專利名稱：天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1前序部分所述的天線。
背景技術：
現今已知若干種類型的天線，可以根據諸如接收圓極化的線性的能力之類的許多 特征來對它們進行分類。一般而言，天線包括三個基本元件生成由天線發射的電磁場(即 無線電信號)的輻射器(radiator)、反射器和一個或多個修正這樣的場以使天線更具方向 性(directive)的導向器(director)。^gi-Uda天線允許接收和發射線性極化的電磁場； 這些天線裝備有適于生成這樣的場的輻射器(例如λ /2偶極子(dipole)或彎曲(bent)偶 極子)和適于接收線性極化(即線性極化電場)的直線形導向器(通常為金屬棒)。這種天線 從專利申請GB 2406971中已知，該專利申請描述了天線，這些天線的導向器是放在天線懸 臂(boom)上的金屬棒，或者是具有插入在非傳導性(dielectric)外殼中并以十字形圖案 從其中出來的金屬棒的X形元件。作為替代，Yagi環狀天線可以接收具有橢圓極化或圓極 化的無線電波，并且其特征在于具有圓形橫截面的環形輻射器和導向器。在導向器的數量、 提供至輻射器的功率以及天線的長度相等的情況下，該第二類型的天線通常更具方向性并 提供了比^gi-Uda天線更寬的帶寬。然而，Yagi環狀天線具有如下缺點不可能在水平極化無線電信號和垂直極化無 線電信號之間進行區分。
發明內容
本發明的目的是提供一種替換現有技術的天線。特別地，本發明的主要目的是改進用于接收線性極化信號的已知天線的方向性和增益。通過合并所附權利要求書中陳述的特征的天線實現了這些目的，所附權利要求書 旨在作為本說明書的組成部分。本發明基于如下思想，S卩，使用能夠生成和接收線性極化電磁場(即無線電信號) 的輻射器，以及使用適于接收具有橢圓極化或圓極化的電磁場的導向器。所述導向器具有旨在接收圓極化的體，所述體在天線的操作頻率內是傳導的 (conductive)，所述傳導體使得其在與天線的最大增益方向正交的平面上的投影包圍 (enclose)所述平面的有限部分。例如，所述投影可以是環狀物(具有圓或橢圓的形狀)，或者更一般地，其可以是至 少在一個點往回靠攏(close back)到其自身的圖形，比如套索(noose)。事實上，申請人完成的測試已經示出，這種類型的導向器增大了天線的增益，即使 所述輻射器被用于生成或接收線性極化的電磁場。有利地，天線的導向器元件可以包括螺旋元件，該螺旋元件具有平行于天線的最 大增益方向或與該方向一致的螺旋旋轉軸。這個解決方案提供了天線的組裝過程被簡化以及天線在機械上更堅固的優勢。
根據下面的以非限制性實例提供的描述和附圖，本發明的其他目的和優點將變得 清楚明白，在附圖中
圖1示出了根據本發明第一實施例的天線的兩個透視圖； 圖加和2b示出了可以在圖1的天線中使用的輻射器的兩個實例； 圖3a-3d示出了根據本發明的天線的導向器元件的一些可能形狀； 圖4示出了根據本發明第二實施例的天線；
圖5a-5i示出了根據本發明的天線的反射器柵格(grid)的一些可能形狀； 圖6示出了根據本發明第三實施例的天線；以及 圖7示出了包括根據本發明的兩個天線的天線陣列。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明第一實施例的天線1。天線1被設計為接收和發射UHF頻帶(band)內的線性極化的無線電信號。天線1包括支持(support)元件2，其在圖1的實例中是棒(在工業界中被稱為“懸 臂”)，在其上安裝輻射器3、導向器4和反射器5。天線1還提供有配件(fitting) 6，可以 通過該配件6將天線1安裝到桿(pole) 7上。在圖1的實例中，圖加中所示的輻射器3是雙錐形(biconic)偶極子并可以生成 和接收線性極化的無線電信號。圖加中所示類型的輻射器例如是安裝在由Fracarro Radioindustrie S. p. A出 售的BLU420F天線上的那些輻射器，并且包括導體31，其典型地為金屬棒或板，其被以形成 類似雙錐形結構的雙須(two-whisker)結構的方式彎曲。輻射器3還配備有在外殼32內部放置的巴倫(balim)，其允許輻射器3的阻抗適 于天線將例如通過由附圖標記33指代的連接器F連接到的同軸電纜的阻抗。借助于巴倫，天線接收交變電壓信號，該交變電壓信號然后被傳送至導體31，在該 導體31中創建了時變電荷分布，以便生成線性極化的電磁場，即將被發射的無線電信號。相反地，當天線用在接收中時，所接收的電磁場在導體31中產生時變電荷分布， 即然后通過巴倫被傳送至同軸電纜的電流。輻射器3還裝備有配件34，該配件34用于其到天線懸臂2的連接。輻射器的選擇不具約束性，只要輻射器適于生成并接收線性極化；因此，也可以使 用其他類型的輻射器，例如圖2b中所示的那個輻射器。圖2b示出了一種彎曲的輻射器，其 中導體31是以某種方式彎曲以形成“蝴蝶”外形的棒。這種輻射器例如安裝在由Fracarro Radioindustrie S. p. A 出售的 TAU15/45 天線上。盡管天線1被設計成接收和發射線性極化的無線電信號，(除了線性極化的信號之 外)導向器4還可以接收具有圓極化或橢圓極化的電磁場的無線電信號。如已知的那樣，在具有圓極化或橢圓極化的場的情況下，電場可以被分解為兩個 偏移(offset)正交的(水平的和垂直的)矢量分量，以便最后得到的場的方向隨著時間改變。因此，能夠接收具有圓極化或橢圓極化的場的每個導向器元件4可以在任何時刻 接收最后得到的電場的這兩個分量。在圖1的實例中，天線包括六個導向器4，每個導向器都包括圓形金屬環狀物。每個導向器4借助于非傳導性錨定元件41被固定至懸臂2，在圖1的實例中，該非 傳導性錨定元件41將懸臂2保持在由導向器4的周界限定的區域內。可替換地，導向器4可以以使得懸臂保持在由導向器4的周界限定的區域外部的 方式來安裝。一般而言，導向器4以使得其幾何中心沿著匹配天線的最大增益方向的軸對準的 方式安裝。錨定元件41優選地包括夾鉗(clamp)，該夾鉗允許錨定元件41容易地安裝在所述 懸臂上并且隨后可以例如借助于螺絲釘緊固所述夾鉗。如已知的那樣，導向器4在懸臂2上的位置取決于將從天線1獲得的增益和回波 損耗值，而導向器的維度與由天線1接收的頻帶密切相關。對于接收UHF頻帶信號(470MHz-862MHz)的天線，導向器可以有利地包括以彼此 間的距離約為IOcm的方式布置的直徑大約為IOcm的圓形環狀物，其中輻射器定位為距離 反射器約20cm且距離最近的導向器約5cm。在圖1的實例中，天線被設計為接收UHF頻帶信號；所述元件沿著懸臂的布置已如 下進行了優化
-輻射器3定位為與(二面類型的)反射器5安裝在懸臂2上的點的距離Cl1為20cm， -第一導向器定位為與輻射器的距離d2為5cm， -第二導向器定位為與第一導向器的距離(13為11cm， -第三導向器定位為與第二導向器的距離d4為8cm， -第四導向器定位為與第三導向器的距離d5為9cm， -第五導向器定位為與第四導向器的距離d6為9cm， -第六導向器定位為與第五導向器的距離d7為9cm。通過使用直徑為IOcm的導向器，如此優化的天線具有匹配懸臂的縱軸的最大增 益方向；在感興趣的UHF頻帶中，它在整個頻帶上具有12dBi (在470MHz處)和15dBi (在 862MHz處)之間的增益和低于-14dB的回波損耗。盡管在圖1的實例中，導向器包括圓形金屬環狀物，但是這個形狀不認為是限制 性的；事實上，不同的形狀也是可能的，如在圖3a_3d中以實例方式示出的那樣。在所有情況下，為了接收給定頻帶內的圓極化信號，所述導向器包括至少一個體， 所述體在該頻帶內是傳導的，并且以使得所述體在與輻射器的最大增益方向正交的平面上 的投影包圍所述平面的有限部分的方式定形。因此導向器4可以具有螺旋形狀，如圖3a中所示，并優選地以使得螺旋軸平行于 天線的最大增益方向或與該方向一致的方式安裝在懸臂上。因此當如此安裝的螺旋被投影到與最大增益方向正交的平面上時，獲得了環狀 物，即包圍平面部分的圖形。要是所述螺旋具有未與最大增益的軸正交的傾斜軸，那么所述螺旋在與最大增益的軸正交的平面上的投影將會是曲線，該曲線包括彼此連接的一連串套索，每個套索是包 圍有限平面部分的圖形。作為替換，導向器4可以具有多邊形的形狀，例如六邊形(圖北)或八邊形(圖3c)。同樣，在另一個實施例中，導向器4可以具有橢圓形狀(圖3d)。優選地，將所述導向器轉角(corner)(如果有的話，例如圖北和3c)被修圓(round off)。導向器4優選地包括例如金屬片圓筒或金屬棒的單件金屬體。可替換地，導向器4可以包括多個焊接在一起或借助于(例如金屬夾鉗)接合的金 屬元件。可替換地，導向器4還可以包括具有金屬覆蓋(例如鋁箔)的絕緣芯(例如由塑料制 成)。所述傳導體還可以包括電容器，例如平面(flat - faced)電容器，它是天線在其 中操作的頻率帶內的閉合電路。以此方式，所述體在感興趣的頻率帶中是傳導的，即使它的 一部分包括非傳導性材料。如果導向器4是閉合的環狀物，如圖!3b-3d所示，那么其優選地以使之位于與天 線的最大增益方向正交的平面中的方式來安裝。此外，安裝在相同懸臂上的導向器優選地 以使得其幾何中心沿著平行于天線的最大增益方向的軸對準的方式布置，從而增強天線增益。天線反射器5可以或者是二面的(如圖1中所示)或者是平的。在圖1的實例中，反射器5是包括兩個金屬柵格51的結構，所述兩個金屬柵格51 布置在懸臂的相對側上，以便對應于二面角的面。所述柵格安裝在支持結構52上，該支持 結構52的特征在于柵格插入在其中的合適的狹槽53中。當安裝在結構52上時，柵格51 與水平平面(即與圖1的輻射器3的最大增益方向)形成60°的角θ。在圖4中示出了具有正方形平反射器的天線的實例，其中圖1的相同附圖標記指 代同樣的或等價的項目(item)。圖4的天線具有被用作圖1的雙錐形偶極子輻射器的替代的彎曲偶極子輻射器3 (圖2b)和包括垂直(即垂直于輻射器的最大增益方向)安裝的單個柵格51的平反射器。可替換地，平反射器可以借助于兩個或更多個布置在懸臂的相對側上且位于與之 正交的一個平面中的柵格來獲得。圖5a_5f示出了可以用于根據本發明的天線中的(平的或二面的)反射器的柵格 51的一些可能實施例；具體說來
在圖5a中，柵格51具有橢圓形狀 在圖5b中，柵格51具有八邊形的形狀 在圖5c中，柵格51具有六邊形的形狀 在圖5d中，柵格51具有圓形形狀 在圖5e中，柵格51具有五邊形的形狀 在圖5f中，柵格51具有矩形的形狀。不管是平的還是二面的，所述反射器都可以被提供為完全由以十字形圖案布置的 金屬元件構成(如圖5a_5f所示)的柵格，或者它也可以包括非傳導性元件。
在圖5g_5i (所謂的“管”解決方案)的實例中，柵格51由多個(實心或中空的)金 屬棒討制成，所述金屬棒討彼此平行地安裝在包括金屬的中心豎直體(upright) 55和由 金屬材料或非傳導性材料制成的兩個側豎直體56的結構上。所述棒的數量、維度和間隔可以改變以便改進天線的方向性和增益；在圖5g的實 例中，所述反射器柵格包括七根棒；在圖證中，有五根棒；在圖5i中，有三根棒。在圖5g_5i的實例中，所述柵格在將更靠近于安裝位置中的懸臂的部分(在這些 圖的下部)中更密集(即棒更緊密地在一起)；這提供了改進天線的前向/后向比率的效果。而在圖5g和證中，側豎直體56包括金屬板，在圖5i中，以棒53固定于其中的非 傳導性外殼的形式提供側豎直體56。根據上面的描述本發明的優勢是清楚明白的，因此清楚的是，本領域技術人員可 以對其進行許多變化，而不背離本發明的保護范圍。例如，天線可以包括多個安裝在一個或多個支持元件上的、具有不同形狀(例如螺 旋環狀物和圓形環狀物)的導向器。安裝在相同棒上的導向器，甚至在具有不同形狀時，優選地以使得各自中心沿著 平行于天線的最大增益方向或與該方向一致的軸對準的方式對準。同樣，輻射器可以是任何能夠生成和接收線性極化電磁場的設備，例如，它可以包 括一對以V圖案對稱布置的導體(這個解決方案也被稱為雙V或扇形天線)，以便獲得兩個 半波偶極子。而且，輻射器3可以不直接安裝在懸臂上。這是例如圖6中所示天線的情況，其中 單個輻射器3放置在兩個懸臂加和2b之間，每一個配備有各自的導向器如和4b，在圖6 的實例中，其數目為每懸臂十個。圖6的輻射器3以使得最大增益方向是平行于兩個懸臂加和2b的直線的方式來 安裝。圖6的天線包括單個反射器5，該反射器5的大小適合于覆蓋輻射器3以及兩個懸 臂加和2b ；反射器5是二面類型的，其中兩個柵格51安裝在提供于兩個懸臂加和2b上 的兩個支持結構5 和52b上。為了使懸臂處于適當的位置并且同時支持輻射器3，圖6的天線包括三個非傳導 性橫檔(crosspiece) 8、9和10，它們使懸臂2a和2b彼此平行。橫檔9支持輻射器3，橫檔10通過配件61將懸臂連接至桿7，并且橫檔8通過防止 兩個懸臂加和2b之間的任何相對移動(例如由風引起的)來使天線的整體結構變得緊固。此外，清楚的是，上述發明也可以應用于天線陣列，這意味著一組天線具有公用的 反射器。圖7中示出了天線陣列的實例，其中所述陣列包括兩個天線，每個天線提供有安 裝在兩個相應懸臂加和沘上的導向器如和4b以及它自己的輻射器3a和北。圖7的陣列使用兩個天線所公用的單個反射器5。
權利要求
1.用于接收和發射頻帶內的無線電信號的天線(1)，其包括適于輻射所述頻帶內的 線性極化無線電信號的輻射器元件(3)；支持元件(2)；以及至少一個安裝在所述支持元件 (2)上并包括體的第一導向器元件(4)，所述體在所述頻帶內是傳導的，其特征在于，所述體 在與天線的最大增益方向正交的平面上的投影包圍所述平面的有限部分。
2.根據權利要求1所述的天線，其中所述傳導體具有螺旋形狀并在平行于所述最大 增益方向的方向上延伸。
3.根據權利要求1所述的天線，其中所述傳導體是環狀物。
4.根據權利要求3所述的天線，其中所述環狀物具有橢圓形狀。
5.根據權利要求3所述的天線，其中所述環狀物具有圓形形狀。
6.根據前述權利要求中任一項所述的天線，其中所述傳導體由金屬制成。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的天線，其中所述體包括具有金屬覆蓋的絕緣-I-H心。
8.根據前述權利要求中任一項所述的天線，其中所述體包括電容器，所述電容器是所 述頻帶內的閉合電路。
9.根據前述權利要求中任一項所述的天線，包括多個導向器元件，其中所述導向器元 件的傳導體的幾何中心沿著天線的所述最大增益方向對準。
10.根據權利要求9所述的天線，其中第二導向器元件具有與所述第一導向器元件的 形狀不同的形狀。
11.根據權利要求9所述的天線，其中所述至少一個導向器元件包括六個導向器元 件，以及其中所述天線還包括至少一個安裝在所述支持元件上的金屬柵格(51)，并且其 中-所述輻射器(3)定位為與所述柵格安裝在所述支持元件(2)上的點的距離(Cl1)為 20cm,-第一導向器定位為與輻射器的距離(d2)為5cm， -第二導向器定位為與第一導向器的距離(d3)為11cm， -第三導向器定位為與第二導向器的距離(d4)為8cm， -第四導向器定位為與第三導向器的距離(d5)為9cm， -第五導向器定位為與第四導向器的距離(d6)為9cm， -第六導向器定位為與第五導向器的距離(d7)為9cm。
12.根據權利要求11所述的天線，其中所述至少一個導向器元件具有以直徑為IOcm 的圓形環狀物的形式提供的傳導體。
13.根據前述權利要求中任一項所述的天線，包括至少一個第二支持元件(2b)和至少 一個安裝在所述第二支持元件(2b)上的第二導向器元件(4b)，其中所述輻射器元件布置 在天線的所述兩個支持元件之間。
14.根據前述權利要求中任一項所述的天線，包括至少一個第二支持元件(2b)、一個 適于輻射所述頻帶內的線性極化無線電信號的第二輻射器(3b)、以及至少一個第二導向器 元件(4b)，其中所述第二輻射器元件(3b)和所述第二導向器元件(4b)安裝在所述第二支 持元件(2b)上。
15.根據前述權利要求中任一項所述的天線，其中所述至少一個導向器元件適于在任何時刻接收具有圓極化或橢圓極化的電磁波的電場。
全文摘要
本發明涉及一種用于接收和發射某一頻帶內的無線電信號的天線(1)。該天線(1)包括能夠輻射所述天線的操作頻帶內的線性極化無線電信號的輻射器元件(3)。后者還包括支持元件(2)和至少一個安裝在所述支持元件上的第一導向器元件(4)。該導向器元件包括體，所述體在天線的操作頻帶內是傳導的。所述體的形狀使得其在與天線的最大增益方向正交的平面上的投影包圍有限的平面部分。
文檔編號H01Q19/30GK102067382SQ200980122646
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月9日 優先權日2008年6月17日
發明者里蓋托 L., 巴爾比拉托 W. 申請人:弗拉卡羅無線電工業有限公司