專利名稱：空間填充小型天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及根據(jù)新穎幾何結(jié)構(gòu)減小尺寸的新型天線，將曲線幾何結(jié)構(gòu)稱為空間填充曲線(SFC)。在天線可以被安裝在比工作波長(zhǎng)小的空間內(nèi)時(shí)，將該天線稱為小型天線。更具體地說，以弧度球面為基準(zhǔn)將天線分類為小型天線?；《惹蛎媸前霃降扔诠ぷ鞑ㄩL(zhǎng)除以2π的虛球面；根據(jù)波長(zhǎng)，在天線可以安裝在所述弧度球面內(nèi)時(shí)，將此天線稱為小型天線。
背景技術(shù)：
本發(fā)明確定了一種新穎幾何結(jié)構(gòu)，即空間填充曲線(SFC)幾何結(jié)構(gòu)，并且該幾何結(jié)構(gòu)用于成型部分天線。利用這種新穎技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以減小天線的尺寸，或者說，與同樣尺寸的傳統(tǒng)天線相比，給定固定尺寸的天線可以在更低頻率下工作。
本發(fā)明可以應(yīng)用于通信領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)減小尺寸的天線。
在二十世紀(jì)四十年代中期，H.Wheeler和L.J.Chu從理論對(duì)小型天線作了一些基本限定。他們主要認(rèn)為，小型天線應(yīng)該具有高品質(zhì)因數(shù)(Q)，因?yàn)榕c輻射功率相比，天線附加地區(qū)具有大量無效功率。這種高品質(zhì)因數(shù)可以產(chǎn)生窄帶寬，事實(shí)上，根據(jù)這種理論得到的基本原則是對(duì)特定尺寸小型天線施加給定最大帶寬。
關(guān)于這種現(xiàn)象，眾所周知，小型天線的特性在于具有大輸入電抗(電容性的或電感性的)，因此必須利用外部匹配電路或結(jié)構(gòu)/加載電路或結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。這還意味著，難以將諧振天線封裝到相對(duì)于諧振波長(zhǎng)的小空間內(nèi)。小型天線的其它特性在于其輻射電阻小、效率低。
尋找可以由小空間進(jìn)行有效輻射的結(jié)構(gòu)具有巨大商業(yè)利益，特別是在移動(dòng)通信設(shè)備(蜂窩式電話、蜂窩式尋呼機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)以及數(shù)字處理器，這里僅列舉幾個(gè)例子)環(huán)境中，其中要求便攜式設(shè)備的尺寸小和重量輕。根據(jù)R.C.Hansen(R.C.Hansen，“FundamentalLimitations on Antennas”，Proc.IEEE，vol.69，no.2，F(xiàn)ebruary 1981)，小型天線的性能依賴于其有效使用圍繞天線的虛弧度球面內(nèi)小可用空間的能力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，引入一組被稱為空間填充曲線(space-filling curve)(以下簡(jiǎn)稱SFC)的新穎幾何結(jié)構(gòu)用于設(shè)計(jì)和構(gòu)造小型天線，這樣可以提高現(xiàn)有技術(shù)中說明的其它傳統(tǒng)天線的性能(例如線性單極天線、偶極天線以及圓環(huán)形天線和方環(huán)形天線)。
本發(fā)明描述的某些幾何結(jié)構(gòu)是諸如Giusepe Peano和DavidHilbert的幾位數(shù)學(xué)家在二十世紀(jì)的幾何學(xué)研究過程中產(chǎn)生的。在所有所述情況中，根據(jù)數(shù)學(xué)觀點(diǎn)對(duì)這些曲線所做的研究從來未實(shí)際應(yīng)用于工程應(yīng)用。
通常，利用維數(shù)(D)來表征本發(fā)明描述的非常復(fù)雜幾何曲線和結(jié)構(gòu)。關(guān)于維數(shù)，有許多種不同的數(shù)學(xué)定義，但是在本發(fā)明中，利用方框計(jì)數(shù)維數(shù)(數(shù)學(xué)理論方面的熟練技術(shù)人員眾所周知)來表征一系列設(shè)計(jì)。數(shù)學(xué)理論方面的熟練技術(shù)人員會(huì)注意到，可以選擇利用Iterated Function System(IFS)、Multireduction Copy Machine(MRCM)或Networked Multireduction Copy Machine(MRCM)算法構(gòu)造某些空間填充曲線，如上所述。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于將部分天線(例如至少偶極天線的部分臂部、至少單極天線的部分臂部、補(bǔ)片式天線的補(bǔ)片環(huán)形、隙縫天線中的隙縫、環(huán)形天線內(nèi)的環(huán)形周邊、喇叭形天線的喇叭剖面、或者反射器天線內(nèi)的反射器周邊)成型為空間填充曲線，即相對(duì)于物理長(zhǎng)度大，但相對(duì)于可以包括該曲線的面積小的曲線。更確切地說，以下是空間填充曲線的定義至少有10段以這樣的方式連接在一起組成的曲線，以致每段與其相鄰段形成某個(gè)角度，即沒有一對(duì)相鄰段可以形成更大直段，并且其中當(dāng)且僅當(dāng)由至少10個(gè)連接段構(gòu)成的非周期性曲線定義該周期并且沒有一對(duì)所述相鄰連接段確定更長(zhǎng)直線段時(shí)，沿空間固定直線方向，曲線具有選擇性周期。此外，無論如何設(shè)計(jì)此SFC，它永遠(yuǎn)不會(huì)與自己在起始點(diǎn)和終止點(diǎn)之外的任何點(diǎn)相交(即可以將整個(gè)曲線排列為封閉曲線或環(huán)形，但是曲線的各部分卻不變成封閉環(huán)形)?？梢詫⒖臻g填充曲線安排在平面或曲面上，并且因?yàn)楦鞫沃g具有拐角，所以該曲線的物理長(zhǎng)度總是比適于所述空間填充曲線的同一個(gè)區(qū)域(表面)的任何直線長(zhǎng)。此外，為了根據(jù)本發(fā)明正確成型小型天線的結(jié)構(gòu)，SFC曲線的各段必須比自由空間工作波長(zhǎng)的十分之一短。
根據(jù)成型過程和曲線幾何結(jié)構(gòu)，從理論上說，可以設(shè)計(jì)某種無限長(zhǎng)SFC，其特征是Haussdorf維數(shù)大于其拓?fù)渚S數(shù)。也就是說，根據(jù)傳統(tǒng)歐氏幾何學(xué)，通常認(rèn)為，曲線始終是一維對(duì)象，然而，在曲線高度盤旋并且其物理長(zhǎng)度非常長(zhǎng)時(shí)，該曲線趨向于填充其所在的部分表面，在這種情況下，通過該曲線(或者至少是其近似，利用方框計(jì)數(shù)(box-counting)算法)可以計(jì)算Haussdorf維數(shù)，并且結(jié)果數(shù)值比1大。用物理方法不可能構(gòu)造這種理論的無限長(zhǎng)曲線，但是可以提出對(duì)它們進(jìn)行SFC設(shè)計(jì)。圖2和圖5所示的曲線8和17是這種SFC的一些例子，它們接近D＝2維的理想無限長(zhǎng)曲線。
在天線的物理成型過程中采用SFC曲線的優(yōu)勢(shì)有兩個(gè)方面(a)給定特定工作頻率或波長(zhǎng)，則相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，可以減小所述SFC天線的尺寸。
(b)給定SFC天線的物理尺寸，則與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述SFC天線可以在更低的頻率下工作。


圖1示出SFC曲線的某些特殊情況。從起始曲線(2)開始，可以形成具有10個(gè)連接段的其它曲線(1)、(3)和(4)。以下將此特殊曲線系列稱為SZ曲線。
圖2示出兩條現(xiàn)有技術(shù)彎曲線與由圖1所示SZ曲線構(gòu)造的兩條SFC周期性曲線之間的相互比較；圖3示出SFC天線的特殊配置，它在不同樹形配置中包括偶極天線，其中其兩個(gè)臂中的每個(gè)臂被完全成型為SFC曲線(1)。
圖4示出SFC天線的其它特殊情況，它們包括在單極天線上。
圖5示出SFC隙縫天線的例子，其中將隙縫成型為圖1所示的SFC形。
圖6示出根據(jù)Hilbert曲線產(chǎn)生的另一組SFC曲線(15-20)，并在以下將它們稱為Hilbert曲線；為了進(jìn)行比較，(14)內(nèi)示出標(biāo)準(zhǔn)、非SFC曲線。
圖7示出根據(jù)圖6所示的SFC曲線(17)的SFC隙縫天線的另一個(gè)例子。
圖8示出另一組SFC曲線(24、25、26、27)，以下將它們稱為ZZ曲線；為了進(jìn)行比較，示出傳統(tǒng)直角鋸齒形曲線(23)。
圖9示出在引線配置(頂部)中基于曲線(25)環(huán)形天線；下面是，在介質(zhì)襯底(10)上印刷環(huán)形天線29。
圖10示出基于圖8所示SFC(25)的隙縫天線。
圖11示出補(bǔ)片式天線，其中根據(jù)SFC(25)成型其補(bǔ)片環(huán)形。
圖12示出開口天線，其中在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或超導(dǎo)結(jié)構(gòu)(31)上實(shí)現(xiàn)開口(33)，利用SFC(25)成型所述開口。
圖13示出在基于SFC(25)的補(bǔ)片環(huán)形上具有開口的補(bǔ)片式天線。
圖14示出基于Giusepe Peano曲線的SFC曲線系列(41、42、43)的另一個(gè)特殊例子。
圖15示出具有基于SFC(41)的SFC隙縫的補(bǔ)片式天線。
圖16示出波導(dǎo)隙縫天線，其中矩形波導(dǎo)(47)有一個(gè)側(cè)壁具有SFC曲線(41)隙縫。
圖17示出喇叭形天線，其中根據(jù)SFC(25)成型喇叭的開口和剖面。
圖18示出反射器天線的反射器，其中所述反射器的環(huán)形被成型為SFC(25)。
圖19示出基于Giusepe Peano曲線的系列SFC曲線(51、52、53)；為了進(jìn)行比較，示出僅由9段形成的非SFC曲線。
圖20示出另一個(gè)系列SFC曲線(55、56、57、58)；為了進(jìn)行比較，示出僅由5段構(gòu)成的非SFC曲線(54)。
圖21示出由SFC(57)構(gòu)成的SFC環(huán)形(59、60)的兩個(gè)例子。
圖22示出在此稱為HilbertZZ曲線的系列SFC曲線(61、62、63、64)。
圖23示出在此稱為Peanodec曲線的系列SFC曲線(66、67、68)；為了進(jìn)行比較，示出僅由9段構(gòu)成的非SFC曲線(65)。
如24示出在此稱為Peanoinc曲線的系列SFC曲線(70、71、72)；為了進(jìn)行比較，示出僅由9段構(gòu)成的非SFC曲線(69)。
圖25示出在此稱為PeanoZZ曲線的系列SFC曲線(73、74、75)；為了進(jìn)行比較，示出僅由9段構(gòu)成的非SFC曲線(23)。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2示出SFC曲線的一些例子。圖1中的曲線圖(1)、(3)和(4)示出被稱為SZ曲線的3條SFC曲線例子。為了進(jìn)行比較，曲線圖(2)示出由于它僅包括6段所以不屬于SFC曲線的曲線。圖2中的曲線圖(7)和(8)示出包括SFC曲線(1)在內(nèi)、由周期性重復(fù)運(yùn)動(dòng)形成的SFC曲線的另外兩個(gè)特殊例子。重要的是要注意，這些SFC曲線的例子與周期性、彎曲的非SFC曲線(例如圖2中曲線圖(5)和曲線圖(6)所示的曲線)之間的實(shí)質(zhì)差別。盡管曲線(5)和(6)由10段以上構(gòu)成，但是實(shí)質(zhì)上，仍將它們看作沿直線方向(水平方向)是周期性的并且確定周期或重復(fù)單元的運(yùn)動(dòng)少于10段(曲線圖(5)內(nèi)的周期僅包括4段，而曲線(6)內(nèi)的周期包括9段)，它們違背了本發(fā)明引入的SFC曲線定義。實(shí)際上，SFC曲線更復(fù)雜并且將更長(zhǎng)的長(zhǎng)度封裝在更小的空間內(nèi)；此事實(shí)與構(gòu)成SFC曲線的每段在電方面是短的事實(shí)結(jié)合(比自由空間工作波長(zhǎng)的十分之一短，正如本發(fā)明所要求的那樣)，在減小天線尺寸方面非常重要。此外，在設(shè)計(jì)小型天線過程中，獲得本發(fā)明所述特殊SFC曲線所使用的折彎機(jī)的等級(jí)非常重要。
圖3示出SFC天線的優(yōu)選實(shí)施例。這三個(gè)曲線圖示出同一個(gè)基本偶極子的不同配置。所構(gòu)造的雙臂天線偶極子包括兩個(gè)導(dǎo)電部分或超導(dǎo)部分，將每個(gè)部分分別成型為SFC曲線。為了簡(jiǎn)潔起見，而且又不喪失一般性，在此選擇特殊SFC曲線(圖1所示SZ曲線(1))，例如，也可以替代使用圖1、2、6、8、14、19、20、21、22、23、24或25所示的其它SFC曲線。兩個(gè)臂的兩個(gè)最接近塞尖形成偶極子的輸入端(9)。輸入端(9)被示為導(dǎo)電環(huán)或超導(dǎo)環(huán)，但是，顯然，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員，也可以將此輸入端成型為以下任何其它圖形，只要相對(duì)于工作波長(zhǎng)，它們保持小就可以。此外，可以以不同方式旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)彎偶極子臂從而精調(diào)輸入阻抗或天線的輻射特性，例如，極性。圖3還示出SFC偶極子的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中在介質(zhì)襯底(10)上印刷導(dǎo)電SFC臂和超導(dǎo)SFC臂；在SFC曲線長(zhǎng)時(shí)，根據(jù)成本和機(jī)械魯棒性，此方法特別方便。眾所周知的任何印刷電路制造技術(shù)均可以應(yīng)用于在介質(zhì)襯底上印刷SFC曲線圖形。例如，所述介質(zhì)襯底可以是玻璃纖維板、基于聚四氟乙烯的襯底(例如Cuclad)或者其它標(biāo)準(zhǔn)射頻和微波襯底(例如Rogers 4003或Kapton)。如果將天線安裝在交通工具(例如轎車、火車或飛機(jī))內(nèi)以發(fā)送或接收無線電、電視、蜂窩式電話(GSM 900、GSM 1800、UMTS)或其它通信業(yè)務(wù)的電磁波，則介質(zhì)襯底可以僅是窗玻璃的一部分。當(dāng)然，還可以在偶極子的輸入端連接或集成平衡-不平衡網(wǎng)絡(luò)以平衡兩個(gè)偶極子臂之間的電流分布。
SFC天線的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是如圖4所示的單極天線配置。在這種情況下，一個(gè)偶極子臂由導(dǎo)電平衡網(wǎng)絡(luò)或超導(dǎo)平衡網(wǎng)絡(luò)或接地板(12)構(gòu)成。手持電話外殼甚或轎車、火車的部分金屬結(jié)構(gòu)可以用作地平衡網(wǎng)絡(luò)。象通常在現(xiàn)有技術(shù)單極天線內(nèi)那樣，例如，利用傳輸線(11)激勵(lì)地和單極天線臂(在此，用SFC曲線(1)表示臂，但是也可以用任何其它SFC曲線代替)。所述傳輸線由兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，一個(gè)導(dǎo)體與接地平衡網(wǎng)絡(luò)相連，而另一個(gè)導(dǎo)體與SFC導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或SFC超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)相連。在圖4所示的曲線圖中，同軸電纜(11)作為傳輸線的特殊外殼，但是，顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以采用其它傳輸線來激勵(lì)單極天線。在圖3所示線路之后，選擇性地將SFC曲線印刷在介質(zhì)襯底(10)上。
例如，如圖5、7和10所示，隙縫天線是SFC天線的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在圖5中，兩個(gè)連接SFC曲線(在圖1所示的圖形(1)之后)形成隙縫或間隙，該隙縫和間隙被印刷在導(dǎo)電板或超導(dǎo)板(13)上。例如，這種板可以是印刷電路板配置中介質(zhì)襯底上的板、透明導(dǎo)電薄膜(例如沉淀在玻璃窗上用于防止轎車內(nèi)部被紅外線輻射的薄膜)、或者僅是手持電話、轎車、火車、輪船或飛機(jī)的部分金屬結(jié)構(gòu)。激勵(lì)方法可以是傳統(tǒng)隙縫天線中使用的任何眾所周知方法，并且這不屬于本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在所有所述三個(gè)附圖中，通過隙縫，利用其一個(gè)導(dǎo)體與導(dǎo)電板的一端相連，其另一個(gè)導(dǎo)體與該板的另一端相連的同軸電纜(11)激勵(lì)天線。例如，也可以使用微帶傳輸線，而不使用同軸電纜。
為了對(duì)根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)質(zhì)原理實(shí)現(xiàn)的天線的幾個(gè)變換例進(jìn)行說明，圖7示出類似例子，其中利用另一條曲線(Hilbert系列內(nèi)的曲線(17))來代替。請(qǐng)注意，既不在圖5中，也不在圖7中，隙縫到達(dá)導(dǎo)電板的邊緣，但是在另一個(gè)實(shí)施例中，還可以設(shè)計(jì)隙縫到達(dá)所述板的邊緣，將所述板分割為兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)電板。
圖10示出隙縫SFC天線的另一個(gè)可能實(shí)施例。它也是閉環(huán)配置方式的隙縫天線。例如，通過連接圖8中SFC(25)圖形之后的4個(gè)SFC間隙，可以構(gòu)造此環(huán)(顯然，根據(jù)本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容，可以利用其它SFC曲線來代替)。結(jié)果閉環(huán)確定被導(dǎo)電板或超導(dǎo)板圍繞的導(dǎo)電島或超導(dǎo)島的邊緣。利用眾所周知的傳統(tǒng)技術(shù)可以激勵(lì)該隙縫；例如，可以使用同軸電纜，將其外部導(dǎo)體之一連接到外部導(dǎo)電板，而將其內(nèi)部導(dǎo)體連接到SFC間隙圍繞著的內(nèi)部導(dǎo)電島。此外，例如，這種板可以是印刷電路板配置中介質(zhì)襯底上的板、透明導(dǎo)電薄膜(例如沉淀在玻璃窗上用于防止轎車內(nèi)部被紅外線輻射的薄膜)、或者僅是手持電話、轎車、火車、輪船或飛機(jī)的部分金屬結(jié)構(gòu)。此隙縫可以僅由兩個(gè)接近、但是非共面導(dǎo)電島與導(dǎo)電板之間的隙縫形成。例如，這可以通過將內(nèi)部導(dǎo)電島安裝在選擇介質(zhì)層表面之上并在所述襯底的另一個(gè)表面上圍繞導(dǎo)體，利用物理方法實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)然，隙縫配置并不是實(shí)現(xiàn)SFC環(huán)形天線的唯一方式。由超導(dǎo)材料或?qū)щ姴牧现圃斓姆忾]SFC曲線可以用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線SFC環(huán)形天線，正如圖9示出的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所示。在這種情況下，將部分曲線斷開，例如，曲線的兩個(gè)結(jié)果端形成環(huán)形天線的輸入端(9)。還可以選擇將環(huán)形印刷在介質(zhì)襯底(10)上。如果采用介質(zhì)襯底，則通過在所述襯底上蝕刻基準(zhǔn)SFC圖形，構(gòu)造介質(zhì)天線，所述介質(zhì)的介電常數(shù)比所述襯底的介電常數(shù)大。
圖11示出另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。它在補(bǔ)片式天線上具有表征SFC環(huán)形的導(dǎo)電補(bǔ)片或超導(dǎo)補(bǔ)片(30)(在此采用SFC(25)的特殊情況，顯然還可以利用其它SFC曲線代替)。補(bǔ)片式天線的環(huán)形屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)部分，例如，作為天線的剩余部分與其它傳統(tǒng)補(bǔ)片式天線相符，補(bǔ)片式天線包括導(dǎo)電接地板或超導(dǎo)接地板(31)或接地平衡網(wǎng)絡(luò)；導(dǎo)電補(bǔ)片或超導(dǎo)補(bǔ)片，平行于所述接地板或接地平衡網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)片與地線之間的間隔通常低于(但并不局限于)四分之一波長(zhǎng)?？梢詫⒌蛽p耗介質(zhì)襯底(10)(例如玻璃纖維、諸如Culad聚四氟乙烯襯底或諸如Rogers4003的其它市售材料)設(shè)置在所述補(bǔ)片與接地平衡網(wǎng)絡(luò)之間。天線反饋方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)補(bǔ)片式天線使用的任何一種眾所周知的方法，例如在要求輸入阻抗點(diǎn)，其外部導(dǎo)體與接地板相連，其內(nèi)部導(dǎo)體與補(bǔ)片相連的同軸電纜(當(dāng)然，也可以采用包括位于補(bǔ)片上、圍繞同軸連接點(diǎn)或圍繞設(shè)置在與補(bǔ)片平行的距離、與同軸電纜的內(nèi)部導(dǎo)體相連的電容器板的電容性間隙的典型變換例，等等)。利用電容性連接到補(bǔ)片并位于補(bǔ)片之下某個(gè)距離的帶(或者在另一個(gè)實(shí)施例中，利用設(shè)置在接地板之下、通過隙縫與補(bǔ)片相連的帶)，微帶傳輸線與天線共用同一個(gè)接地板。甚至具有該帶的微帶傳輸線與補(bǔ)片共面。所有這些機(jī)制在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，并且不屬于本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是可以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)配置減小天線尺寸的天線形狀(在這種情況下，即補(bǔ)片的SFC環(huán)形)。
圖13和圖15示出同樣基于補(bǔ)片配置SFC天線的其它優(yōu)選實(shí)施例。它們包括在傳統(tǒng)補(bǔ)片式天線上具有多邊形補(bǔ)片(30)(正方形、三角形、五邊形、六邊形、矩形、甚或圓形，在此僅舉這么幾個(gè)例子)、具有在補(bǔ)片上成型間隙的SFC曲線。這種SFC線可以在補(bǔ)片上形成隙縫或齒線(44)(如圖15所示)，因此這種方式可以降低天線尺寸并可以對(duì)多頻帶運(yùn)行過程引入新諧振頻率，或者在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，SFC曲線(例如(25))確定補(bǔ)片(30)上開口(33)的周邊(如圖13所示)。相對(duì)于固定補(bǔ)片情況，此開口明顯有助于降低補(bǔ)片的第一諧振頻率，這樣有助于顯著降低天線尺寸。當(dāng)然，所述兩種配置，即SFC隙縫情況和SFC開口情況可以在SFC環(huán)形補(bǔ)片式天線內(nèi)用作補(bǔ)片(30)，例如，圖11所示。
到此為止，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍是什么，以及可以以新穎方式將同樣的SFC幾何原理應(yīng)用于所有眾所周知的現(xiàn)有技術(shù)配置中。圖12、16、17和18示出更多例子。
圖12示出SFC天線的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。其要點(diǎn)在于，在開口天線上，其SFC周邊表征所述開口，在導(dǎo)電接地面或接地平衡網(wǎng)絡(luò)(34)上壓印所述開口，接地平衡網(wǎng)絡(luò)的所述接地面的要點(diǎn)在于，例如，位于波導(dǎo)或空腔諧振器的壁或交通工具(例如轎車、卡車、飛機(jī)或坦克)的部分結(jié)構(gòu)上。利用傳統(tǒng)技術(shù)可以進(jìn)入該開口，例如同軸電纜(11)，或者平面微帶或帶狀線傳輸線，這里僅舉幾個(gè)例子。
圖16示出另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中在任意截面波導(dǎo)(47)的壁上對(duì)SFC曲線(41)切縫。利用SFC曲線的尺寸壓縮屬性優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)這種方式，并形成切縫波導(dǎo)陣列。
圖17示出另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在這種情況下，在喇叭形天線(48)中，天線的截面是SFC曲線(25)。在這種情況下，益處不僅源于SFC幾何結(jié)構(gòu)的尺寸減小屬性，而且源于通過成型喇叭形截面可以實(shí)現(xiàn)的寬帶特性。已經(jīng)以Ridge喇叭形天線的形式，對(duì)這些原始技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。在所述現(xiàn)有技術(shù)情況下，在喇叭的至少兩個(gè)相對(duì)壁上引入一個(gè)直角齒，可以提高天線的帶寬。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，SFC曲線的更好的規(guī)模結(jié)構(gòu)有助于提高帶寬。
圖18示出利用新披露的、利用SFC曲線成型反射器環(huán)形的新方法的典型天線配置，即反射器天線(49)。根據(jù)應(yīng)用方法或饋電方法，反射器可以是平面的，也可以是曲面的(例如，在反射陣列配置中，SFC反射器優(yōu)先是平坦的，而在焦點(diǎn)饋電拋物面反射器內(nèi)，SFC曲線圍繞的平面優(yōu)先被彎曲到接近拋物面)。此外，在SFC反射面內(nèi)，利用SFC曲線還可以建立選頻面(FSS)，在這種情況下，SFC用于在FSS上成型重復(fù)圖形。在所述FSS配置中，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，使用SFC單元具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)闇p小SFC圖形的尺寸可以使所述單元之間具有更緊密間隔。在SFC單元用于天線反射陣列內(nèi)的天線陣列時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)同樣優(yōu)勢(shì)。
已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明原理進(jìn)行了說明和描述，顯然，在此原理范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以容易地對(duì)其設(shè)置和細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。并且所有調(diào)整均使用所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍。
權(quán)利要求
1.一種至少其部件之一被成型為空間填充曲線(SFC)的天線，所述SFC被定義為至少包括10個(gè)相連接的曲線，其特征在于，所述段比自由空間工作波長(zhǎng)的十分之一短，并以這樣的方式在空間上對(duì)它們進(jìn)行排列，即所述相鄰連接段不形成另一個(gè)更大直段，其中除了選擇性地在曲線頭上交叉之外，所述段不互相交叉，其中可以選擇性地使每對(duì)所述相鄰段形成的拐角變圓或平滑，以及其中當(dāng)且僅當(dāng)由至少10個(gè)連接段構(gòu)成的非周期性曲線定義一個(gè)周期并且沒有一對(duì)所述相鄰連接段確定更長(zhǎng)直線段時(shí)，沿空間固定直線方向，該曲線選擇性地具有該周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，至少其部件之一被成型為空間填充曲線(SFC)，其中所述SFC表征的方框計(jì)數(shù)維數(shù)大于1，將所述方框計(jì)數(shù)維數(shù)作為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖直線部分的斜率進(jìn)行計(jì)算，其中將此直線部分大致定義為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖水平軸8倍比例的直線段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，至少其部件之一被成型為Hilbert或Peano曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，至少其部件之一被成型為SZ、ZZ、HilbertZZ、Peanoinc、Peanodec或PeanoZZ曲線。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一所述的天線，其特征在于，該天線包括位于輻射單元與輸入連接器或傳輸線之間的網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)可以是匹配網(wǎng)絡(luò)、阻抗變換網(wǎng)絡(luò)、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)、濾波器網(wǎng)絡(luò)、雙工器網(wǎng)絡(luò)或者天線共用器網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一所述的天線，其特征在于，該天線為包括兩個(gè)導(dǎo)電臂或超導(dǎo)臂的偶極天線，其中將偶極天線臂中至少一個(gè)臂的至少一部分成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一所述的天線，其特征在于，該天線是包括輻射臂或接地平衡網(wǎng)絡(luò)的單極天線，其中將所述輻射臂的至少一部分成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線為至少包括導(dǎo)電面或超導(dǎo)面的隙縫天線，其中所述面包括隙縫，其中所述隙縫可以被成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線，并且其中可以利用介質(zhì)襯底填平所述隙縫，以及其中包括所述隙縫的所述導(dǎo)電面或超導(dǎo)面可以是波導(dǎo)的壁、空腔諧振器的壁、交通工具窗玻璃上的導(dǎo)電薄膜、或交通工具的部分金屬結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線為包括導(dǎo)線和超導(dǎo)線的環(huán)形天線，其中形成環(huán)形的至少部分引線可以被成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是包括導(dǎo)電面或超導(dǎo)面、在所述導(dǎo)電面或超導(dǎo)面上具有壓印隙縫或間隙環(huán)形的天線，其中部分隙縫或間隙環(huán)形可以被成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是至少包括導(dǎo)電接地面或超導(dǎo)接地面以及平行于所述接地面的導(dǎo)電補(bǔ)片或超導(dǎo)補(bǔ)片的補(bǔ)片式天線，其中補(bǔ)片環(huán)形可以被成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是補(bǔ)片式天線，其中可以將補(bǔ)片上的隙縫或開口成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是至少包括導(dǎo)電面或超導(dǎo)面以及位于所述面上的開口的開口天線，其中可以將開口周邊成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線，并且其中包括開口或隙縫的所述導(dǎo)電面或超導(dǎo)面可以是波導(dǎo)的壁、空腔諧振器的壁、交通工具窗玻璃上的透明導(dǎo)電薄膜、或交通工具的部分金屬結(jié)構(gòu)，其中可以利用介質(zhì)襯底填平所述隙縫。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是喇叭形天線，其中可以將喇叭截面成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線是反射器天線，其中可以將反射器周邊成型為SFC、Hilbert、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線用作選頻面(FSS)，該FSS包括導(dǎo)電面或超導(dǎo)面，其中對(duì)該面壓印至少一個(gè)隙縫，可以將所述隙縫成型為SFC、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一所述的天線，其特征在于，該天線用作選頻面(FSS)，所述FSS包括介質(zhì)面，其中利用現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的任何制造技術(shù)在介質(zhì)面上印刷導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或超導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述印刷結(jié)構(gòu)的形狀至少被部分成型為SFC、Peano、HilbertZZ、SZ、Peanoinc、Peanodec、PeanoZZ或ZZ曲線。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的一組空間填充天線，其特征在于，所述天線組內(nèi)至少有兩個(gè)天線以不同頻率運(yùn)行以覆蓋不同通信業(yè)務(wù)，其中利用分配網(wǎng)絡(luò)或雙工器網(wǎng)絡(luò)，分別同時(shí)對(duì)任何上述配置形式的所述天線饋送信號(hào)。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的天線，其特征在于，其尺寸小于以相同頻率運(yùn)行的相同的單極、偶極、補(bǔ)片、隙縫、開口、喇叭或反射器配置中的三角形、矩形、圓形、五邊形或六邊形天線的尺寸。
全文摘要
一種新穎幾何結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對(duì)這種空間填充曲線(SFC)幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義，并且該幾何結(jié)構(gòu)可以用于成型部分天線。利用這種新穎技術(shù)，可以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，減小天線的尺寸，或者，相對(duì)于相同尺寸的傳統(tǒng)天線，給定固定尺寸天線可以以更低頻率運(yùn)行。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK101090173SQ20071010451
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2000年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月19日
發(fā)明者卡雷斯·旁特·巴利亞達(dá), 埃杜阿德·讓·路易斯·羅贊, 加梅·安格拉·普羅斯 申請(qǐng)人:弗拉克托斯股份有限公司