近距离用天线以及这种天线的用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及高频技术领域，尤其是近距离用天线(比如用于射频识别的天线)。此夕卜，本发明还涉及这种天线的使用。
【背景技术】
[0002]本发明所指概念“近距离应用”，主要包含借助天线通过小于5米、尤其是小于I米的距离传输电磁能量和/或电磁信号的应用场合。不过上述传输距离通常大于0.01m，尤其是大于0.05m。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于实现能量和/或信息的无线可靠传输，尤其是以简单的方式实现短距离传输。
[0004]按照本发明的第一个方面，上述目的通过符合以下特征的天线完成:包含长形两极导体结构，该导体结构带有内导体和以同轴形式围绕内导体的外导体，其中导体结构的第一末端作为连接端连接发射器和/或接收器(用于由天线发射或者从天线接收的天线信号)，在导体结构的第二末端设计了与内导体相连接的内导体延长段，内导体延长段的自由端电容耦合到外导体上。
[0005]通过符合本发明要求的、较为简单的结构，可以按照下面所述以有利方式实现近距离用宽带同轴行波天线。
[0006]在这里，概念“行波”涉及一种在本发明范围内优先选择的天线运行模式，这种运行模式下(比如)在发射时，电磁波从同轴导体结构第二末端沿导体结构向着导体结构第一末端方向返回。
[0007]发射模式下(即当在连接端(第一末端)馈入高频发射信号时)天线的这种工作方式，可以做如下解释:在导体结构第一末端、内导体和外导体之间施加并从而馈入的发射信号，原则上与(比如)传统“同轴线缆”一样沿着同轴导体结构传输至其第二末端。通过第二末端实现的导体结构不连续性，以及内导体末端通过在该位置设计的内导体延长段与外导体实现的电容耦合，导致电磁波作为表面波沿导体结构(在外导体外侧)朝着导体结构第一末端方向返回(如上所述)。
[0008]如果天线在一定程度上集中围绕自身建立电磁场(行波)，但只辐射极少或者根本不辐射电磁能(通过“脱落的”电磁波)，对于许多重要应用场合来说是有利的。这种运行模式被称为“親合模式”。
[0009]根据本发明所述天线“耦合模式”的一种实现形式，可以(比如)进行以下设计:发射模式下由于发射信号馈入到达导体结构第二末端的能量，有超过50 %的部分作为“束缚在导体结构上”的行波从第二末端开始(沿第一末端方向往回)运动。相应地，在这种情况下到达导体结构第二末端的能量中少于50%的部分作为电磁波从天线发射出去。
[0010]作为备选方案或者补充，在本发明所述天线的“耦合模式”中可以(比如)进行以下设计:发射模式下由于在导体结构第一末端(连接端)馈入发射信号而馈入的能量，有超过40%的部分作为束缚在导体结构上的行波从第二末端开始(沿第一末端方向往回)运动。
[0011]本发明所述天线带有一个长形导体结构。这个导体结构可以采用刚性或者柔性形式。也可以既设计至少一个刚性区段、又设计至少一个柔性区段，这些区段共同组成导体结构。长形导体结构长度可以(比如)大于导体结构(最大)横向尺寸(比如直径)的10至50.000倍。
[0012]长形导体结构可以(比如)至少为0.05m，尤其是至少为0.1m。不过上述长度显著更大的应用场合具有特别重要的意义。对于大多数应用场合来说，上述长度最大为200米、尤其是最大为100米即可满足要求。
[0013]在本发明的一个结构形式中，长形导体结构的长度(或者下文所描述信号发射/接收段的长度)至少为按照运行要求所设计行波(如上文所述)波长的两倍、尤其是5倍。
[0014]在一个结构形式中采用了以下设计:当根据运行要求设计的信号频率不超过IGHz时，上述长度最大为相应波长的500倍、尤其是300倍。当工作频率超过IGHz时，根据本发明的一个结构形式上述长度最大为行波相应工作波长的1000倍、尤其是500倍。
[0015]本发明所述天线主要用于400MHz至6GHz范围内的工作频率(发射模式下天线信号的载波频率)。在本发明的一个结构形式中工作频率(比如)位于860至960MHz范围内(对于许多RFID应用来说属于常用频率)。在另一个结构形式中使用I至3GHz范围内的工作频率(比如2.4GHz)。
[0016]内导体和外导体具有导电性(比如用金属制作)。在最简单情况下，内导体具有圆形横截面，外导体具有圆环形横截面。
[0017]内导体和/或外导体也可以不采用圆形横截面，而是采用其他横截面形状，比如矩形、正方形或者椭圆形。
[0018]内导体可以设计为实心或者空心导体。
[0019]在最简单情况下，内导体横截面和/或外导体横截面在导体结构整个长度上相同。
[0020]在径向方向上内导体和外导体之间可以布置电绝缘层或者电介质(包括空气)。可与内导体一样由金属材料制成的外导体之外(径向方向)最好带有绝缘层(比如采用塑料)，这个绝缘层在下文中又被称为“绝缘套”。
[0021]内导体延长段是一个在导体结构第二末端与内导体存在电连接的结构，该结构用于在天线发射模式下从内导体中“输出”能量并将此能量“親合”到外导体中。
[0022]在最简单情况下，内导体延长段是一个电导体，一方面它与内导体相连接，另一方面它的一个自由末端凸出至距离外导体较近的位置，以便实现与外导体的电容耦合。
[0023]在本发明的一个优化设计中，内导体延长段在内导体和外导体之间带有至少一个电容、电感或者电阻元件。
[0024]在一个优化结构形式中，内导体延长段至少部分位于外导体之外。
[0025]在本发明的一个结构形式中，内导体延长段从导体结构第二末端至内导体延长段自由末端，具有至少一个带夹角延伸段和/或至少一个曲线形延伸段。
[0026]在一个结构形式中，内导体延长段的自由末端与外导体外侧实现电容耦合。作为备选方案或者补充，也可以与外导体内侧和/或端面(导体结构末端)进行电容耦合。
[0027]在本发明的一个结构形式中，内导体延长段与内导体连接为一体。在另一个结构形式中，内导体延长段与内导体分开，但与内导体存在连接。
[0028]—个优化结构形式中，在与导体结构第二末端间隔一定距离(从导体结构纵向上看)的位置，比如在外导体的外周(例如围绕绝缘套)，布置有一个表面波衰减装置。
[0029]这种表面波衰减装置的好处是:可以很好地限定上述沿导体结构“返回的行波”的范围。衰减装置的作用是:使到达的返回行波能量至少大部分被吸收。在一个结构形式中，衰减装置带有至少一个环绕外导体外周的铁素体环。尤其可以在导体结构纵向方向上依次布置多个铁素体环，这些铁素体环(相互间存在或者不存在间距)均环绕外导体外周。在一个优化设计中，铁素体环(或者多个铁素体环中的至少一个)可以在导体结构上移动。
[0030]作为与至少一个环绕外导体的铁素体环不同的备选方案或者作为其补充，表面波衰减装置也可以设计为长形两极同轴导体结构中安装的衰减单元，其中包括一个衰减网络(由电容和/或电感和/或电阻元件组成)。
[0031]在本发明的一个结构形式中，表面波衰减装置包含一个外导体接地端。这种接地端可以(比如)通过布置在外导体外周的一个“接地套环”实现。该接地套环可以(比如)设计为包含两个套环半体的分体式结构，安装时将这两个半体相互连接到一起(比如通过螺栓连接)。
[0032]如果设计有表面波衰减装置，则同轴导体结构在整个长度上划分为位于导体结构第一末端和衰减装置之间的“信号引导区段”、和位于衰减装置和导体结构第二末端之间的“信号发射/接收区段”。在本发明的一个优化设计中，信号发射/接收区段内部布置有一个或者多个“不连续点”(对行波有效的波阻抗局部显著偏差)。每个不连续点同样可以(比如)由一个铁素体环(如上文所述)或者类似装置实现。这种优化设计的优点是:可以按照要求的方式影响行波沿导体结构的传播(例如用于“波成形”)。
[0033]如果本发明所述天线长度较大时，可能不再需要安装表面波衰减装置，因为从导体结构第二末端返回第一末端的行波，因不可避免的强度损耗在来到第一末端附近时已经没有太大强度。不过这种情况下在天线的一个或者多个位置设计上述不连续点(比如由铁素体环或者类似装置实现)，也便于有针对性地控制波的传播。
[0034]如上文所述，本发明所指天线的优选应用场合是作为行波天线在“親合模式”下使用。(比如)与天线周围的应答器通信和/或与天线周围的计算机网络部件通信