[发明专利]介质负载天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种在超过200MHz的频率操作的天线，并且具体地但不 排它地，涉及一种具有螺旋元件的天线，所述螺旋元件在固体介质芯部的 表面上或邻近固体介质芯部的表面。

背景技术

申请人的许多专利公开中披露了这种天线，所述专利公开包括英国专 利No.2292638，No.2309592和No.2310543。这些专利披露了每一个都具有 一对或两对直径地相对的螺旋天线元件的天线，所述螺旋天线元件镀在大 致圆柱的电绝缘芯部，所述绝缘芯部的材料具有的相对介电常数大于5， 并且芯部的材料占据由芯部外表面限定的体积的大部分。馈电结构轴向地 延伸过芯部，并且导电套管形式的陷阱(trap)围绕芯部的部分并在芯部 的一端连接到馈电结构。在芯部的另一端，天线元件每一个都连接到馈电 结构。每一天线元件都终止在套管的边缘，并且每一个都沿着各自的纵向 延伸路径。在本申请人的英国专利No.2367429所披露的天线中，作为同轴 传输线的馈电结构被容纳在穿过芯部的轴向通道中，所述通道的直径大于 同轴线的外径。同轴线的外屏蔽导体由此与通道的壁隔开。在实践中，同 轴线被塑料管包围，其中所述塑料管填充外屏蔽导体和通道的壁之间的空 间并具有在空气介电常数和芯部的材料的介电常数之间的相对介电常数。

上述导电套管在馈电结构在天线的远端面处露出的地方连接到馈电 结构的外屏蔽，以形成天线的一定谐振模式的频率处的平衡-不平衡变换 器(balun)。该效应在套管及其到馈电结构的连接的电气长度(相对于套 管的内表面上的电流)是nλ_g/4时产生，其中λ_g是相关谐振的波导波长。

诸如上述那些的介质负载天线可以用于接收由卫星发射的圆极化信 号，诸如GPS导航信号、卫星电话信号和广播信号。天线还可应用在例如 手机的移动电话以及无线局域网的领域中。

发明内容

根据本发明的第一方面，通过提供一种用于在超过200MHz的频率操作 的介质负载天线可以减小天线的尺寸和重量，所述介质负载天线包括相对 介电常数大于5的固体材料(solid material)的介质芯部；天线元件结 构，所述天线元件结构布置在芯部的外表面上或布置为靠近芯部的外表 面，并且所述天线元件连接到天线元件结构；馈电结构，所述馈电结构穿 过芯部的远表面部分和芯部的相对定向的近表面部分之间的芯部中的通 道，其中所述芯部具有空腔，所述空腔的基部形成所述近表面部分。空腔 优选地是圆柱形，并且圆柱形的中心轴线也构成馈电结构的轴线。典型地， 空腔的轴向深度在芯部的外轴向范围的10％到50％之间，穿过轴线测量的空 腔的平均宽度在芯部的平均宽度的20％到80％之间，所述芯部的平均宽度在 垂直于轴线的相同平面中测量。

优选地，天线元件结构包括多个细长天线元件，所述细长天线元件从 在穿过芯部的通道的远端处或靠近通道的远端处与馈电结构的连接部分、 在芯部的侧向定向的侧表面部分上延伸到与围绕芯部延伸的外导电层形 式的连接元件的连接部分，所述层从所述连接部分延伸到空腔的壁上的内 导电层，内导电层在穿过芯部的通道的另一端处或靠近通道的另一端处连 接到馈电结构。根据本发明的优选的天线中的馈电结构是同轴传输线，并 且外导电层包括导电套。当芯部是圆筒形的并具有近端面和远端面时，圆 柱形空腔可以与馈电结构共有共同轴线。外导电层不仅可包括环绕芯部的 导电套，还可包括覆盖芯部的近端面的近导电层部分。此外，空腔的内壁 具有导电覆层，所述导电覆层连接到外导电层并且在空腔的基部的区域连 接导同轴馈电结构的屏蔽导体。

将理解，在此情况下，当在包含中心轴线的平面内测量时，当空腔基 部上的镀层的内表面(即邻接芯部的介质材料的表面)、空腔的内壁、芯 部的近端面和形成套的面的电气长度等于nλ_g/4或在nλ_g/4的范围内时，平 衡-不平衡变换器被形成。这意味着，套的纵向深度、即平行于轴线的套 的深度，显著地短于没有空腔并在相同频率操作的天线的套的深度。芯部 的轴向长度因此可以比现有技术的天线更短，这又意味着天线可以被做得 更轻。