[发明专利]纯电介质天线及相关器件

说明书

本发明涉及尤其适用于RF应用的新颖天线，其中，细长的基本为纯的电介质组件支持新颖的谐振模式。

背景技术

本申请人已经开发了一种新的天线技术，其基于基本为纯的电介质材料，并被认为不同于电介质谐振器天线(DRA)和电传导天线。如果传导率足够优良，则诸如偶极子的电传导天线可几乎无限薄，而本发明实施方案的基本为纯的电介质天线需要有限的截面来进行有效辐射。DRA是像空腔一样辐射的体器件(volume device)。如果DRA被制造得足够长和薄从而使横向谐振模式不再可能(在感兴趣的频率处)时，并不清楚DRA是否将变成纯的电介质天线，这是因为该课题还从未进行研究。

虽然在纯的电介质天线中金属导体似乎并非理论上必需，但实际上，金属导体是需要的，用于将馈电网络(feed network)焊接至天线以用于测试。仿真与实验室测量之间的一致性是良好的，从而表示该技术是真实的而并非某些仿真或测量的人工产物。

直至最近，天线总是由诸如铜的传导材料制成。试图设计一种由电介质(绝缘)材料制成的天线似乎是不可能的，但是实际上，这些材料在无线电频率将支持辐射位移电流。斯坦福大学的R.D.Richtmyer早在1939年便在论文中显示出这一点[RICHTMYER R.D.：″Dielectric resonators″，J.Applied Physics，10，391-398，1939([RICHTMYER R.D.：“电介质谐振器”，应用物理学杂志，10，391-398，1939)]。J.C.Maxwell将位移电流项添加到等式中，该等式以其名字命名。显然，位移电流不可能是自由电荷的流动，其实际上是由电子在晶格结构中的平均位置周围的位移所造成的。这与其他的电介质器件(电容器)不能传导直流(DC)但能通过无线电频率的方式相似。

电介质天线是在选定的发射和接收频率处辐射或接收无线电波的天线器件，例如像在移动远程通信中使用的那样。电介质天线的电介质材料可由几种候选材料制成，包括陶瓷电介质，尤其是低损耗陶瓷电介质材料。

本申请人已经在电介质天线领域进行了广泛的研究，下面将给出本申请中所使用的术语。本发明实施方案的纯的电介质天线应该被理解为：是向公知类型的电介质天线技术或基于电介质的天线技术增添了新的种类。在本发明之前使用的现有的术语是：

高介电天线(HDA)：利用高介电组件作为谐振器或者便于调整传导辐射器的响应的任何天线。

HDA的种类划分如下：

a)介电负载的天线(DLA)：其为这样一种天线，其中传统的传导辐射元件被装入能调整传导辐射元件的谐振特性的电介质材料(通常为固体电介质材料)中或置于电介质材料附近。一般而言，将传导辐射元件装入固体电介质材料中使得能够在任何给定的工作特性集合中使用较短或较小的辐射元件，但是其代价是带宽和辐射电阻，参见关于天线原理的许多教材[例如，RUDGE A.W.，MILNE K.，OLVERA.D.and KNIGHT P.：″The handbook of antenna design″，PeterPeregrinus Press，1986，page 1534(RUDGE A.W.、MILNE K.、OLVERA.D.和KNIGHT P.在1986年，于Peter Peregrinus出版社的出版的“天线设计手册”的第1534页发表)]。在DLA中，在电介质材料中仅生成少量的位移电流，而传导元件起到辐射器作用，并非电介质材料。DLA通常具有良好定义的和窄带的频率响应。