[发明专利]一种天线

说明书

本发明涉及工作在超过200MHz频率上的一种天线，并且涉及包含该天线的无线电通信系统。

本申请人在大量共同待审查的专利申请中已经公开了一系列电介质加载天线。所公开天线的共同特征包括高相对介电常数的实心圆柱体陶瓷芯，一个在轴线上穿过芯体到末端终止的同轴馈源，一个导线平衡非平衡转换器套筒镀在核心圆柱体表面上并且在一方面与末端表面上馈源终端径向连接点和另一方面在套筒周遍之间延伸。

在共同待审查申请GB-A-2292638中，公开了一种四线背射天线，具有四个共伸螺旋单元形成两对，一对单元的电长度与另一对单元的电长度不同。该结构具有在工作频率例如1575MHz上产生正交相位电流的效果，结果该天线具有用于圆极化信号的心型线辐射图，例如由GPS(全球定位系统)卫星星座中卫星发射的那些辐射图。

在GB-A-2309592，该天线具有单一一对直径方向相反的螺旋单元，以形成扭曲环路获得除了零点外的全方位辐射图，该零点对准垂直与该天线圆柱体轴线延伸的零轴线。该天线特别适合于用在便携电话机上，并且能够在尺寸上定做得分别在例如欧洲GSM频带(890到960MHz)和DCS频带(1710到1880MHz)范围内频率上具有环路谐振。其它有关频带包括美国AMPS(842到894MHz)和PCN(1850到1900MHz)频带。

GB-A-2311675公开了双服务系统例如组合GPS和移动电话系统中的天线使用，该天线具有与GB-A-2292638所公开的相同的总体结构，当谐振在四线(圆极化)模式时该天线用于GPS接收，当谐振在单端(线性极化)模式时用于电话信号。

本申请已经发现，控制围绕核心接近部分的导电套筒直径，有可能产生一个谐振，该谐振特征在于围绕套筒边缘(在此称为“环型谐振”)的驻波和发生在例如移动电话或卫星定位接收机使用的频率之一上。该环型谐振是有关圆波导模式或环型模式的有效谐振。

按照本发明的第一方面提供一种天线，该天线具有超过200MHz的工作频率，包括一个圆柱型绝缘主体，该主体具有中心轴并且由大于5的相对介电常数的实心材料形成，主体的外表面限定了实心材料占据大部分的一个体积；在绝缘主体圆柱表面上的导电套筒。一个导电层，在主体表面上沿轴线横向延伸，和导电套筒与该层一起形成基本上由实心材料填充的开口空腔；一个馈源结构，与该空腔相连，其中空腔的所述相对介电常数和尺寸适于使其开口周围的电长度基本上等于在对应所述工作频率上围绕所述周边的波导波长的整数(1，2，3，...)倍。

与上面引用的公知电介质加载四线背射天线有关的一个困难是圆极化信号的天线带宽相对窄些。这意味着制造公差需要严密，并且该天线可能需要单独调谐到所需要频率。在按照本发明的天线中，有可能设计使馈源结构激励围绕开口上空腔边缘的旋转驻波，当用于轴线垂直方向时产生谐振在圆极化波并且具有适合于接收来自卫星信号的相关心型线辐射图的天线。本申请已经发现有关这种谐振的带宽比四线天线的带宽宽得多。

应当注意，术语“激励”用在本文中是指不仅用于发射信号的天线使用，而且也用于接收信号的天线的使用，因为该天线的功能特性例如频率响应、辐射图等遵循针对对应发射和接收特性的互易性原则。类似地，当用于本文接收信号天线时，单元和零件涉及的“辐射”应当理解为从周围空间吸收能量的单元或零件，由此根据互易性原则，如果该天线用于发射时，这些单元或零件将辐射能量。

在套筒中激励环型驻波的一种方式是利用绝缘主体表面上加长螺旋或螺旋单元。实际上，螺旋单元在套筒或套筒周边上传递切线激励分量，所以它们可以被认为是切线激励或馈电装置。适当选择介电常数和套筒及螺旋状或螺旋单元的尺寸，该天线可以制造得作为双模式天线工作，具有与环型谐振即围绕空腔周边的驻波相关的圆极化模式，和与以上结合扭曲环路设计的环路谐振相关的线性模式。

优选地，在环型模式谐振频率上，螺旋单元每个具有等于nλ_g/4的电长度，其中n是整数(1，2，3...)，λ_g是在环型谐振频率上沿单元的波导波长。