[发明专利]具有电介质的自定相天线单元及有关的方法

说明书

本发明涉及天线单元，具体涉及利用电介质的自定相的(SelfPhased)天线单元。

许多天线都具有由臂对组成的天线单元。在交叉环或四线(quadrifilar)螺旋天线单元中，一对臂形成一个环，且两个环成90度交叉。已知的四线螺旋天线通常具有两个不同长度的交叉环。将两个环扭转，形成四分之一波长螺旋形，半波长螺旋形、四分之三波长螺旋形或全波长螺旋形。产生圆极化辐射场型的它臂式结构也包括在本领域内。

当天线为自定相时，四线螺旋天线的两个环以圆极波辐射。在本领域中，当两个环的一个环相对于所需要的谐振频率是较大时，四线螺旋天线或交叉环天线是自定相的。较大的环呈容性，并具有一个正的虚数分量；而较小环呈感性，并具有一个负的虚数分量。在理想条件下，当天线为自定相时，容性和感性两分量(虚数分量)相抵消，而天线呈纯阻性。为此，这种自定相天线可以在两个环中得到正交的或有90度相位差的电流，从而其内产生自定相和圆极化的电流关系。

四线螺旋天线单元和交叉环天线单元存在的一个问题是，两个正交环被设计得可使天线单元在一个方向上要比在另一个方向上宽些。天线单元在一个方向上比另一个方向上宽些的原因是因为一个环比另一个环大些。最好的情况是，天线单元的形状尽量窄，尽量细。通常较大环使得天线宽度在一个方向上比另一方向约大百分之十五。这样一个较大的环使得交叉环天线或四线螺旋天线的截面成为椭圆截面，而不是较小和更美观的圆截面。本发明通过提供了一个理想圆形的较小截面，使天线尺寸减小了。

在本技术领域内，通过使整个天线尺寸变窄或缩短，已使天线尺寸减小了。一种情况是，可以尝试减小四线螺旋天线两个环各自的尺寸，以使两个环具有相同的尺寸。然而，在天线内改变各臂的尺寸会使其增益图型变差。通过减小天线的尺寸来产生一种较小的天线还会使天线增益降低几分贝或更多分贝。在诸如低功率的用于与非同步卫星相通信的便携式卫星收发信机之类的通信装置中，均匀的低损耗天线的增益图型是重要的。尺寸小，尤其直径小，对改善便携性和用户满意性也是希望的。本发明在减小天线尺寸的同时保持希望的天线增益图形，而不使已知的交叉环或四线螺旋天线成为椭圆形截面，这在以前是不可能的。

具有多臂的天线难以制造得很准确。在制造过程中，当将各臂焊接起来形成天线单元时，需要特殊的固定夹具。各臂须有准确的尺寸，以提供理想的天线增益图型，并具有最小的损耗。还需要有提高多臂天线准确度的技术。在多臂天线装配过程中，还需要减小或消除特殊的固定夹具的技术。

本发明提供了一种自定相天线单元，其特征在于：用于收发具有谐振频率的信号，上述天线单元包括：

一个第一导电环；和

一个第二导电环，该第二导电环在激励馈电点可操作地与第一环相连接并且与第一环以交叉关系安置，其中围绕该第一环的圆周的物理长度与围绕该第二环的圆周的物理长度基本上相等；并且

在与该第一环的至少一部分相邻的位置的选择性的量的电介质材料，其中电介质材料的上述量位于与该第一环相邻的位置，从而在一个谐振频率使该第一导电环的电气长度比第二导电环的电气长度长并且导致第一导电环与第二导电环之间的自定相关系，其中第一导电环与第二导电环的中的电流的相位彼此相隔90度。

本发明提供了一种用以制作自定相天线单元的方法，该天线单元具有第一与第二导电环，该第一与第二导电环具有沿圆周基本上相等的物理长度并且可操作地在激励馈电点相连接，第一与第二导电环以相互交叉的关系安置，收发具有谐振频率的信号，其特征在于，所说的方法包括以下步骤：

(a)有选择地将一部分量的电介质安置在与上述第一导电环的至少一部分相邻的位置上；及

(b)调整电介质材料在谐振频率相对于第一导电环的位置，从而在一个谐振频率使该天线单元的该第一导电环的电气长度比第二导电环的电气长度长并且导致自定相关系，其中第一导电环与第二导电环的中的电流的相位彼此相隔90度。

图1示出本发明的具有电介质的四线螺旋天线单元的透视图；

图2示出本发明的具有电介质的四线螺旋天线单元的侧视图；

图3示出根据本发明图2的具有电介质的四线螺旋天线单元的截面图；

图4示出根据本发明用以将具有电介质的天线单元罩住的一个罩子；

图5-7示出根据本发明的用以将天线罩住的另一实施例；及    

图8示出根据本发明的具有电介质的交叉环天线的透视图；