[发明专利]介质加载天线与天线总成

说明书

本发明涉及介质加载天线和包含此类天线的天线总成，尤其适用于工作 频率大于200兆赫的天线。该天线通过固体介质芯体进行介质加载，其三维 天线元件结构安装在芯体外表面上或紧靠该表面。天线总成包括与天线连接 的射频前端级。

此类天线见于许多专利公告中，包括编号2292638、2309592、2310543 和2346014的英国专利。这些专利所述天线都有一到两对径向相对的螺旋天 线元件，安装在以相对介电常量大于5的材料制成的基本呈圆柱形的电绝缘 芯体上，此材料占该芯体外表面下的绝大部分体积。所有天线的馈电结构都 穿过芯体沿轴的方向延伸。陷波器以导电套管的形式环绕部分芯体，在芯体 的一端与馈电结构相连。各天线元件在芯体另一端与馈电结构相连。各天线 元件的终端都位于套管边缘，并各自呈纵向延伸。编号2367429的英国专利 所述天线，其馈电结构是一条同轴传导线，包在穿过芯体的纵向通道内。通 道直径大于轴线外径。这样，轴线外护套导体就与通道壁有一定间隔，从而 产生减小寄生谐振的效果。编号2311675的英国专利将介质加载的四臂天线 与双工器相结合，后者包含阻抗匹配网络，用于使天线在双工器的任一输出 端与50欧姆的负载阻抗相匹配。编号2420230的英国专利揭示如何在芯体的 近中端部分形成一个腔体，减小介质负载天线的大小和重量。以上各专利及 专利应用均作为参考在本说明书中明确引用。

根据本发明的第一方面，是其介质加载多臂螺旋天线，该天线至少有两 对以共有轴线为中心、具有传导性的长长的螺旋天线元件，各元件都有馈电 端和连接端，每对的连接端都通过一条连接导线相连；在该导线中，上述两 对元件中任一对的螺旋元件在轴向圆极化辐射中的天线谐振频率上，构成电 长度为波长(2n-1)/2倍的传导环路的一部分，其中n为整数。本发明所述理 想天线中，各螺旋元件都围绕轴线呈直角回转。本发明主要适用于工作频率 大于200兆赫的天线，天线包含相对介电常量大于5的固体材料的介质芯体， 芯体材料占芯体外表面下的绝大部分体积，三维天线元件结构安装在芯体外 表面上或靠近该表面，且具有平衡的馈电连接。一般来说，平衡的馈电结构 从馈电点延伸至，比如旨在与平衡电路的输入端相连的终端，如微分放大器。 馈电结构的组成可以是平行线、双绞线、介质芯体上或放大器所在的印刷电 路板上平行的印制信道。

如果是背射天线，则馈电结构就可能纵向穿过芯体。通常，馈电结构的 典型阻抗大于500欧姆。天线也可以是端射天线。

本发明第二方面，是天线总成包含上文所述介质加载天线和下述接收器， 即该接收器具有微分输入与天线相连的射频前端级，微分输入的输入阻抗至 少500欧姆。前端级可以为印刷电路板上的微分放大器，该电路板可固定在 芯体的近中面或远中面，并相对轴线横向延展，或者说与轴线垂直。将天线 安装在印刷电路板上时，可使其横向延展面紧靠电路板的主表面。或者，可 将天线固定在电路板的一个边缘，使芯体轴线在电路板的延伸面上或与其平 行。这样，电路板就可以挂靠在芯体的近中端表面。

理想天线的芯体为圆柱体结构，其柱面在近中面和远中面之间延伸，远 中面的延伸面与上述共有轴线垂直。芯体腔体基部即构成近中面，腔体容纳 射频前端级。

由于馈电结构可构成天线谐振结构的一部分，因而宜短，微分放大器靠 近天线安装。如果放大器安装在芯体腔体中，馈电结构则尤其短。如果是其 它情况，微分放大器安装在与天线一个端面相连的印刷电路板上，这时放大 器就在距芯体近中面10毫米内。在有些理想结构中，微分放大器的安装方式 是使其微分输入端位于天线芯体近中面5毫米内。为减小天线、其馈源结构 和微分放大器之间或天线、其馈源结构、微分放大器和天线总成与之有电连 接的射频设备之间互相干扰，该总成可包含传导套，安装在芯体或印刷电路 板上，微分放大器在此套内。通常，微分放大器有单端口输出接线，位于此 套内。