[发明专利]一种电介质负载天线

说明书

本发明涉及一种用于超过200MHz频率的电介质负载天线和一个装备有该天线的便携的无线终端。

这种天线在许多专利中都有公开，包括GB2292638A，GB2309592A，GB2310543A，GB2338605A，GB2346014A GB2351850A和GB2367429A。这些天线都有至少一对截然相反的螺旋天线，位于圆柱形的电绝缘核上，该电绝缘核由相对电介常数大于5的材料组成。该核心材料占有核心外表面的重要组成部分。通过核心从一个端面向另一个相反的端面延伸的是一个具有同轴分支结构的轴孔，该结构由屏蔽导体围绕的内导体组成。在孔的一端，分支结构导体连接于对应的天线，而天线具有与孔末端毗邻的相关连接部分。在孔的另一端，屏蔽导线与连接天线元件的导体连接，包围该孔的传导套管构成一个不平衡变压器。每个天线元件终止于套管边缘，从其分支结构的连接处开始形成各自的螺旋路径。

一些上述专利公开了四臂螺旋式天线主要用于接收或传输圆极化的电磁波。这些天线上都有四个位于核心的圆柱形表面的螺旋状磁道，或四组螺旋磁道，每组螺旋磁道构成一个复合的天线元件，并通过狭窄的缝隙分成两个轨道。

无论是四个还是两个螺旋天线，将天线部分与分支结构导体连接的连接部分在核心的平面末端表面上具有放射状轨道。

据了解，四臂螺旋式天线有一个抗阻的匹配网络。这可能体现于一个小的印刷线路板或固定于核心末端上表面的层压板，在分支结构和辐射状连接部分间提供连接，例如上述已公开的专利。天线具有一个国际专利号为WO2006/136809所述的匹配网络。

2008年7月17日公开的国际专利WO2008/084205公开的电介质负载天线具有三对和四对完全相反的螺旋状天线。该申请和上述公开专利参考上述说明书。

本项发明的目的是为了提供一种能够提高增益频带宽度的天线。

据该项发明的第一个方面，电介质负载的多线天线具有一个超过200MHz的操作频率：固体材料的电绝缘核的相对介电常数至少为10，并占据着核心外表面围成的内部空间的主要部分，一个三维的天线元件结构位于核心外表面的上面或是邻近，由至少两对大体上为螺旋状的传导天线元件组成，该天线元件被天线轴分隔开。每个天线元件对组成传导环部分，当N为整数，至少是2时，在操作频率的N波长区域具有一个有效的电长度。通常，每个螺旋元件的电长度为N/2个波长，在天线轴周围为一个整圈。天线元件最好大致呈均匀分布于天线轴周围，并且最好是轴向共存的。该天线具有一个圆极化辐射至少为90°的远场3dB射线宽度，通常达到120°的射线宽度。该固体材料的相对介电常数至少为20，首选材料是钛镁钙，钛镁钙的相对介电常数为21。通过这种方式，可以构建出一个圆极化辐射区域达+3dB的极高点。

本发明的首选天线具一个天线元件结构，有至少三对螺旋状大幅旋转的天线元件。根据本发明，首选天线的核心有一个圆柱状的外表面，一个第一端面部分和与第一端面部分直接相对的第二端面部分。在这种情况下，每对螺旋天线单元由两个伸长的传导单位组成，后者以完全相反的配置位于或粘合于核心的圆柱形外表面上。天线有一个轴向分支结构，其中央分支连接于第一末端表面部分连接。轴向分支结构穿过核心部分，故该天线构成所谓的“反射”天线。

所推荐的天线元件结构包括径向放射状延伸至第一末端表面部分上面或邻近的位置，每个连接耦合各自的螺旋元件与中央分支界线，放射延伸连接元件到每对螺旋天线元件的长度不同，从而使在包含各自配对的导电回路的电力长度不同。

该天线在操作频率上的圆偏振模式下是共振的，谐振模式的特点是具有一个旋转偶极子，其电压最大值在每个延长天线元件的旋转方向连续激活。

该天线最好包括一对天线元件耦合节点，每一对旋转元件具有一个连接至耦合节点的天线元件和另一个连接至其他耦合节点的天线元件。该天线也有一个共同的螺旋天线元件互连导体，有利于以传导环的形式与拉长传导元件的末端互连。该导体可能环绕着天线轴，在垂直于该轴的平面延伸。该互连导体围绕在核心部分的圆柱状外表面，并确定了围绕着该核心部分的共振传导途径。每个螺旋状天线元件具有一个连接于一个或其他耦合节点的第一末端，及一个连接至共同互连导体的第二末端，第二末端的连接是平均分隔在连接点上的。

环形导电线路的电力长度由围绕着核心部分的共同互连导体决定，大致等于一个整数(1，2，3，……)导波长，相当于天线的操作频率。由于该共同互连导体在操作频率上具有一个环状共振，这将增强天线的圆极化共振模式，促进旋转偶极围绕在均一分布的螺旋天线元件周围。