TWI508369B - 介電負載天線（一） - Google Patents

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Description

介電負載天線(一)
本發明係有關於以超出200MHZ頻率操作之一介電負載天線，且主要但不專指有關於以圓偏振電磁輻射操作之多線螺旋式天線。
介電負載四股螺旋式天線揭露在英國專利申請案第2292638A、2310543A及2367429A號案及國際申請案第WO2006/136809號案中。這樣的天線主要用於接收來自一全球導航衛星系統(GNSS)之圓偏振信號，例如來自衛星定位系統(GPS)衛星圖之衛星的圓偏振信號已達到定位及導航目的。L1波段中之GPS及該相應的伽利略服務是窄頻帶服務。還有其它基於衛星之服務，它們需要具有比從先前天線可得到的部分頻寬大的部分頻寬之接收或發射裝置。提供增大的頻寬之一個天線揭露在英國專利申請案第2424521A號案中。一雙頻帶介電負載天線系統揭露在英國專利申請案第2311675A號案中。能夠接收圓偏振信號且具有一共振環導體之一天線揭露在歐洲專利申請案第1147571A號案中。
有關天線揭露在英國專利申請案件第2445478A號案中。本申請案揭露了比之一可比較的四線螺旋式天線提供較高頻寬及/或較高增益之六股及八股螺旋式天線。一高阻抗四股螺旋式天線揭露在英國專利申請案第2444388A號案中。
上述申請案之全部揭露被併入本申請案之揭露中以為參考。
本發明之目的是提供一種能夠接收第一及第二共振頻率下之圓偏振輻射的天線。
根據本發明之一第一層面，一種用於以200MHz以上之頻率操作之一介電負載天線，其包含：由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有比5大之一相對介電常數且佔據由該核心外表面界定之內部容積之主要部分，該外表面具有相對地橫向延伸之表面部分及在該等橫向延伸部分之間的一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸表面部分中之一個相關聯之饋電連接節點、與該等饋電連接節點隔開之一位置處的一連接導體及包含以下之一天線元件結構：一第一組細長導電天線元件，其自該等饋電連接節點，經由該核心側面部分延伸至該連接導體，及一第二組細長導電天線元件，其自該等饋電連接節點，朝該連接導體之方向經過該側面，延伸至與該連接導體隔開之開路式末端。在本發明之一較佳實施例中，為了以圓偏振輻射操作，該第一組之該等天線元件形成自一平衡饋電之一饋電連接節點經由該連接導體延伸至另一饋電連接節點之導電迴路之一部分，該等迴路各具有在λ g1 範圍內之一有效電氣長度，其中λ g1 是在第一工作頻率下沿著該等迴路之波導波長。每一迴路較佳地包括兩個螺旋式導體，各具有一電氣長度mλ g1 /2 ，其中m 是一整數。該第二組之該等天線元件具有在(2n-1)λ g2 /4 範圍內之一電氣長度，其中λ g2 為在第二工作頻率下沿著該第二組之該等元件的波導波長且n 為一整數。因此，該第一及第二工作頻率為分別與該第一及第二組細長導電天線元件有關聯之第一及第二共振模式的工作頻率。
在該較佳天線中，該天線元件結構提供了一六股螺旋式天線與一四股螺旋式天線之一混合安排，一個具有閉路式半波長半圈元件且另一個具有在該核心之一公共圓柱形側面上與該等閉路式螺旋交錯的四分之一波長四分之一圈開路式螺旋。該第一組之該等螺旋元件及該第二組之該等螺旋元件在每種情況下實質上都均勻地分佈在該核心周圍，藉此在具有十個螺旋元件之一天線之情況下，其為六股與四股天線元件結構之一混合體，每一組之該等元件在垂直於該核心軸之任一特定平面中精確均勻地在25°內，這是從由該各個組之相鄰元件在該軸處所對之角度上看。
與GB2445478A中揭露之用於圓偏振輻射之一先前六股式螺旋天線之該等天線元件一樣，該第一組之該等螺旋式元件包含三對這樣的元件，每一對具有略微不同的電氣長度，在垂直於該核心軸之任一特定平面上，每一對之該等元件彼此呈反向。需要注意的是，在根據本發明之該較佳天線中，電氣長度方面之一類似變化適用於該第二組之該等元件，即這樣的元件包含兩對螺旋式元件，此等對中之一對的該等元件之該等電氣長度大於另一對之該等元件之該等電氣長度。以此方式，可能在每一組之該等元件中之電壓及電流之間產生一相位漸進(phase progression)，藉此每一組之該等元件在一各自頻率下在一圓偏振共振模式中共振，該各自頻率尤其依賴於該等元件之該等電氣長度。
根據本發明之該較佳天線具有呈包圍該核心之一平衡-不平衡轉換器套筒形式之一連接導體，此套筒作為用於該第一組之該等天線元件之一公共互連導體。分別與該第一組之該等天線元件及該第二組之該等天線元件有關聯之該等圓偏振共振模式之每一個中之一特定有利輻射圖案產生，其中該套筒邊沿具有一電氣長度λ g1 ，其中λ g1 是該邊沿在包含該第一工作頻率之一第一工作頻帶內之一頻率下之波導波長。
有利地，該第二工作頻率，即由該第二組之該等開路式元件確定，在頻譜中低於該第一工作頻譜(該第一工作頻譜由該第一組之該等閉路式螺旋元件確定)。該較佳天線具有包含該第二工作頻率之一第二工作頻帶，該第二工作頻帶低於該第一工作頻帶。典型地，該第一及第二工作頻帶之該等中心頻率分隔著該兩個中心頻率之平均值的至少5%。
根據本發明之另一層面，提供了用於操作在500MHz以上之第一及第二頻帶之一介電負載螺旋天線，該等頻帶具有各自的中心頻率，其間分隔著該兩個中心頻率之該平均值之至少5%，其中該天線包含由一固體介電材料構成之一核心，該固體介電材料佔據了由該核心外表面界定的該核心之內部容積之大部分，及一天線元件結構，該天線元件結構包含限定該第一頻帶中之一共振頻率的多數個閉路式實質上半波長螺旋導電元件及限定該第二頻帶中之一共振頻率的多數個開路式實質上四分之一波長螺旋元件。
本發明還包括以200MHz以上之一頻率操作之一介電負載天線，其中該天線包含由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有大於5之一相對介電常數且佔據了該核心外表面界定之內部容積之大部分，該外表面具有相對地橫向延伸之表面部分及在該等橫向延伸部分之間之一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸表面部分中之一個有關聯之饋電耦接節點，及一天線元件結構，該天線元件結構包含自該等饋電耦接節點經過該中心之該側面部分、朝著另一橫向延伸表面部分延伸且止於開路端之至少一對導電細長天線元件，其中該等細長元件之每一個具有在(2n-1)λ g /4 範圍內之一電氣長度，其中λ g 為該等工作頻率之一個下之沿著該等元件的波導波長且n為一整數，n較佳地等於1。有利地，該天線具有兩對這樣的導電細長天線元件且該等對中之一對之該等元件的該等電氣長度大於另一對之該等電氣長度，且該天線適於在該工作頻率下以圓偏振輻射操作。
較佳的是，細長導電天線元件實質上均勻地排列在為一圓柱形的一核心之該圓柱形側面部分周圍，每一天線元件實質上為螺旋狀且以該圓柱形核心之軸為中心。
儘管根據本發明之該較佳天線為一逆火式天線，即為其中該等饋電連接節點在該核心之一遠端表面部分中且一饋線自一個端面部分穿過該核心到另一個端面部分的天線，但還可能透過將該核心之一近端表面部分上之饋電連接節點耦接到一平衡-不平衡轉換器而構建根據本發明的一個所謂的端射天線，該平衡-不平衡轉換器可直接形成於該核心之該近端表面上或者形成於構成包含該天線與附接到該核心之一印刷電路板的組合的一天線總成之一部分的一印刷電路板上。
然而，該較佳天線，與上述先前技術說明書中揭露的天線之該較佳天線一樣，具有在該核心之一近端表面部分處耦接到穿過該核心之一同軸饋電線之外部導體之一套筒平衡-不平衡轉換器。
如果一電抗匹配網路***在該饋電線與該等饋電連接節點之間，則可取得最佳效果，例如，如大體揭露於上述WO2006/136809中者。該匹配網路典型地包括至少一個並聯電容及較佳地至少一個串聯電感。在該天線的兩個工作頻帶中，該天線元件結構與該饋電線之有利匹配透過一雙極LC匹配網路獲得，該雙極LC匹配網路具有跨接在該饋電線之該等導體之間的一第一並聯電容、在該等饋電線導體之一個與該等天線元件之間的第一及第二串聯電感及連接到該兩個電感之接頭的一第二並聯電容。該網路具有以下作用：不僅使該天線元件結構之該阻抗在該兩個頻帶中匹配而且還改進了在該第二工作頻帶中獲得的該輻射型樣，即根據由該第二組之該等開路式螺旋元件確定的該共振模式。
根據本發明之又一層面，一種用於操作在200MHz以上之第一及第二頻帶中之介電負載天線包含由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有大於5之一相對介電常數且佔據了由該核心外表面界定的內部容積之該大部分，該外表面具有相對地橫向延伸表面部分及在該等橫向延伸部分之間之一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸表面部分中之一個有關聯之一對饋電耦接節點，及一天線元件結構，該天線元件結構包含第一及第二組細長導電天線元件，每一組包含自該等饋電耦接節點、經由該核心側面部分、朝著另一橫向延伸表面部分延伸之至少四個這樣的天線元件，其中該第一組之該等元件比該第二組之該等元件長，藉此該第一及第二組之該等元件分別與具有不同共振頻率之第一及第二圓偏振共振有關，且其中每一組天線元件具有連接到該等饋電耦接節點中之一個的元件及連接到該等饋電耦接節點中之另一個的元件，該等元件之安排使得關於連接到每一饋電耦接節點之該等元件，(a)它們包含相鄰天線元件對，每一對包含該第一組之一個元件及該第二組之一個元件，及(b)其中在圍繞該核心之一指定方向上該第一組之該元件在該第二組之該元件之前的該等對之數目等於其中在該方向上該第二組之該元件在該第一組之該元件之前的該等對之數目。
較佳的是，關於連接到每一饋電耦接節點之該等元件，該第一組之該等元件及該第二組之該等元件圍繞該核心之該側面部分以一交替序列排列。
以上提及的相鄰天線元件對大體上包括至少三對，其中之每一對中之該等元件中之一個也是另一此對中之一元件。
本發明在於分離的頻帶中自一衛星接收信號或者發送信號到衛星之雙向服務應用中特別有用。這樣的雙向服務應用曾經用於同時接收兩個頻帶中之全球導航衛星系統(GNSS)信號，即分別為該GPS與該伽利略(Galileo)系統使用之L1及L2頻帶(在1575.42MHz及1277.60MHz)。該天線之其它應用包括用於利用相鄰上行鏈路及下行鏈路頻帶之S頻帶及L頻帶衛星電話服務的手持及行動收發器，諸如具有以2.005GHz及2.195GHz為中心之上行鏈路及下行鏈路頻帶的TerreStarS頻帶服務。將該等開路式天線元件作為四分之一波長元件操作允許它們被確定尺寸來以比該等半波長閉路式元件低得多的頻率共振，儘管是在該核心之該相同外表面部分上。在一個可選擇的實施例中，該閉路式元件可以是全波或一個半波元件，留下空間給該四分之一波長開路式元件調諧到該等閉路式元件之該共振頻率的一半或者更低。典型地，在根據本發明之一天線中，在具有以該第一共振頻率f 1 為中心之一第一工作頻帶及以該第二共振頻率f 2 為中心之一第二頻帶之情況下，該兩個中心頻率之頻率間隔f 2 -f 1 比該平均頻率的25%小。
圖式簡單說明
現在將參考圖式透過舉例方式描述本發明，其中：第1圖是根據本發明之一天線之透視圖；第2圖是第1圖之該天線之透通透視圖；第3圖是第1圖之該天線之外圓柱形表面部分上之導體圖案轉換為一平面后之表示；第4圖是第1圖之該天線之一饋電結構之軸向截面圖；第5圖是在第4圖中顯示之該饋電結構之細部，其顯示了其中之自一饋電傳輸線之一遠端部分拆卸之一層板；第6A圖及第6B圖是顯示該饋電結構之該層板之導電層之導體圖案之圖式；第7圖是一等效電路圖；第8圖是說明第1圖之該天線之介入損耗(S11 )頻率響應之圖式；第9圖是根據本發明之一第一可選擇天線之一透通透視圖；第10圖是根據本發明之一第二可選擇天線之一透通透視圖；及第11圖是根據本發明之一第三可選擇天線之一透通透視圖。
參考第1圖到第3圖，根據本發明之一多線螺旋式天線具有一天線元件結構，該天線元件結構具有由兩組細長天線元件構成之十個這樣的天線元件，一組包含多數個閉路式螺旋導電軌道10A、10B、10C、10D、10E、10F且第二組包含多數個開路式螺旋導電軌道11A、11B、11C、11D，此等軌道全部鍍在或者金屬噴鍍(metallised)在一實心圓柱核心12之圓柱形外表面部分12C上。在第2圖中，為了簡潔，該核心被忽略。
該核心由一陶瓷材料構成。在此情況下，其是相對介電常數範圍在21的一鈣鎂鈦酸鹽材料。此材料以其在變化溫度下之尺寸與電穩定性及低介電損耗而被注意到。在用於操作在GPS L2與L1頻帶(1227.6MHz及1575.42MHz)之一實施例中，該核心的直徑為14mm。該核心之長度為17.75mm，其大於該直徑，但在本發明之其它實施例中其可能小於該直徑。該核心經過壓制而製造，但可以以一擠製法被製造，接著該核心被燒製而成。在本發明之其它實施例中，一玻璃陶瓷材料可用於該核心。
此較佳天線是一逆火式(backfire)螺旋式天線，因為其具有置於從該核心之一遠端端面12D到一近端端面12P經過該核心的一軸孔(圖未示)中之一同軸傳輸線。兩個端面12D、12P是平坦的且垂直於該核心之中心軸。在本發明之此實施例中它們是反向的，因為一個指向遠端而另一個指向近端。該同軸傳輸線是一剛性同軸饋電線，其置於該孔之中心，外部屏蔽導體與該孔之內壁隔開使得在該屏蔽導體與該核心12之該材料之間有效地存在有一介電層。參考第4圖，該同軸傳輸線饋電線具有一導電管狀外屏蔽罩16、一第一管狀氣隙或絕緣層17、及由該絕緣層17與該屏蔽隔開之一細長內部導體18。該屏蔽罩16具有向外凸出且整體形成之彈性突起部16T或者隔片，其將該屏蔽罩與該孔之內壁隔開。一第二管狀氣隙存在於該屏蔽罩16與該孔之內壁之間。取而代之，該絕緣層17可形成為一塑料套管，可作為該屏蔽罩16與該孔之該等內壁之間的層體。在該饋電線之較低近端，該內部導體18藉由一絕緣襯套(圖未示)位於該屏蔽罩16的中心，如上述WO2006/136809中所描述。
該屏蔽罩16、內部導體18及絕緣層17之組合構成具有預定特性阻抗(在此為50歐姆)之一傳輸線，該傳輸線穿過該天線核心12用於將該等天線元件10A-10F、11A-11D之遠端耦接到該天線所連接到的設備之射頻(RF)電路。該等天線元件10A-10F、11A-11D與該饋電線之間的耦接經由與該等螺旋軌道10A-10F、11A-11D相關聯之導電連接部分而完成，此等連接部分可形成為鍍在該核心12之該遠端端面12D上的徑向軌道10AR、10BR、10CR、10DR、10ER、11AR、11BR、11CR、11DR。每一連接部分從該各自螺旋軌道之一遠端延伸到兩個弧形軌道或導體13K、13L中之一個，該兩個弧形軌道或導體13K、13L鍍在與該孔12B之末端相鄰的該核心遠端端面12D上且形成饋電耦接點。
該兩個弧形導體13K、13L分別藉由固定在該核心遠端端面12D的一層板19上之導體耦接到該屏蔽罩16及該內部導體18，如下文所描述。該同軸傳輸線饋電線及該層板19在組裝到該核心12之前一起包含一單一饋電結構，且它們的相互關係可藉由比較第1圖與第4圖看到。
再次參考第4圖，該傳輸線饋電線之該內部結構18具有一近端部分18P，其自該核心12之該近端端面12P延伸出作為一接腳，用於連接到該設備電路。同樣地，該屏蔽罩16之該近端上之整體式突耳(lug)(圖中未顯示)延伸出該核心近端端面12P，用於與該設備電路接地端連接。
該第一組之該六個閉路式天線元件10A-10F之近端10AP-10FP(見第3圖)藉由一共用虛擬接地導體20互連。在此實施例中，該共用導體是環形的且呈包圍該核心12之一近端端面部分的一鍍金屬套筒之形式。在套筒20自該核心近端形成之情況下，該套筒20轉而藉由該核心12之該近端端面12P之一鍍金屬導電罩22(第1圖)連接到該饋電線之該屏蔽導體16。
該第一組之該六個閉路式螺旋天線元件10A-10F具有不同的長度，由於該套筒之邊沿20U與該核心之該近端端面12P的距離不同，因此具有三個元件之每一組10A-10C、10D-10F有具有略微不同長度之元件。在最短元件10A、10D連接到該套筒20之處，比之最長元件10C、10F連接到該套筒20之處，該邊沿20U離該近端端面12P略微遠一些。當該天線操作於其中該天線對圓偏振信號敏感之一第一共振模式時，包含該等閉路式螺旋天線元件10A-10F之該等導電路徑之該等不同長度造成具有三個元件之每一組10A-10C、10D-10F內之該等元件中之電流間之相位不同。在此模式中，電流一方面繞流過連接到該等饋電連接節點13L中之一個的該等元件10D、10E、10F之間的該套筒20之該邊沿20U，另一方面繞流過連接到該等饋電連接節點13K中之一個的另一組中之該等元件10A、10B、10C之間的該套筒20之該邊沿20U。
該導電套筒20、該近端端面12P之該鍍層22及該饋電線16、18之外部屏蔽罩16共同形成一四分之一波長平衡-不平衡轉換器，當安裝天線時，其提供該天線元件結構與該天線連接到之該設備的共模隔離。該平衡-不平衡轉換器將該饋電線16、18之近端處的單端電流轉換成出現在該核心12之該遠端表面部分12D上的該遠端處之平衡電流。
該套筒20之該邊沿20U具有一電氣長度λ g1 ，λ g1 是電流以該天線之該第一共振模式之頻率流經該邊沿20U之導波長，因此該邊沿在此頻率下表現出一環形共振。該套筒邊沿20U作為一共振元件之操作更詳細地描述在上述EP1147571A中。
儘管本發明之此實施例之該套筒與鍍層是有利的，因為它們提供了一平衡-不平衡轉換器功能與一環形共振，然而一環形共振還可藉由將該等螺旋式元件10A-10F連接到環繞該核心12且在該核心之外表面部分上具有近端邊緣及遠端邊緣的一環形導體而獨立地被提供，而不是如本發明實施例中呈連接到該饋電線屏蔽導體16來形成一開端腔結構的一套筒之形式。這樣的一導體可相對窄，窄到可以構成寬度類似於形成該等螺旋式元件10A-10F、11A-11D之導電軌道的寬度的一環形軌道，且假定其具有相對應於該天線之一工作頻率下之該導波長的一電氣長度，則還提供加強與該等螺旋式元件10A-10F及它們的互連所提供之迴路相關聯之該共振模式(即該第一共振模式)的一環形共振。
該套筒20與該近端表面鍍層22作為阻止電流自該等閉路式螺旋天線元件10A-10F流到該核心之該近端端面12P處的該饋電線之該屏蔽罩16的一陷波器(trap)。要注意的是，該等閉路式螺旋軌道10A-10F藉由構成該各個徑向軌道10AR、10BR、10CR、10DR、10ER、10FR之內端之間的該等饋電耦接節點的該等弧形軌道13K、13L而被三個一組地互連，因此閉路式螺旋軌道之每一支組典型地具有一長軌道10C、10F、一個中等長度軌道10B、10E及一個短軌道10A及10D。
該兩個饋電耦接節點13K、13L之間的該三個導電迴路分別藉由以下形成：(a)最短閉路式螺旋導體軌道10A、10D及該套筒邊沿20U、(b)中等長度閉路式螺旋導體軌道10B、10E及該套筒邊沿20U及(c)最長閉路式螺旋導體軌道10C、10F及該套筒邊沿20U，每一個導電迴路具有近似等於λ g1 之一有效電氣長度，λ g1 是在該第一共振模式之該頻率下沿該等迴路之一導波長。該等元件為半圈元件且共同延伸在該核心之該圓柱形表面部分12C上。該等閉路式螺旋軌道10A-10F及其互連之組態如此安排使得它們類似於一簡單介電負載六股螺旋天線而操作，該簡單介電負載六股螺旋天線之操作更詳細地描述在上述GB2445478A中。
與該等閉路式螺旋導體軌道10A-10F相反，其它螺旋式導體軌道11A-11D在核心之該遠端表面部分與該套筒邊沿20U之間之位置處在該核心圓柱形表面部分12C上具有開路式近端11AP、11BP、11CP、11DP，如第1圖、第2圖及第3圖所示。此等開路式螺旋軌道之配置使得它們同樣均勻地分佈在該核心周圍，與該等閉路式螺旋軌道10A-10F交錯，每一開路式軌道11A-11D圍繞該核心的軸線近似執行一直角回轉。在圍繞該核心的軸線均勻地分佈下，該等開路式螺旋軌道11A-11D包含大體上正交放置的軌道對11A、11C，11B、11D。每一開路式軌道11A-11D結合其各自在該核心遠端表面部分12D上之徑向連接元件11AR-11DR形成四分之一波長單極，這意味著每一軌道之該電氣長度近似等於在該天線之一第二圓偏振共振模式之頻率下沿該等軌道之該導波長λ g2 的四分之一，該導波長λ g2 尤其由該開路式元件之長度確定。
和該等閉路式螺旋導體軌道10A-10F一樣，該等開路式軌道11A-11D同樣表現出實體長度與電氣長度之略微不同。因此，該等開路軌道包括一第一對呈反向的軌道11A、11C，它們比一第二對呈反向的軌道11B、11D長。長度上之此等略微不同使它們各自的個別共振相位提前及相位滯後以在該第二圓偏振共振模式之該頻率下合成一旋轉偶極。
應指出的是，在本發明之此實施例中，該第二共振模式之該頻率比該第一共振模式之頻率低。
由於由該等開路式螺旋軌道11A-11D及它們各自的徑向軌道11AR-11DR形成的單極元件之系統與該套筒邊沿20沒有連接，所以該第二圓偏振共振模式無關於該套筒邊沿20U之該環形共振而被確定。然而，由該套筒20、該饋電線16、18及它們藉由該核心之該近端端面部分12P之該鍍層22之互連形成之該平衡-不平衡轉換器之存在提高了四股單極11A-11D之匹配，如同降低了該屏蔽導體16自身電容的影響，藉此產生在該第二共振模式下之一穩定圓偏振輻射型樣。此外，該單極長度之允許誤差因而不太重要。
在本說明書中，該用語“輻射(radiation)”及“輻射(radiating)”可廣義地解釋為以下意思：當用於該天線之特性或元件時，它們在該天線與一發射器一起使用時指的是與該能量輻射相關之該天線之特性或元件或者在該天線與一接收器一起使用時指的是與自該周圍環境吸收能量相關之該天線之特性或元件。
關於連接到每一饋電耦接節點13K、13L之該五個天線元件10A、11A、10B、11B、10C及10D、11C、10E、11D、10F，分別環繞該核心之閉路式軌道10A、10B、10C、10D、10E、10F及開路式軌道11A、11B、11C、11D之順序是圍繞一中心線CL1、CL2(見第3圖)對稱。換句話說，對於每一饋電耦接節點來說，該順序圍繞各自的中心線鏡像對稱。更特定地，該等天線元件之安排使得，對於連接到每一饋電耦接節點之該等元件來說，它們包含相鄰天線元件對，每對包含一個閉路式天線元件及一個開路式天線元件，且天線元件之該順序經安排為，在圍繞該核心之一指定方向上，使其中一閉路式元件在一開路式元件之前的元件對數等於其中在該相同方向上該開路式元件在該閉路式元件之前的元件對數。要記住，在本脈絡中，每一這樣的元件“對”可包括也是另一這樣的元件對中之一元件的至少一個元件，耦接到該第一饋電耦接節點13K之該等天線元件可包含四對，即10A、11A，11A、10B，10B、11B，及11B、10C。在此四對中，從該天線上方(即從位於該遠端核心表面部分12D之遠端之一位置)以一逆時針方向看該順序，有其中該閉路式元件在該開路式元件之前的兩對即10A、11A，10B、11B，且有其中該開路式元件在該閉路式元件之前的兩對即11A、10B及11B、10C，藉此符合上述之對數相等之條件。對於連接到另一饋電耦接節點13L之該等天線元件來說同樣如此。因此，有其中該閉路式元件在該開路式元件之前的兩對10D、11C及10E、11D，且有其中該開路式元件在該閉路式元件之前的兩對11C、10E及11D、10F。相比於不滿足此條件之一天線，已發現閉路式及開路式元件之此順序產生一較佳輻射型樣。
只有四個閉路式元件及四個開路式元件的一天線就可滿足此條件，下面將詳細描述。然而，六個一種類型的元件與四個另一類型的元件之組合，即在此情況下，六個閉路式元件及四個開路式元件是較佳的，因為每一組之該等元件10A-10F、11A-11D可獲得更均勻的間隔。因此，考慮到該整組天線10A-10F、11A-11D均勻地分佈在該核心周圍，在垂直於該天線軸之任一特定平面上，該閉路式螺旋軌道10A-10F具有72°(就四對軌道而論)及36°(就兩對軌道而論)之角度間距。與最佳間距60°之最大偏差為24°。就該四個開路式螺旋軌道11A-11D而論，該內部元件角度間距為72°與108°，即產生距最佳90°只有18°之一偏離。
阻抗匹配由埋植入面對面地安裝在該核心之該遠端表面部分12D上之一層壓印刷電路板(PCB)總成19中之一匹配網路執行，如第1圖所示。
該PCB總成19形成該包含該饋電線16、18之一饋電結構之一部分，如第4圖所示。
該饋電線16、18執行除了僅作為具有50歐姆特性阻抗的線以外的功能以將信號傳遞到該天線元件結構或者自該天線元件結構傳送信號。首先，如上所述，該屏蔽罩16結合該套筒20用於在饋電結構與該天線元件結構之連接點處提供共模隔離。該屏蔽導體在(a)其與該核心之該近端端面12P上之該鍍層22相連處與(b)其與該PCB總成19上之導體連接處之間的長度，及該軸孔(該饋電傳輸線置於其中)之尺寸與填充該屏蔽罩16與該孔之內壁間的間距的該材料之介電常數使該屏蔽罩16在其外表面上之該電氣長度在該天線之兩種所需的共振模式之各該頻率下為四分之一波長，藉此該導電套筒20、該鍍層22及該屏蔽罩16在該饋電結構與該天線元件結構之連接處產生平衡電流。
在此較佳天線中，有一絕緣層包圍該饋電結構之該屏蔽罩16。此層具有比該核心12之介電常數低的介電常數，且在該較佳天線中為一空氣層，其降低該核心12對該屏蔽罩16之該電氣長度之影響且進而降低對與該屏蔽罩16之外部相關之任何縱向共振之影響。由於與該等所需的工作頻率相關之該等共振模式之特徵在於電壓偶極在直徑方向上延伸，即橫切該圓柱形核心軸，該低介電常數套筒對該等所需的共振模式之影響相對較小，因為至少在該較佳實施例中，該套筒厚度比該核心之厚度小很多。因此，可能可使與該屏蔽罩16相關聯之該線性共振模式從該等想要的共振模式解耦合。
該天線具有大於500MHz之主要共振頻率，此等共振頻率由該螺旋天線導體10A-10F、11A-11D之該等有效電氣長度決定，如上所述。對於一特定共振頻率來講，該等元件之該等電氣長度也依賴於該核心材料之該相對介電常數，就一空氣核心四股螺旋式天線而論該天線之尺寸實質上減小了。
根據本發明之天線尤其適用於在大約1GHz以上之雙頻帶衛星通訊。在此情況下，該第一組中之該等螺旋式天線元件10A-10F具有大約12.3mm之一平均縱向範圍(即平行於該中心軸)而該第二組中之11A-11D具有大約8.0mm之一平均縱向範圍。該導電套筒20之長度典型地在5.45mm範圍內。這產生了在近似該兩個工作頻率帶之中心頻率之均值下之一四分之一波長平衡-不平衡轉換器。此尺寸不很嚴格。事實上，該套筒長度可被設定以產生該兩個中心頻率之任一頻率下或者很多情況下之間之任一頻率下之一四分之一波長平衡-不平衡轉換動作，這要視該等中心頻率之間的間隔而定。
該等天線元件10A-10F及11A-11D之精確尺寸可在以一試誤法為基礎之設計階段中藉由進行實驗最佳化直到所需的相位差遭獲得而被確定。該核心之軸孔中之該同軸傳輸線之直徑在2mm之範圍中。
現在將描述饋電結構之進一步詳細內容。如第4圖中所示，該饋電結構包含該同軸50歐姆饋電線16、17、18及連接到該線之一遠端之平面層板總成19之組合。該PCB總成19是以一面對面接觸方式靠著該核心12之該遠端端面12D平放之一雙面印刷電路板。該PCB總成19之最大尺寸比該核心12之直徑小，藉此該PCB總成完全在該核心12之該遠端端面12D之周邊內，如第1圖所示。
在此實施例中，該PCB總成19為位於該核心之該遠端面12D之中心處的一圓盤之形式。它的直徑使得其置於鍍在該遠端表面部分12D上之該弧形元件間耦接導體13K、13L之上。如第5圖之分解圖中所示，該總成19具有一實質上之中心孔32，其接納該同軸饋電傳輸線之該內部導體18。三個偏離中心孔34接納該屏蔽罩16之遠端突耳16G。該等突耳16G是彎曲的或“凹入的”以有助於關於該同軸饋電結構固定該PCB總成19。四個孔32、34全部被鍍通。此外，該總成19之周邊部分19PA、19PB被電鍍，該鍍層延伸至該層板之該近端及遠端端面。
該PCB總成19具有一雙面層板，因為其具有一單一絕緣層及兩個圖案化導電層。額外的絕緣層及導電層可用在本發明之可選擇實施例中。如第5圖中所示，在此實施例中，該兩個導電層包含一遠端層36及一近端層38，它們藉由該絕緣層40隔開。此絕緣層40由FR-4玻璃增強環氧板製成。該等遠端及近端導體層各蝕刻有一各自的導體圖案，如分別在第6A圖及第6B圖中所示。在該導體圖案延伸到層板之該等周邊部分19PA、19PB且延伸入該等鍍通孔32、34之情況下，該等不同層體中之該各個導體分別藉由邊緣電鍍及孔電鍍互連。將從顯示該等導體層36、38之該等導體圖案之該等圖式中看出，該遠端導電層36具有一細長導體軌36L1、36L2，當它置於該層板中之該中心孔32中時，它將該內部饋電線導體18連接到該板之一第一周邊電鍍邊緣部分19PA。此細長軌包括兩部分-36L1、36L2，因為它們的形狀相對窄而細長，所以它們在該天線之工作頻率下形成電感。因為該邊緣部分19PA經由該等弧形軌道之一個13L連接到該核心之該遠端端面12D上之該等徑向導體中之一半10DR、10ER、10FR、11CR、11DR(第1圖)，所以此等電感串聯在該內部饋電線導體18與每一組10A-10F；11A-11D之該等螺旋式天線元件之每一個之兩個(10D、10E、10F；11C、11D)之間。如果在該層板上可用之空間中不能容納下具有足以產生一所需電感之長度的一單一軌部分36L1、36L2，則每一軌部分36L1、36L2可被分成兩個平行的軌部分，即在它們之間有一狹縫，以每單位長度產生一較大的電感。
該饋電線屏蔽罩16在置於該層板中之該等孔34中時藉由一扇形導體36F直接連接到該板之該對面周邊電鍍邊緣部分19PB，由於該扇形導體36F面積相對較大，所以其具有低阻抗。因此，該屏蔽罩實際上直接連接到其它天線元件10A、10B、10C、11A、11B係經由另一弧形軌13K及各自的徑向導體10AR、10BR、10CR、11AR、11BR。該扇形導體36F沿該導電細長軌36L1、36L2朝著第一周邊電鍍邊緣部分19PA延伸，以提供用於離散並聯電容之墊片。因此，在此實施例中，扇形導體36F具有兩個延伸部分36FA、36FB，它們在該導電軌36L1、36L2兩側與之平行。每一延伸部分36FA、36FB形成為一軌道，相比於該中心導電軌，其寬得多且因此具有可以忽略的電容。此等延伸部分中之一個36FA為連接到與該中心孔32相關聯之該鍍層的一第一薄片電容器42-1提供墊片及為連接到該兩個導電軌部分36L1、36L2之間之接頭的一第二薄片電容器42-2A提供墊片。另一延伸部分36F為也連接到導電軌部分36L1、36L2之間之接頭的一第三薄片電容器42-2B提供一墊片。在本發明之此實施例中，該等電容器42-1、42-2A、42-2B為0201尺寸的薄片電容器(例如，Murata GJM)。
上述組合構成如第7圖中概要顯示之一2極電抗匹配網路。該網路在(a)分別表示由該等閉路式螺旋元件10A-10F及其相關聯部分構成之源及由該等開路式螺旋天線元件11A-11D及其相關聯部分構成之源的子電路60、61與(b)一50歐姆負載62之間提供一雙頻帶匹配。在此範例中，該饋電線16-18(第4圖及第5圖)為一50歐姆同軸線段64。電感器L1及L2由上述軌道部分36L1、36L2構成。並聯電容C1係以第5圖及第6A圖中之電容器42-1所表示者。另一並聯電容C2由上文參考第6A圖所述之該兩個薄片電容器42-2A、42-2B之並聯組合構成。將兩個電容器用於該第二電容C2，允許利用小剖面薄片電容器獲得一相對較高的電容值且降低電阻損耗。
該饋電線16、18、該PCB總成19及該核心之該遠端端面12D上之該等導電軌之間的連接藉由焊接或者用導電膠黏合而成。當該內部導體18之該遠端焊接在該層板之該孔32中且該等屏蔽突耳16G焊接在該各自的偏離中心孔34中時，該饋電線16-18及該總成19共同形成一單一饋電結構。該饋電線16-18及該PCB 19共同形成具有一整體匹配網路之一單一饋電結構。
由該等串聯電感L1、L2及該等並聯電容C1、C2構成之該網路在該天線之輻射天線元件結構與該傳輸線部分之該近端處之一50歐姆末端之間形成一匹配網路，當該50歐姆末端連接到該射頻電路時，此50歐姆負載阻抗在該天線元件結構之工作頻率下與其阻抗匹配。由該匹配網路表示之該並聯阻抗還具有允許該等單極天線元件11A-11D有較寬容差之有利效果及一改良的各自輻射圖案。
如上所述，在***到該天線核心12中之前，該饋電結構作為一單元被組裝，該總成19之該層板緊固到該同軸線16-18。將該饋電結構作為一單一組件形成，包括作為主要部分之板19，實質上降低了該天線之組裝成本，因為該饋電結構之引入可以以兩個動作來執行：(i)將該饋電結構滑入該核心12之軸孔中及(ii)將一導電套圈或墊圈安裝在該屏蔽罩16之該無遮蔽的近端端面部分周圍。該套圈可以推入裝到該屏蔽組件16上或者被捲曲繞到該屏蔽罩上。在該饋電結構***到該核心之前，焊膏較佳地塗在該核心12之該遠端端面12D上及與該軸孔之該各個端部緊靠著的該鍍層22上之該天線元件結構之連接部分上。因此，完成上述步驟(i)及(ii)之後，該總成可通過一焊料回流焊爐或者可經受可選擇的焊接製程，諸如作為一單一焊接步驟之雷射焊接、感應焊接或熱風焊接。
當該板準確地定位在核心上時，形成於(a)該板19之該周邊及近端表面上之導體與(b)該核心之該遠端端面12D上之金屬噴鍍導體之間的焊橋與該等導體本身之形狀受組配以在回流焊接期間提供平衡旋轉彎月面力。
利用上述結構，可能產生一雙頻帶圓偏振頻率響應，該天線之該介入損耗與頻率圖式顯示在第8圖中。該天線具有以一較高共振頻率f 1 為中心之一第一頻帶及以一較低共振頻率f 2 為中心之一第二頻帶。在此天線中，該兩個中心頻率之該頻率間隔f 2 -f 1 大約為平均頻率之25%。就兩個頻帶中右旋圓偏振波來說，其具有一明顯向上指向之輻射圖案。
將明白的是，根據本發明之一天線可適於左旋圓偏振波。這樣一天線顯示在第9圖中。為簡潔起見，該介電核心自第9圖省略。實際上，此天線之該等螺旋式元件如先前實施例中那樣鍍在該核心之該圓柱形表面中。此天線可用於透過TerreStar(註冊商標)組合式衛星與地面服務進行雙頻帶操作且具有閉路式螺旋軌道10A-10F及開路式螺旋軌道11A-11D，該等螺旋式軌道與上文中參考第1圖到第8圖所述之該天線之該等螺旋式軌道相反。在此情況下該核心之長度及直徑分別為17.75mm與10mm。如前所述，該核心材料之該相對介電常數為21。
就兩個頻帶中之左旋圓偏振波來說，此天線產生了一明顯向上指向之輻射圖案，且在如上文中參考第1圖到第8圖所述之天線中，耦接到每一饋電耦接節點之該等螺旋式軌道10A、10B、10C、11A、11B，10D、10E、10F、11C、11D分別具有一對稱軌道序列，即它們形成在每一情況下圍繞該核心元件成鏡像之一圖案。如在上文參考第1圖到第9圖所述之該天線中，連接到每一各自的饋電耦接節點之該組內之該元件序列是交替的：閉路式、開路式、閉路式、開路式、閉路式。
如上所述，可能構成根據本發明之具有較少天線元件的一天線，例如，具有四個閉路式元件及四個開路式元件。參考第10圖，在根據本發明之一第三天線中，閉路式螺旋元件及開路式螺旋元件以一交替序列安排在該核心周圍。在此情況下，從一遠端視角以一順時針方向看，得到左旋偏振波的此天線之該序列為開路式(11A)、閉路式(10A)、開路式(11B)、閉路式(10B)。一等效序列用於連接到另一饋電耦接節點13L之該等天線元件。此安排不符合上述序列對稱條件。因此，參考第11圖，取而代之，根據本發明之另一天線同樣具有四個閉路式元件10A-10D及四個開路式元件11A-11D。在此情況下，連接到該核心之該頂面上之每一弧形導體13K、13L之元件之型樣是對稱的，意思是，在附接到該核心之該遠端端面上之一各自的弧形元件13K、13L之每一組元件10A、10B、11A、11B及10C、10D、11C、11D內，該閉路式及開路式螺旋元件之序列圍繞該各自的組之中心成鏡像。因此，在此實施例中，每一組內之該序列為：閉路式、開路式、開路式、閉路式。和第2圖、第9圖及第10圖一樣，為簡潔起見，第11圖之該天線未顯示其介電核心。
其它實施例是可行的，例如上文參考第1圖到第9圖所述之該等天線可被改進為具有六個開路式元件及四個閉路式元件。要指出的是，在所有較佳實施例中，該等螺旋式天線整體圍著該天線軸角度均勻地間隔開。
10A、10D．．．閉路式螺旋導電軌道、閉路式螺旋天線元件、最短元件、短軌道、最短閉路式螺旋導體軌道、螺旋天線導體
10AP、10BP、10CP、10DP、10EP、10FP．．．近端
10AR、10BR、10CR、10DR、10ER、10FR、11AR、11BR、11CR、11DR．．．徑向軌道、徑向導體
10B、10E．．．閉路式螺旋導電軌道、閉路式螺旋天線元件、中等長度閉路式螺旋導體軌道、螺旋天線導體
10C、10F．．．閉路式螺旋導電軌道、閉路式螺旋天線元件、最長元件、長軌道、最長閉路式螺旋導體軌道、螺旋天線導體
11A、11B、11C、11D．．．開路式螺旋導電軌道、單極、單極天線元件、螺旋天線導體、開路式螺旋天線元件
11AP、11BP、11CP、11DP．．．開路式近端
12．．．實心圓柱核心、天線核心
12C．．．圓柱形外表面部分、核心圓柱形表面部分
12D．．．核心遠端端面、遠端核心表面部分、核心遠端表面部分
12P．．．核心近端端面、近端端面部分
13K、13L．．．弧形軌道、弧形元件間耦接導體、弧形導體、饋電耦接節點、饋電連接節點、弧形元件
16．．．導電管狀外屏蔽罩、外部屏蔽罩、饋電線屏蔽導體、同軸50歐姆饋電線、屏蔽組件、饋電線屏蔽罩、饋電線、同軸線
16G．．．遠端突耳、屏蔽突耳
16T．．．彈性突起部
17．．．第一管狀氣、絕緣層、同軸50歐姆饋電線
18．．．細長內部導體、饋電線、同軸50歐姆饋電線、內部饋電線導體、內部結構
18P．．．近端部分
19．．．層板、層壓印刷電路板(PCB)總成、平面層板總成、PCB總成
19PA．．．第一周邊電鍍邊緣部分
19PB．．．對面周邊電鍍邊緣部分
20．．．共用虛擬接地導體、導電套筒
20U．．．套筒邊沿
22．．．鍍金屬導電罩、近端表面鍍層
32．．．中心孔、鍍通孔
34．．．偏離中心孔、鍍通孔
36．．．遠端層、導體層、遠端導電層
36F．．．扇形導體、延伸部分
36FA、36FB．．．延伸部分
36L1、36L2．．．細長導體軌、單一軌部分、導電細長軌、導電軌部分、軌道部分、導電軌
38．．．近端層、導體層
40．．．絕緣層
42-1．．．第一薄片電容器
42-2A．．．第二薄片電容器
42-2B．．．第三薄片電容器
60、61．．．子電路
62．．．50歐姆負載
64．．．50歐姆同軸線段
C1‧‧‧並聯電容
C2‧‧‧並聯電容、第二電容
CL1、CL2‧‧‧中心線
L1、L2‧‧‧電感器、串聯電感
第1圖是根據本發明之一天線之透視圖；
第2圖是第1圖之該天線之透通透視圖；
第3圖是第1圖之該天線之外圓柱形表面部分上之導體圖案轉換為一平面后之表示；
第4圖是第1圖之該天線之一饋電結構之軸向截面圖；
第5圖是在第4圖中顯示之該饋電結構之細部，其顯示了其中之自一饋電傳輸線之一遠端部分拆卸之一層板；
第6A圖及第6B圖是顯示該饋電結構之該層板之導電層之導體圖案之圖式；
第7圖是一等效電路圖；
第8圖是說明第1圖之該天線之介入損耗(S11 )頻率響應之圖式；
第9圖是根據本發明之一第一可選擇天線之一透通透視圖；
第10圖是根據本發明之一第二可選擇天線之一透通透視圖；及
第11圖是根據本發明之一第三可選擇天線之一透通透視圖。
10A、10B、10C、10D、10E．．．閉路式螺旋導電軌道
10AR、10BR、10CR、10DR、10ER、10FR、11AR、11BR、11CR、11DR．．．徑向軌道
11B、11C、11D．．．開路式螺旋導電軌道
12．．．實心圓柱核心
12C．．．圓柱形外表面部分
12D．．．核心遠端端面
12P．．．核心近端端面
13K、13L．．．弧形軌道
16G．．．遠端突耳
18．．．細長內部導體
19．．．層板
20．．．共用虛擬接地導體
20U．．．套筒邊沿
22．．．鍍金屬導電罩

Claims (27)

  1. 一種用於在200MHz以上之頻率下操作之一介電負載天線，其包含：由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有比5大之一相對介電常數且佔據由該核心外表面界定之內部容積之大部分，該外表面具有相對指向之橫向延伸表面部分及在該等橫向延伸部分之間之一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸表面部分中之一個相關聯之饋電耦接節點、與該等饋電耦接節點隔開之一位置處的一連接導體及包含以下之一天線元件結構：一第一組細長導電天線元件，其自該饋電耦接節點，在該核心側面部分上延伸至該連接導體，該第一組細長導電天線元件在一第一工作頻率下操作，及一第二組細長導電天線元件，其自該等饋電耦接節點，朝該連接導體之方向在該側面部分上，延伸至與該連接導體隔開之實質上開路式末端，該第二組細長導電天線元件在一第二工作頻率下操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其具有第一及第二工作頻率，其中該第一組之該等天線元件形成經由該連接導體從一饋電耦接節點延伸到另一饋電耦接節點之導電迴路之一部分，該等迴路各具有在λ g1 範圍內之一有效電氣長度，其中λ g1 為在該第一工作頻率下沿著該等迴路的一導引波長，且其中該第二組之該等天線元件具有在(2n-1)λ g2 /4 範圍內之一電氣長度，其λ g2 是在該第二工 作頻率下之沿著該第二組之該等元件的該導引波長且n 為一整數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之天線，其中每一導電迴路包括兩個螺旋式導體，每一個具有一電氣長度mλ g2 ，其中m 是一整數。
  4. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中，關於連接到該等饋電耦接節點之每一個別的一個之該等天線元件來說，該第二組之該等元件與該第一組之該等元件交替穿插。
  5. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中至少該第一組之該等元件大體上是螺旋式的。
  6. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，為了在第一及第二工作頻率下以圓偏振輻射操作，其中該第一組之該天線元件包含三對這樣的元件，且該第二組之該等天線元件包含兩對這樣的元件。
  7. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中該第一組之該等天線元件為實質上半圈螺旋且該第二組之該等天線元件為實質上四分之一圈螺旋。
  8. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中該等饋電耦接節點形成一平衡饋電之一部分，且其中該連接導體為一平衡-不平衡轉換器套筒，且該第一組之該等天線元件在該等饋電耦接節點與該套筒之邊沿之間延伸。
  9. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其 中該連接導體具有一電氣長度λ g1 ，其中λ g1 為在該第一工作頻率下之該邊沿之該導引波長。
  10. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中該第二工作頻率比該第一工作頻率低。
  11. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中關於連接到該等饋電耦接節點之每一個的該等天線元件，由該等天線元件構成之圖案使得該第一組之該等天線元件與該第二組之該等天線元件之序列係圍繞著與該圖案有關之一中心線成鏡像。
  12. 如申請專利範圍第1項到第3項之任一項所述之天線，其中每一該組細長導電天線元件具有連接到該等饋電耦接節點中之一個的元件及連接到該等饋電耦接節點中之另一個的元件，該等元件之排列使得關於連接到每一饋電耦接節點之該等元件，(a)它們包含相鄰天線元件對，每一對包含該第一組之一個元件及該第二組之一個元件，及(b)其中在圍繞該核心之一給定方向上，該第一組之該元件在該第二組之該元件之前的該等對之數目等於在該方向上該第二組之該元件在該第一組之該元件之前的該等對之數目。
  13. 一種用於在500MHz以上之第一及第二頻帶中操作之介電負載螺旋天線，該等頻帶具有的中心頻率相隔該兩個中心頻率之平均值的至少5%，其中該天線包含由一固體介電材料構成之一核心，該固體介電材料佔據了由該核心外表面界定的該核心之內部容積之大部分，及一天 線元件結構，該天線元件結構包含界定該第一頻帶中之一共振頻率的多數個閉路式實質上半圈螺旋導電元件及界定該第二頻帶中之一共振頻率的多數個開路式實質上四分之一波長螺旋元件。
  14. 一種具有200MHz以上之第一及第二工作頻率之介電負載天線，其中該天線包含由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有大於5之一相對介電常數且佔據了該核心外表面界定之內部容積之大部分，該外表面具有相對指向之橫向延伸表面部分及在該等橫向延伸部分之間之一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸部分中之一個相關聯之饋電耦接節點，及一天線元件結構，該天線元件結構包含自該等饋電耦接節點、在該核心之該側面部分上、朝著另一橫向延伸表面部分延伸且止於開路端的至少一對導電細長天線元件，其中該等細長元件之每一個具有在(2n-1)λ g /4 範圍內之一電氣長度，其中λ g 為在該等工作頻率中之一個下沿著該等元件的導引波長且n 為一整數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之天線，該天線元件結構包含至少兩對該等導電細長天線元件，且其中該等導電細長天線元件對中之一對的該等元件之該等電氣長度大於另一對之該等電氣長度。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之天線，其中該核心實質上為圓柱形且該兩對之該等細長天線元件實質上為螺旋形且具有一公共中心軸。
  17. 如申請專利範圍第14項到第16項之任一項所述之一逆火式天線。
  18. 如申請專利範圍第14項到第16項之任一項所述之天線，其包括耦接到該等饋電耦接節點之一平衡-不平衡轉換器。
  19. 如申請專利範圍第14項到第16項之任一項所述之天線，其包括穿過該核心之一同軸饋電線，及包圍該核心且在該核心之該另一橫向延伸表面部分處連接到該饋電線之一外屏蔽網(screen)的一平衡-不平衡轉換器套筒。
  20. 如申請專利範圍第14項到第16項之任一項所述之天線，用於在該兩個工作頻率下以圓偏振輻射操作。
  21. 一種用於以200MHz以上頻率操作之介電負載天線，其中該天線包含：由一固體材料構成之一實質上圓柱形電氣絕緣介電核心，該固體材料具有大於5之一相對介電常數且佔據由該核心外表面界定之內部容積之大部分，該外表面具有關於該核心之一中心軸橫向延伸相對指向遠端及近端外表面部分及在該等橫向延伸部分之間之一實質上圓柱形側面部分；饋電節點，其位於該核心之該遠端外表面部分之區域中且形成一平衡饋電末端；一天線元件結構，其包含具有在(2n-1)λ g /4 範圍內之電氣長度的至少一對開路式細長導電天線元件，其中λ g 為在該天線之一工作頻率下之沿著該等元件之導引波長且n 為一整數，且該等開路式細長導電天線元件自該等饋電節點經由螺旋天線元件部分延伸至該核心之該圓柱形側面部分上之個別開路端；在延伸穿過該核心之一通道中的一饋電線；及連接到該饋電線之一平衡-不平衡轉換器。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之天線，其具有連接在該核心之該近端外表面部分之該區域中的一單端饋電線，其中該平衡-不平衡轉換器包含連接到該饋電連接且延伸在該核心近端外表面部分及該核心側面部分之一近端部分上之一導電層，以在該天線之一工作頻率下形成一四分之一波開路式短柱。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之天線，其中該平衡-不平衡轉換器導電層包圍該核心以在該核心側面部分上形成一環形導電路徑，其具有等於在該天線之一工作頻率下沿著該路徑的一單一導引波長的一電氣長度。
  24. 如申請專利範圍第21項到第23項之任一項所述之天線，用於在該工作頻率下以圓偏振輻射操作，其中該天線元件結構包含至少兩對該等導電細長天線元件。
  25. 一種用於在200MHz以上之第一及第二頻帶中操作之介電負載天線，其中該天線包含：由一固體材料構成之一電氣絕緣介電核心，該固體材料具有大於5之一相對介電常數且佔據了由該核心外表面界定的內部容積之大部分，該外表面具有相對指向之橫向延伸表面部分及在 該等橫向延伸部分之間之一側面部分，其中該天線進一步包含與該等橫向延伸表面部分中之一個相關聯之一對饋電耦接節點，及一天線元件結構，該天線元件結構包含第一及第二組細長導電天線元件，每一組包含自該等饋電耦接節點、在該核心側面部分上、朝著另一橫向延伸表面部分延伸之至少四個這樣的天線元件，其中該第一組之該等元件比該第二組之該等元件長，藉此該第一及第二組之該等元件分別與具有不同共振頻率之第一及第二圓偏振共振相關聯，且其中每一組天線元件具有連接到該等饋電耦接節點中之一個的元件及連接到該等饋電耦接節點中之另一個的元件，該等元件之配置係使得關於連接到每一饋電耦接節點之該等元件，(a)它們包含相鄰天線元件對，每一對包含該第一組之一個元件及該第二組之一個元件，及(b)其中在圍繞該核心之一給定方向上該第一組之該元件在該第二組之該元件之前的該等對之數目等於其中在該方向上該第二組之該元件在該第一組之該元件之前的該等對之數目。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之天線，其中對於連接到每一饋電耦接節點之該等元件，該第一組之該等元件及該第二組之該等元件係以圍繞該核心之該側面以一交替序列排列。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之天線，其中該第一組天線元件包含六個螺旋式天線元件且該第二組天線元件包含四個螺旋式元件。
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