。還可使用本文中未具體提到的替代方法來(lái)連接 修改錐體結(jié)構(gòu)65的前部和后部。認(rèn)為本文中所陳述的描述覆蓋了所有這些 實(shí)施例。
現(xiàn)在已經(jīng)描述了在其工作頻率范圍的較低端具有改善性能的天線的多 個(gè)實(shí)施例。如上所述，通過(guò)延長(zhǎng)天線單元的長(zhǎng)度和包括高通匹配網(wǎng)絡(luò)可改 善天線性能，該高通匹配網(wǎng)絡(luò)在其第一級(jí)(即最接近天線單元的那一級(jí)) 中包括串聯(lián)電容器，在其第二級(jí)(即離天線單元最遠(yuǎn)的那一級(jí))中包括一 個(gè)或多個(gè)并接電感器。圖9-10中所示的各個(gè)實(shí)施例改善了低頻范圍內(nèi)的天 線性能，而不會(huì)影響高頻范圍內(nèi)的性能。不過(guò)，圖10中所示的實(shí)施例為容 易和迅速地升級(jí)現(xiàn)有天線設(shè)計(jì)提供了一種方式，以使現(xiàn)有的天線設(shè)計(jì)具有 本文中所描述的性能增強(qiáng)，從而使升級(jí)成本和時(shí)間減至最小。
圖11示出了可用于改善天線在其工作頻率范圍的較低端處的性能的 方法的一個(gè)實(shí)施例?？蓸?gòu)想該方法可由天線制造商、終端用戶或被委派安 裝新天線或利用圖10A-10C中所示的組件升級(jí)現(xiàn)有天線設(shè)計(jì)的技術(shù)人員來(lái) 執(zhí)行。然而，該方法不限于任何特定的人員，而可由本領(lǐng)域的任何技術(shù)人 員來(lái)執(zhí)行。此外，該方法不嚴(yán)格受限于圖10A-10C中所示的實(shí)施例。在某 些情況下，可改變或修改以下陳述的方法步驟以適應(yīng)具有第一級(jí)串聯(lián)電容 器和第二級(jí)并接電感器的其它高通匹配網(wǎng)絡(luò)配置。
在一個(gè)實(shí)施例中，在該方法中描述的該天線可以是包括四個(gè)天線單元 的錐形偶極天線。如上所述，這些天線單元可經(jīng)由包括至少兩個(gè)串聯(lián)電容 器和至少一個(gè)并接電感器的高通匹配網(wǎng)絡(luò)耦合至阻抗變換器。然而，本文 中所描述的方法可適用于安裝或升級(jí)可能具有不同的天線單元和匹配網(wǎng)絡(luò) 組件數(shù)量和/或構(gòu)造的其它類型的天線。雖然以下陳述的方法步驟被描述為
18好像以特定的順序執(zhí)行，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解在不背離本發(fā)明的范 圍的情況下如何以顯著不同的順序執(zhí)行這些步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法可通過(guò)提供一對(duì)錐體結(jié)構(gòu)開(kāi)始(200)，每個(gè) 錐體結(jié)構(gòu)被配置成將兩個(gè)天線單元保持為期望角度。各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)中可嵌 入有電容器。該電容器可串聯(lián)耦合在阻抗變換器與兩個(gè)天線單元之間，用 于提供第一級(jí)電容。嵌入該對(duì)錐體結(jié)構(gòu)中的電容器可以或可以不具有相同 的電容值。
接著，該方法可包括將各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)的后端連接至耳狀結(jié)構(gòu)(210)， 該耳狀結(jié)構(gòu)提供天線單元與阻抗變換器之間的電和機(jī)械連接。如上所述，
可將電感器跨接耦合在耳狀結(jié)構(gòu)上(220)，以在嵌入在錐體結(jié)構(gòu)中的電容
器之間提供并接電感。嵌入的電容器和并接電感器可工作以改善偶極天線 在其工作頻率范圍的較低端的性能。
在某些情況下，可在將錐體結(jié)構(gòu)的后端連接至耳狀結(jié)構(gòu)之前將電感器 跨接耦合在耳狀結(jié)構(gòu)上。在其它情況下，可在將錐體連接至耳狀體之后再 將電感器耦合至耳狀體。在某些情況下，可使用形成在耳狀體中的現(xiàn)有孔 將電感器連接至耳狀體。然而，因?yàn)椴皇撬袉卧哂羞@樣的孔，所以 也可使用通常用于將耳狀體連接至平衡一不平衡變換器的安裝螺絲將電感 器連接至耳狀體。
在某些情況下，可能期望將原始天線單元調(diào)換成新的天線單元。如果
要利用較長(zhǎng)的天線單元升級(jí)現(xiàn)有的天線設(shè)計(jì)(230)，則該方法可包括提供 第二組天線單元(250)，該第二組天線單元在物理上和電學(xué)上均長(zhǎng)于天線 中原來(lái)包括的天線單元。較長(zhǎng)的天線單元可代替原始天線單元耦合至錐體 結(jié)構(gòu)的前端(260)，以增大天線在其工作期間產(chǎn)生的近場(chǎng)強(qiáng)度。如果不想 升級(jí)，則在將天線中原來(lái)包括的天線單元連接至錐體結(jié)構(gòu)的前端之后，該 方法可結(jié)束(240)。在升級(jí)實(shí)施例中，可能必須在提供錐體結(jié)構(gòu)之前將現(xiàn) 有的天線單元從天線中去除(在步驟200中)。
受益于此公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明確信可提 供一種在低頻范圍內(nèi)具有改善性能的偶極天線。更具體而言，本發(fā)明提供 了獨(dú)一無(wú)二的高通匹配網(wǎng)絡(luò)，其允許偶極天線可在其中其輸入阻抗變?yōu)殡姼行缘念l率范圍內(nèi)(例如在低頻范圍中)更高效地工作。根據(jù)此描述，本 發(fā)明的各個(gè)方面的進(jìn)一步修改和替代實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而 易見(jiàn)。因此，所附權(quán)利要求旨在被解釋為包括所有這些修改和變化，而且 因此說(shuō)明書和附圖被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制意義。
權(quán)利要求
1.一種天線，其包括經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)耦合至阻抗變換器的多個(gè)天線單元，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)電容器，各個(gè)所述電容器串聯(lián)耦合在所述阻抗變換器與不同的一個(gè)所述天線單元之間；至少一個(gè)電感器，其并接耦合在所述至少兩個(gè)電容器之間；以及其中所述匹配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)將所述至少兩個(gè)電容器定位在被安排成更接近所述天線單元的網(wǎng)絡(luò)級(jí)中的至少一個(gè)電感器之前，改善了所述天線在其工作頻率范圍的較低端的天線性能。
2. 如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，在工作期間，所述天線在其工 作頻率范圍的較低端呈現(xiàn)出小于約3:1的電壓駐波比(VSWR)。
3. 如權(quán)利要求l所述的天線，其特征在于，所述天線包括偶極天線。
4. 如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線還包括一對(duì)錐體和一 對(duì)耳狀體。
5.如權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，所述至少一個(gè)電感器跨接耦合 在所述一對(duì)耳狀體上。
6. 如權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，所述至少兩個(gè)電容器集成在所 述一對(duì)錐體中。
7. 如權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，各個(gè)錐體包括前部，其被配置成用于將兩個(gè)所述天線單元保持成期望角度，其中所述前部包括所述電容器中的一個(gè)；后部，其耦合至所述前部，其被配置成用于將所述錐體連接至所述耳狀體 中的一個(gè)；介電材料，其被安排在所述前部與所述后部之間，以將所述電容器與所述 阻抗變換器電隔離；以及用于將所述前部在物理上連接至所述后部的裝置。
8. 如權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述裝置包括多個(gè)螺絲，所述 多個(gè)螺絲在所述介電材料內(nèi)被鏜孔，并被絕緣材料填充，以將所述錐體的所述前部與后部電隔離。
9. 如權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述裝置包括將所述前部、所 述后部以及所述介電材料形成為具有有螺紋的凸起部，所述有螺紋的凸起部使 所述后部能被旋入所述介電材料，而所述介電材料能被旋入所述前部。
10. —種天線，包括多個(gè)天線單元，其中所述天線單元的最大尺寸約為4米；安裝結(jié)構(gòu)，其被配置成用于將所述多個(gè)天線單元耦合至阻抗變換器，其中所述安裝結(jié)構(gòu)包括一對(duì)錐體結(jié)構(gòu)，分別被配置用于將兩個(gè)所述天線單元保持成期望角 度；以及一對(duì)耳狀體結(jié)構(gòu)，分別被配置成用于將所述錐體結(jié)構(gòu)之一連接至所 述阻抗變換器，從而提供所述天線單元與所述阻抗變換器之間的電和機(jī)械 連接；以及高通匹配網(wǎng)絡(luò)，其包括至少兩個(gè)電容器，分別被嵌入所述錐體結(jié)構(gòu)之一，以便串聯(lián)耦合在 所述兩個(gè)天線單元與所述阻抗變換器之間；以及至少一個(gè)電感器，其跨接在所述一對(duì)耳狀結(jié)構(gòu)上，且與所述至少兩 個(gè)電容器并接。
11. 一種匹配網(wǎng)絡(luò)，包括至少兩個(gè)電容器和至少一個(gè)電感器，其中所述 匹配網(wǎng)絡(luò)被配置成通過(guò)以下步驟改善天線在其工作頻率范圍的較低端的性能(i)將各個(gè)電容器串聯(lián)耦合在所述天線的不同輻射元件與耦合至所述天線的阻 抗變換器之間，(ii)將所述至少一個(gè)電感器并接耦合在所述至少兩個(gè)電容器 之間，以及(iii)在被安排成更接近所述天線的輻射元件的網(wǎng)絡(luò)級(jí)中將所述至 少兩個(gè)電容器定位在所述至少一個(gè)電感器之前。
12. 如權(quán)利要求11所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括 高通匹配網(wǎng)絡(luò)，其被配置成用于改善所述天線在其工作頻率范圍的較低端的性 能，而不影響所述天線的工作頻率范圍的較高端的性能。
13. 如權(quán)利要求11所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，在工作期間，所述 匹配網(wǎng)絡(luò)使所述天線在其工作頻率范圍的較低端呈現(xiàn)出小于約3:1的電壓駐波比(VSWR)。
14. 如權(quán)利要求11所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述電容器集成在 一對(duì)錐體結(jié)構(gòu)中，所述錐體結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)被配置成用于將所述天線的兩個(gè)輻 射單元耦合至所述阻抗變換器。
15. 如權(quán)利要求14所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)包括: 前部，其被配置成用于將所述兩個(gè)輻射單元保持成期望角度，其中所述前部包括所述一對(duì)電容器中的一個(gè)；以及后部，其耦合至所述前部，且被配置成用于將所述錐體結(jié)構(gòu)經(jīng)由稱為"耳 狀體"的附加結(jié)構(gòu)連接至所述阻抗變換器。
16. 如權(quán)利要求15所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)還包括介電材料，其被安排在所述前部與所述后部之間，以將所述電容器與所述 阻抗變換器電隔離；以及用于將所述前部在物理上連接至所述后部的裝置。
17. 如權(quán)利要求16所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述裝置包括多個(gè) 螺絲，所述多個(gè)螺絲在所述介電材料內(nèi)被鏜孔，并被絕緣材料填充，以將所述 錐體結(jié)構(gòu)的所述前部與后部電隔離。
18. 如權(quán)利要求16所述的匹配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述裝置包括將所 述前部、所述后部以及所述介電材料形成為具有有螺紋的凸起部，所述有螺紋 的凸起部使所述后部能被旋入所述介電材料，而所述介電材料能被旋入所述前 部。
19. 一種用于改善天線在其工作頻率范圍的較低端的性能的方法，所述 天線包括耦合至阻抗變換器的多個(gè)天線單元，其中所述方法包括提供一對(duì)錐體結(jié)構(gòu)，各個(gè)所述錐體結(jié)構(gòu)被配置成用于將所述兩個(gè)天線單元 保持成期望角度，其中各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)包括嵌入其中的電容器；將各個(gè)錐體結(jié)構(gòu)的后端連接至耳狀結(jié)構(gòu)，所述耳狀結(jié)構(gòu)被配置成用于提供 所述天線單元與所述阻抗變換器之間的電和機(jī)械連接；將電感器跨接耦合在所述耳狀結(jié)構(gòu)上以在所述錐體結(jié)構(gòu)中嵌入的電容器 之間提供并接電感，其中所述嵌入的電容器和所述并接電感器起作用以改善所述偶極天線在其工作頻率范圍的較低端的性能。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括 提供第二組天線單元，所述第二組天線單元在物理上和電學(xué)上長(zhǎng)于所述天線中原來(lái)包括的所述多個(gè)天線單元；以及將所述第二組天線單元耦合至所述錐體結(jié)構(gòu)的前端，以增大所述天線在其工作期間所產(chǎn)生的近場(chǎng)強(qiáng)度。
全文摘要
本文提供了一種偶極天線，該天線在其工作頻率范圍的較低端具有改善的性能。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該偶極天線可包括經(jīng)由一對(duì)錐體和一對(duì)耳狀體耦合至阻抗變換器的多個(gè)天線單元。該偶極天線還可包括高通匹配網(wǎng)絡(luò)，該高通匹配網(wǎng)絡(luò)被專門配置成改善天線在其工作頻率范圍的較低端的性能。例如，匹配網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)(即最接近天線單元的那一級(jí))可包括兩個(gè)串聯(lián)的電容器，而匹配網(wǎng)絡(luò)的第二級(jí)(即離天線單元最遠(yuǎn)的那一級(jí))包括并接耦合在兩個(gè)電容器之間的電感器。
文檔編號(hào)H03H7/38GK101682116SQ200880011442
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
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