專利名稱：天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電工程，并可應(yīng)用于天線饋電裝置，主要涉及緊湊的超寬頻帶天線。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)螺線天線由布置在單一平面內(nèi)并形成為雙矩形螺旋的導(dǎo)體制成，且螺旋的各圈彼此相對地指向(1)。
螺線天線與其他類型的天線，如偶極天線、折疊天線、Y天線、菱形天線等相比呈現(xiàn)出相對改善的寬頻帶。
然而，為了進一步改善寬頻帶，雙螺旋必須非常大，尤其在它要在低頻范圍內(nèi)進行工作的情況下。
另一種傳統(tǒng)天線包括布置在單一平面內(nèi)并彼此相對耦合的天線元件(2)。
在這個現(xiàn)有技術(shù)中，天線元件為等腰三角形形狀且頂點相對指向的板，三角形的相對邊彼此平行。這種天線的優(yōu)點在于它基于自補償原理構(gòu)造，由此，金屬部分的形狀和尺寸與平面內(nèi)互補金屬部分的狹縫部分的形狀和尺寸對應(yīng)并相等。這種非限定性結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出純粹的有源的、頻率無關(guān)的輸入電阻，這就改善了其在寬的頻率范圍內(nèi)的匹配。
然而，這種天線由于其幾何形狀的有限性造成的輸入電阻而遭遇寬頻帶降低。
最接近本發(fā)明的是如下的天線，其包括螺線天線，該螺線天線由布置在單一平面內(nèi)并形成為雙螺旋的導(dǎo)體制成，該螺旋的各圈彼此相對指向，兩個天線元件設(shè)置在相同平面內(nèi)，并分別在雙螺旋的兩個螺旋路徑的外圈處相對地耦合到導(dǎo)體上(3)。
在這個系統(tǒng)中，天線元件形成半波偶極(或單極)天線，且支臂由兩個銷釘制成。上述天線系統(tǒng)在一定程度上克服了傳統(tǒng)天線的問題。螺旋天線在高頻范圍內(nèi)工作，而低頻范圍的邊界取決于天線的直徑，并為0.5λ的數(shù)量級，其中λ是工作波長。自這些頻率開始，半波偶極天線參與工作。半波偶極天線可以在外端點或內(nèi)端點耦合到螺旋天線上。
根據(jù)最接近的現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)存在如下缺陷由于螺旋的尺寸必須不小于0.5λ，而偶極天線的尺寸必須為0.5λmax，因此其具有相當(dāng)大的尺寸；由于半波偶極天線是窄帶裝置，因此其寬頻帶并不充分，且偶極支臂的連接點處的輸入電阻作為頻率的函數(shù)而變化，這顯著影響了系統(tǒng)的寬頻帶；兩個具有不同電阻的天線系統(tǒng)電耦合損害了匹配質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善性能，并擴展所采用的技術(shù)裝置的潛力(stock)。
本發(fā)明提供了一種天線，該天線呈現(xiàn)出增強的寬頻帶以及改善的駐波比(SWR)，該天線構(gòu)造簡單，同時保持了較小尺寸。
本發(fā)明的目的可以在傳統(tǒng)天線中得以實現(xiàn)，該傳統(tǒng)天線包括設(shè)置在單一平面內(nèi)并形成為雙螺旋的導(dǎo)體制成的螺線天線，雙螺旋的各圈彼此相對地指向，兩個天線元件布置在相同平面內(nèi)，并且在雙螺旋外圈相對彼此分別耦合到導(dǎo)體的端點處，其中，根據(jù)本發(fā)明，雙螺旋為線段構(gòu)成的帶有直角轉(zhuǎn)彎的矩形螺旋，每個天線元件形成等腰梯形，并在等腰梯形較短底邊的端點處耦合到導(dǎo)體的端點上，等腰梯形的底邊平行于雙螺旋的線段。
在根據(jù)本發(fā)明的天線的另一實施例中，它可以提供雙螺旋的線段是直的；導(dǎo)體形成為正方形雙螺旋；天線元件的等腰梯形的較長底邊相對頂點之間的距離彼此相等，并與較長底邊所有相鄰頂點之間的距離相等；雙螺旋的導(dǎo)體之間的間隔大小等于導(dǎo)體的厚度；等腰梯形較短底邊的長度L為L＝1+2δ，其中，1是雙螺旋圈的直線段長度，其引向等腰梯形的底邊，而δ是雙螺旋各圈之間的尺寸；
天線元件為實心板；天線元件為Z字形線，其具有與等腰梯形形狀相一致的彎曲角度，從而Z字形線的Z字形部分與等腰梯形的側(cè)邊重合，并且Z字形線的連接Z字形部分平行于等腰梯形的底邊；雙螺旋導(dǎo)體之間的間隔的尺寸等于Z字形線中平行于等腰梯形底邊的各部分之間的間隔的尺寸；天線元件的Z字形線沿其縱軸形成曲折；天線元件的Z字形線沿著其縱軸形成恒定間距結(jié)構(gòu)，在恒定間距之內(nèi)，該恒定間距結(jié)構(gòu)由具有相同的各數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定。
每個導(dǎo)體沿著其縱軸形成曲折；雙螺旋的每個導(dǎo)體沿著其縱軸形成恒定間距結(jié)構(gòu)，在恒定間距之內(nèi)，該結(jié)構(gòu)由具有相同的各數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定；導(dǎo)體和天線元件具有較高靈敏度。
本發(fā)明上述目的借助于將天線形成為雙矩形螺旋并且利用等腰梯形形狀的天線元件而得以實現(xiàn)。通常，天線系統(tǒng)(AS)基于自補償原理構(gòu)造；其包括雙矩形阿基米德螺旋；雙螺旋的延長部分為平板，該平板的寬度隨著距螺旋中心的距離而線性增大，或者該延長部分為導(dǎo)電的Z字形線，其填充平板的區(qū)域。AS的寬頻帶可以通過使得所有導(dǎo)體為曲折形狀并為高電阻率材料而得以增強。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的天線的實施例，該天線元件由等腰梯形形狀的板制成；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的天線的實施例，其由雙矩形阿基米德螺旋形成，而后者由Z字形線延伸，該Z字形線的寬度隨著距螺旋中心的距離線性增大；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的天線的實施例，其中，天線元件的所有導(dǎo)體和Z字形線形成曲折；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的天線的實施例，其中，天線元件的所有導(dǎo)體和Z字形線形成非周期性(non-periodic)的恒定間距曲折結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)內(nèi)的周期(period)由具有相同的各數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定；圖5是調(diào)節(jié)為75Ohm特性阻抗的駐波比(SWR)的曲線。
具體實施例方式
參照圖1，緊湊的超寬頻帶天線包括導(dǎo)體形成的螺旋天線1，該導(dǎo)體設(shè)置在單一平面內(nèi)并形成為雙螺旋，雙螺旋的各圈彼此相對地指向。螺旋天線1的導(dǎo)體形成直角轉(zhuǎn)彎的線段。
兩個天線元件2布置在與雙螺旋相同的平面內(nèi)。天線元件2在雙螺旋的外圈相對地分別耦合到兩個螺旋路徑的每個導(dǎo)體上。每個天線元件2形成等腰梯形，并在等腰梯形的較短底邊的頂點處耦合到導(dǎo)體的端點上。等腰梯形的底邊平行于螺旋天線1的雙螺旋的線段。在一個實施例中，雙螺旋的線段可以是直的。較小尺寸的更簡單結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在平面器具中，其中，所有單獨部件布置在單一平面內(nèi)。這種實施例可以利用微帶技術(shù)容易構(gòu)造并制造。增強的寬頻帶和改善的駐波比可以通過使得AS集成化而實現(xiàn)，其中所有部件在單一平面內(nèi)，并滿足自補償原理。
為了完全滿足自補償標(biāo)準(zhǔn)，螺旋天線1(圖1)的導(dǎo)體可以形成為雙正方形螺旋，且每圈的直角頂點以相同距離沿著假想正方形的對角線和側(cè)邊設(shè)置在正方形的頂點處，將導(dǎo)體之間間隔引起的差異考慮在內(nèi)，從而將它們按照阿基米德螺旋布置。
在這個實施例中，天線元件2等腰梯形較長底邊的相對頂點之間的距離可以相等，并且較長底邊所有相鄰頂點之間的距離也相等。為了基于自補償原理構(gòu)造整個天線系統(tǒng)(AS)，在這個實施例中，天線元件2(圖1)的等腰梯形的較長底邊的頂點處于與假想正方形頂點相對應(yīng)的各點處。
在該實施例中，導(dǎo)體之間的間隔尺寸等于形成螺線天線的雙螺旋的導(dǎo)體的厚度。
天線元件2所形成的等腰梯形較短底邊的長度L為L＝1+2δ，其中1是雙螺旋圈的直線段，其引向等腰梯形的底邊，δ是雙螺旋各圈之間間隔的尺寸。
在該實施例中，等腰梯形的頂點精確位于假想正方形的對角線上。
天線元件2(圖1)可以直接由導(dǎo)電板制成，與最接近現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比，這使得寬頻帶增強，駐波比(SWR)改善，并且天線系統(tǒng)尺寸較小。螺線天線1通過以直角轉(zhuǎn)彎而制成，而天線元件2與螺線天線成為一體，而不是例如在(2)中公開的單獨的元件，但是它們與螺線天線1相結(jié)合應(yīng)滿足自補償原理。
然而，寬頻帶可以通過使得天線元件2(圖2)形成導(dǎo)電Z字形線3而進一步增強。Z字形線3的彎曲角度對應(yīng)于等腰梯形的形狀。Z字形線的Z字形部分與假想等腰梯形的側(cè)邊重合，而Z字形線的連接Z字形部分平行于假想等腰梯形的底邊。在這種情況下，Z字形線3(圖2)看起來象是填充板的整個區(qū)域(圖1)。
為了滿足自補償原理，雙螺旋(圖2)的各導(dǎo)體之間的間隔尺寸等于平行于等腰梯形底邊的Z字形線部分之間的間隔尺寸。
系統(tǒng)作為整體的寬頻帶可以通過使得天線元件2的Z字形線3沿著其縱軸成為曲折形狀(圖3)來進一步增強。為此相同目的，螺線天線1的每個導(dǎo)體沿著其縱軸為曲折形狀。在圖3中，附圖標(biāo)記4示出螺線天線1的導(dǎo)體形狀的放大圖。
為了消除會導(dǎo)致行波比(TWR)增大的局部諧振，并進一步增強系統(tǒng)作為整體的寬頻帶，優(yōu)選地是使天線元件2的Z字形線3沿著其縱軸成為曲折形狀的非周期性恒定間距結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)中恒定間距之間的周期由具有相同的各數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定(圖4)。同樣，螺線天線1的每個導(dǎo)體形成曲折形狀的非周期性恒定間距結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)中恒定間距之間的周期由具有相同的各數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定。圖4中附圖標(biāo)記5示出螺線天線1的導(dǎo)體的形狀，在一段非周期性曲折結(jié)構(gòu)上其帶有偽隨機序列相應(yīng)部分的下標(biāo)。
螺線天線1和天線元件2的導(dǎo)體，(為平板或Z字形線(圖1-4)，可以具有較高電阻率。作為示例，天線元件2可以為帶有噴涂的電阻層的平板，其電阻朝向等腰梯形的長邊平穩(wěn)增大。螺線天線1和Z字形線3的導(dǎo)體可以由電阻絲制成，其電阻從天線系統(tǒng)(AS)的中心向其邊緣平穩(wěn)變化。
根據(jù)本發(fā)明的緊湊超寬頻帶天線(圖1-4)如下工作在低頻范圍內(nèi)，螺線天線1(正方形雙阿基米德螺旋)作用為雙導(dǎo)體傳輸線，其逐漸變化為輻射結(jié)構(gòu)，等腰梯形形狀的天線元件2。天線元件2可以為導(dǎo)電板(圖1)或Z字形線3(圖3)，其中導(dǎo)電板隨著距螺旋中心的距離線性增大，而Z字形線3填充等腰梯形的區(qū)域。
具有曲折形狀(如4所示)的螺線天線1和Z字形線3的導(dǎo)體的實施例(圖3)沿著平順結(jié)構(gòu)提供了大約等于0.4～0.5電流波速度的行進電流波速度。為此原因，盡管天線系統(tǒng)的幾何尺寸較小，λmax/10，其中λmax為最大波長，該系統(tǒng)仍呈現(xiàn)出較大的相對電長度。
在低頻和中頻范圍內(nèi)，天線圖案與SWR＜4的寬帶偶極相同(圖5)。在較高頻率范圍內(nèi)，其中正方形阿基米德螺旋的尺寸成為與λ/7相等，其中λ是工作波長，雙螺旋作用為主輻射結(jié)構(gòu)。在高頻范圍內(nèi)，天線系統(tǒng)的寬帶特性由實現(xiàn)激勵條件的精度限制，且天線圖案有所改變。駐波比(SWR)在從1.5到3的頻率范圍內(nèi)變化(圖6)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)基于自補償原理，即，金屬部分和狹縫部分具有絕對相同的形狀和尺寸，這確保了在寬闊的有限帶寬內(nèi)的恒定輸入電阻R≈100Ohm。使用正方形阿基米德螺旋與圓形螺旋相比幾何尺寸小4/π倍。使用慢波結(jié)構(gòu)并且在各部件之間沒有電耦合確保了較小幾何尺寸的系統(tǒng)與饋線之間的匹配得以改善。天線可以由同軸線平衡變換器激勵，后者代表在同軸線和雙線線路之間的平穩(wěn)過渡。
根據(jù)本發(fā)明的天線可以最有效地用于無線電工程中，以構(gòu)造具有改善性能的天線饋電裝置。
權(quán)利要求
1.一種天線，包括由設(shè)置在單一平面內(nèi)并形成為雙螺旋的導(dǎo)體制成的第一天線，以及設(shè)置在單一平面內(nèi)并與第一天線的端點相耦合的等腰梯形的第二天線，其中第一天線的所述雙螺旋的各圈是螺旋型的。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述雙螺旋的各圈在彼此相反的方向上向外盤繞。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述雙螺旋形成為直角轉(zhuǎn)折的直線段構(gòu)成的矩形盤繞。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，第二天線包括兩個天線元件，各自形狀為一等腰梯形，設(shè)置在單一平面內(nèi)并相對地耦合到第一天線的所述端點。
5.如權(quán)利要求4所述的天線，其中，第二天線的各等腰梯形的較大底邊的相對頂點之間的距離彼此相等，并等于較大的底邊的各相鄰頂點之間的距離。
6.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，雙螺旋導(dǎo)體之間的間隔等于導(dǎo)體的厚度。
7.如權(quán)利要求5所述的天線，其中，在第二天線中，所述等腰梯形的較小的底邊的長度為L＝I+2δ，式中I是連接到等腰梯形的底部的雙螺旋的各圈的直線段的長度，δ是雙螺旋的各圈導(dǎo)體之間的間隔的尺寸。
8.如權(quán)利要求5所述的天線，其中，所述的第一和第二天線由Z字形線構(gòu)成，其彎曲成與等腰梯形形狀相一致，從而第二天線的Z字形線的彎折部分與等腰梯形的側(cè)邊重合，而Z字形線的連接彎折的部分平行于等腰梯形的底邊。
9.如權(quán)利要求8所述的天線，其中，天線元件的所述Z字形線沿著其縱軸形成恒定間距結(jié)構(gòu)，在恒定間距之間，該結(jié)構(gòu)由具有相同的數(shù)字平均出現(xiàn)頻率的數(shù)字0和1的偽隨機序列限定。
10.如權(quán)利要求8所述的天線，其中，每個所述導(dǎo)體沿著其縱軸形成曲折。
全文摘要
本發(fā)明的裝置具有借助于導(dǎo)體形成的螺線天線，該導(dǎo)體布置在相同平面上，并以雙螺旋形式實施。兩個間隔的陣列布置在相同平面上，并以相對的方式連接到雙螺旋的兩側(cè)螺環(huán)的導(dǎo)體上，雙螺旋實施為矩形，矩形螺環(huán)的傳輸線形式。每個間隔的陣列實施為等腰梯形的形式，并連接到其較短底邊的頂點上。等腰梯形的底邊平行于雙螺旋的傳輸線。
文檔編號H01Q9/27GK1585189SQ200410078950
公開日2005年2月23日 申請日期2001年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
發(fā)明者蓋拉特·S·伊克拉莫夫, 亞歷山大·V·克里什托波夫 申請人:三星電子株式會社