环行天线制造技术

一种电磁天线，包括： 一个具有长半径和短半径的多连通表面，该长半径至少和该短半径一样长； 绝缘导体装置，其围绕着和沿着所述多连通表面按第一螺旋螺距方向沿第一螺旋型导电通路从第一结点到第二结点延伸， 所述绝缘导体装置还围绕着和沿着所述多连通表面按和第一螺旋螺距方向相反的第二螺旋螺距方向沿第二螺旋型导电通路从第二结点到第一结点延伸，从而第一和第二螺旋型导电通路相互是逆缠绕的并且构成单条围绕着和沿着所述多连通表面的循环导电通路；以及 电气上分别和第一及第二结点连接的第一及第二信号端子。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
环形天线本申请是于1992年12月15日归档的题目为“环形天线”的07/992,970序列号申请的延续部分。本专利技术涉及发射和接收天线，尤其涉及螺旋型绕制天线。激励频率下的天线效率直接和有效电长度有关，有效电长度和信号传播率有关，而信号传播率是由下列周知的采用自由空间中的光速C、波长λ和频率f的方程给出的：λ＝C/f如所知，天线电长度应该为一个波长、半个波长(偶极子)或者带有水平极化的四分之一波长，以便使除实天线阻抗之外全为最小。当不能满足这些特性时，天线阻抗变化，引起天线及天线馈电(传输线)上的驻波，增大驻波率，这都会导致能量损失和降低的辐射能量。典型的垂直鞭状天线(单极)具有无定向垂直极化图型，而且在诸如UHF的高频下这种天线比较小。但是，在较低频率下其尺寸变小是有问题的，在LF和MF波段上采用时导致非常长的线路和塔架。在较低频率的波段上长距离的传输品质是有利的，但是天线尤其是定向阵列会太大不能具有小型的轻便发射机。即使在高频下，具有物理上较小的并带有和常规单极或偶极子天线相同效率和性能的天线是有利的。多年来尝试了不同的技术以创造具有方向特性的尤其是垂直极化的小型天线，已经发现垂直极化比水平极化更有效(范围更大)，其原因是水平极化天线承受较多的地面波损失。关于方向特性，已经认识到利用某些天线形状有可能在特定的极化下使天线中生成的磁场抵消，并且同时增大和磁场正交的电场。类似地，有可能取消电场并且同时增大磁场。在电磁
中等效原理是一个众所周知的概念，该原理指出在一给定区域内产生相同场的两个源称为是等效的，并且在电流源和磁流-->源之间可以显示出这种等效。在1961年出版的R.F.Harrington所著的参考文献“时间谐和电磁场”的3-5章中对此作出了说明。在具有线性电流的线性偶极子天线部件的情况下，其等效磁流是由圆形方位环磁流给出的。螺线电流是一种建立线性磁流的明显方式。在环形平面上设置的螺线电流是一种建立所需的圆形方位环磁流的方式。环形螺旋型天线包括缠绕在环形架上的螺旋型导体，并且提供一种类似于带有和环形架平面正交的及和环形架的中心同心的轴的电偶极子天线的图形的辐射电磁能量特性图形。相对于自由空间传播率，螺旋型导体的有效传输线阻抗延迟来自螺旋型结构周围的导体馈电点的波的传播。该结构中速度和电流的减小使得有可能构造数量级和对应的谐振偶极子(线性天线)相同的或比对应的谐振偶极子(线性天线)的尺寸小得多的环形天线。因为环形螺线型设计在物理上小于简单的谐振偶极子结构，环形设计具有低高宽比，但带有类似的电辐射特性。简单的单相馈送结构可给出和1/2波长偶极子相差不大的辐射图型，但包装上要小得多。在这方面，美国4,622,558号和4,751,515专利讨论环形天线的某些方面，以作为创造小型天线的技术，来取代具有自谐振结构的常规线性天线，当在地面上传播时这种天线可产生较低传播损失的垂直极化辐射。对于低频，如前面所述，自谐振垂直线性天线是不实用的，这些专利中所说明的自谐振结构在缓解低频上垂直部件的物理笨重和电气低效的问题有一定的效果。上面提到的两份专利起始讨论把单丝环形螺旋体作为更复杂的方向天线的构件。这样的天线可以包括多条馈以信号的传导通路，各信号的相对相位用外部无源电源或靠规定的自谐振特性控制。广义上，这些专利讨论采用所谓的逆缠绕(contrawound)环形线圈以提供垂直极化。这些专利中所讨论的逆缠绕是一种只具有两个端子的独特设计，如Birdsall，C.K和Everhart，T.E所著的参考资料“用于高功率行波管的修改型塑缠绕螺旋电路”(IRE Transactions on Elcctron Devices，1956年10月，190页)中所说明那样。这些专利指出磁场/流和电场/流之间的差别并且推断出在物理上把两个在环上彼此逆缠绕的单丝电路相叠加利用-->两端口信号输入端可建立垂直极化天线。这种设计的基础是线性螺旋体，它的设计方程最初是由Kandoian和Sichak在1953年推导的(按美国4,622,558专利所述)。现有技术，例如上述的专利，把基本环形装置表示为更复杂结构的基本构件，例如两个定向的环形结构以模仿逆缠绕结构。比如说，上述专利讨论一种环形线圈(复杂的或简单的)，其意图是在由该环形线圈的短轴所定义的圆的圆周附近具有整数的遵导波长。具有单丝设计的简单环形天线对输入(接收)或输出(发射)信号的电场和磁场分量都起反应。另一方面，多丝(多线圈)在独立的圆环的独立线圈中可具有相同的螺距方向或不同的螺距方向，以允许提供天线定向性或控制极化。一种形式的螺旋体是环式和桥式设计，这种设计显示出基本逆缠绕线圈结构的部分品质但不具有它的全部品质。如所知，线性螺旋管线圈沿其中心轴产生线性磁场。磁场的方向遵循“右手定则”，即如果使右手的手指向内对掌心卷曲并且手指指向螺旋管内的电流流动方向，则磁场的方向和卷曲手指时与姆指相平行的延伸轴的方向相同(参见下文图47)。当把该定则应用于按右旋方向缠绕的螺旋管线圈时，和右旋螺旋螺纹中一样，电流和产生的磁场指向相同的方向，但是对于左旋方向的线圈，电流和产生的磁场指向相反的方向。螺旋管线圈所形成的磁场有时称为磁流。通过在同一轴上组合右旋和左旋线圈以建立逆缠绕线圈并且对各个线圈部件馈送方向相反的电流，把净电流有效地减至零，而净磁场是单个线圈的磁场的两倍。还已知，馈以正弦交流源并且端接负载阻抗的平衡电传输线从源向负载传播电流波。该波在负载处反射并向源回传，传输线上的净电流分布是由入射波分量和反射波分量的和确定的并且可用传输线上的驻波表征(参见下文的图13)。在平衡传输线情况下，线路上某给定点处的各导体中的电流分量在振幅上是相同的但在极性上是相反的，其等效于在各分离导体上振幅相同极性相反的波的模拟传播。在给定导体上，一个方向上的正电流的传播等效于相反方向上的负电流的传播。入射波和反射波的相对相位取决于负载元件的阻抗ZL。对于I0＝入射电流信号和I1＝反射电流信号，参照下文的图13，则反射系统ρi可定义为：-->ρi=I1I0=-I1′I0=ZLZ0-1ZLZ0+1]]>因为入射电流和反射电流按相反的方向行进，等效反射电流I1′＝-I1给出相对于入射电流I0的方向的反射电流的振幅。本专利技术的一个目的是提供一种特别适用于长距离低频波应用的小型垂直极化天线，而且也可用于任何要求小物理形或不引人注意的天线包装的频率上。本专利技术的另一个目的是提供一种相对于已知现有技术的天线具有相对小的物理外形的天线。本专利技术的再一个目的是提供一种相对小的物理外形的天线，它的通信范围相对于已知现有技术的天线是得到扩大的。本专利技术的又一个目的是提供一种线性极化的并且在极化方向上具有小物理外形的天线。本专利技术的还一个目的是提供一种在正交于极化方向的方向上一般是非定向的天线。本专利技术的另一个目的是提供一种在交于极化方向的方向内具有最大辐射增益和在极化方向内具有极小辐射增益的天线。本专利技术的再一个目的是提供一种带有简化馈入结构从而易于和射频(RF)功率源匹配的天线。本专利技术的还一目的是提供一种相对于其额定运行频率可在尽可能宽的带宽上运行的天线。根据本专利技术一种环形天线具有一个环形表面和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁天线，包括：一个具有长半径和短半径的多连通表面，该长半径至少和该短半径一样长；绝缘导体装置，其围绕着和沿着所述多连通表面按第一螺旋螺距方向沿第一螺旋型导电通路从第一结点到第二结点延伸，所述绝缘导体装置还围绕着和沿着所述多连通表面按和第一螺旋螺距方向相反的第二螺旋螺距方向沿第二螺旋型导电通路从第二结点到第一结点延伸，从而第一和第二螺旋型导电通路相互是逆缠绕的并且构成单条围绕着和沿着所述多连通表面的循环导电通路；以及电气上分别和第一及第二结点连接的第一及第二信号端子。2.权利要求1的电磁天线，其中所述多连通表面是环形表面。3.权利要求1的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包含单根构成单条循环导电通路的绝缘导体。4.权利要求1的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包含从第一结点到第二结点延伸的第一绝缘导体以及从第二结点到第一结点延伸的第二绝缘导体。5.权利要求1的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包括：第一传导装置，用于在第一螺旋型导电通路中传导第一电流；第二传导装置，用于在第二螺旋型导电通路中传导第二电流；第一感应装置，用于在第一螺旋型导电通路中感应由于第一电流的第一磁流；以及第二感应装置，用于在第二螺旋型导电通路中感应由于第二电流的第二磁流。6.权利要求5的电磁天线，其中第一和第二感应装置包括提供第一和第二磁流的相长干扰的装置，以便产生所述电磁天线的发射信号。7.权利要求6的电磁天线，其中第一和第二传导装置包括提供第一和第二电流的相消干扰的装置。-->8.权利要求1的电磁天线，其中所述信号端子传导具有额定运行频率的天线信号；并且其中所述绝缘导体装置的长度在各螺旋型导电通路中约为所述运行频率的遵导波长的一半。9.一种电磁天线包括：一个具有长半径和短半径的多连通表面，该长半径至少和该短半径一样长；绝缘导体装置，其围绕着和沿着所述多连通表面按第一绕组方向以第一角向周边绕组图型从第一结点到第二结点延伸，所述绝缘导体装置还围绕着和沿着所述多连通表面按和第一绕组方向相反的第二绕组方向以第二角向周边绕组图型第二结点到第一结点延伸，从而使第一第二角向周边绕组图型相互是逆缠绕的并且构成单条围绕着和沿着所述多连通表面的循环导电通路；以及电气上分别和第一和第二结点连接的第一和第二信号端子。10.权利要求9的电磁天线，其中所述多连通表面是环形表面。11.权利要求9的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包括单根构成单条循环导电通路的绝缘导体。12.权利要求9的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包括从第一结点到第二结点延伸的第一绝缘导体和从第二结点到第一结点延伸的第二绝缘导体。13.权利要求9的电磁天线，其中所述信号端子传导具有额定运行频率的天线信号；并且其中所述绝缘导体装置的长度在各个角向周边绕组图型中约为所述额定运行频率的遵导波长的一半。14.一种电磁天线，包括：一个具有长半径和短半径的多连通表面，该长半径至少和该短半径一样长；绝缘导体装置，其围绕着和沿着所述多连通表面按第一螺旋螺距方向沿第一大体螺旋型的导电通路从第一结点到第二结点以及从第二结点到第三结点延伸；所述绝缘导体装置还围绕着和沿着所述多连通表面按和第一螺旋螺距方向相反的第二螺旋螺距方向沿第二大体螺旋型的导电通路从第三结-->点到第四结点以及从第四结点到第一结点延伸，从而使第一和第二大体螺旋型的导电通路相互是逆缠绕的并且构成单条围绕着和沿着所述多连通表面的循环导电通路；以及电气上分别和第二及第四结点连接的第一和第二信号端子。15.权利要求14的电磁天线，其中所述多连通表面是环形表面。16.权利要求14的电磁天线，其中所述绝缘导体装置包括单根构成单条循环导电通路的绝缘导体。17.权利要求14的电磁天线，其中所述绝级导体装置包括一根从第一结点到第二结点以及从第二结点到第三结点延伸的第一绝缘导体，并包括一根从第三结点到第四结点以及从第四结点到第一结点延伸的第二绝缘导体。18.权利要求14的电磁天线，其中第一和第三结点分别大体上径向与第二和第四结点相对。19.权利要求14的电磁天线，其中所述信号端子传导具有额定运行频率的天线信号；并且其中所述绝缘导体装置在各条大体螺旋型导电通路中的长度约为所述运行频率的遵导波长的一半。20.一种带...

【专利技术属性】
技术研发人员：库特·L·万沃海斯，
申请(专利权)人：西弗吉尼亚大学，
类型：发明
国别省市：