[发明专利]天线

说明书

本发明涉及工作在超过200MHz的频率上的天线，具体地涉及具有三维天线单元结构的天线。

英国专利No.2258776公开了一种借助于具有多个围绕一个公共轴布置的螺旋线单元而构成的三维天线单元结构形式的天线。这样的天线对于接收来自卫星的信号特别有用，例如，在GPS(全球定位系统)接收设备中。此天线能够接收来自这些源的圆极化信号，这些源可以直接在天线上方，也就是在其轴线上，或者这些源位于在垂直于天线轴线并穿过天线的平面之上几度的地方，或者这些源位于以上两个极限位置之间的立体角中的任何地方。

虽然这样的天线主要想要用来接收圆极化信号，但由于它的三维结构，它也适合于作为用于接收垂直和水平极化信号的全向天线。

这样的天线的一个缺点在于，在某些应用中它不够坚固，而且也不容易被改进到克服这一困难而不损害性能。因此，要在苛刻环境条件下接收来自天空的信号的天线，例如在飞机机身外侧，常常是贴片天线，它只是直接地安装在可以是飞机机身一部分的绝缘表面上的导体材料平板(通常的平板金属方形贴片)。然而，贴片天线在低仰角处趋向于只有很差的增益。为克服这一缺点所作的努力包括使用多个不同指向的贴片天线馈送给一个单个接收机。不单是由于所需要的单元数目，也由于组合所接收的信号的困难，这种技术是昂贵的。

按照本发明的一个方面，一种工作在超过200MHz的频率上的天线，包括：由相对介电常数大于5的材料构成的电绝缘的天线芯子，被安置在该芯子的外表面上或在外表面附近的并限定一个内部空间的三维天线单元结构，以及被连接到该单元结构的并穿过天线芯子的馈电器结构，芯子材料占据了所述内部空间的大部分。

单元结构典型地包括限定一个以位于中心纵轴上的馈电器结构为中心的包层的多个天线单元。芯子优选地是圆柱体，且天线单元优选地限定了和芯子同轴的圆柱形包层。芯子可以是除了安放馈电器的窄的轴向通道以外的实心圆柱体。优选地，芯子的实芯材料体积至少是由各单元限定的包层的内部体积的50％，这些单元位于芯子的圆柱的外表面上。这些单元可包括，例如，借助于淀积或借助于刻蚀以前加上的金属敷层而做成固定在芯子外表面的金属导体线条。

为了物理的和电的稳定性，芯子的材料可以是陶瓷，例如微波陶瓷材料，像钛酸锆基的材料，钛酸镁钙，钛酸钡锆和钛酸钡钕或它们的混合物。优选的相对介电常数是10以上或实际上是20，使用钛酸锆基的材料，数值36是可达到的。这样的材料具有可忽略的介质损耗以使天线的Q值达到受天线单元的电阻的支配比受芯子损耗的支配更多的程度。

本发明的具体的优选实施例具有固体材料的圆柱形芯子，其轴向尺寸至少和其外径一样大，固体材料直径方向的尺寸至少是外径的50％。这样，芯子可以取管状形式，其很窄的轴向通道的直径最多是芯子总直径的一半。内部通道可以有一个传导性内衬，它构成馈电器结构的一部分或构成对馈电器结构的屏蔽导体，藉此紧密地限定在馈电器结构和天线单元之间的径向空间。这有助于达到制造上的良好重复性。该优选实施例具有以芯子外表面上的金属线条构成的多个大体上的螺旋线天线单元，它们总的是在轴线方向上同时延伸的。每个单元在其一端被连接到馈电器结构，及在其另一端被连接到地或到虚拟的地导体，到馈电器结构的连接是藉大体上的径向导体单元来实现的，地导体对于所有螺旋线单元是共用的。

按照本发明的另一方面，工作在超过200MHz的频率上的天线，包括：具有中心纵轴并由相对介电常数大于5的材料制成的固体电绝缘天线芯子，在中心轴上穿过芯子延伸的馈电器结构，以及布置在芯子外表面上的辐射单元结构，后者包括多个天线单元，它们在芯子的一端被连接到馈电器结构，并沿芯子的相反端的方向延伸到公共的互连的导体。芯子优选地沿轴线方向具有恒定的外部的截面，天线单元是镀在芯子表面上的导体。天线单元可以包括在具有恒定外部的截面的芯子部分上纵向延伸的多个导体单元，以及把纵向延伸单元在芯子的所述一端处连接到馈电器结构的多个径向导体单元。词组“辐射单元结构”是在本领域技术人员所理解的意义上被使用的，即是指这些单元不一定是像在它们被连接到发射机时那样辐射能量，因而也就是指收集或辐射电磁辐射能量的单元。因此，作为本说明的主题的天线部件可被用于只接收信号的装置，也可被用于既发射又接收信号的装置。