专利名称：螺旋型天线的制作方法
本申请要求1999年8月31日在日本专利局申请、分配号为11-246433、题为“螺旋型天线”的专利申请的优先权，这里把该申请的内容包括进来，以供参考。
本发明总的说来涉及一种天线特别是螺旋型天线的结构。
卫星电话地面基地台(以下简称卫星电话)经常采用圆极化过的电磁波的BS(广播卫星)天线。这类天线为了从太空中的多颗卫星获取无线电波需要在广角范围内有均匀的天线增益。图6示出了天线方位图中的天线增益。图6要求天线31的天线方位图中垂直于地面方向的天线增益G1应与大约60度小仰角下的天线增益G2大致相等。由于在广角范围内天线增益均匀，因而无论卫星32处在什么位置天线31都能取得几乎不变的天线增益，从而可以用卫星32进行高质量的通信。
鉴于卫星通信通常采用圆极化过的电磁波进行，因而除螺旋型天线外一般采用锥形天线、接插式天线和锥形螺旋天线。日本专利公报5-251921公开了一种锥形螺旋天线，这里把该专利的内容包括进来，以供参考。该专利的锥形螺旋天线是蚀刻绝缘圆锥体上的铜膜形成螺旋形线圈制取的，这样可减小天线的体积和扩大天线的工作频带。但由于锥形天线、接插式天线和锥形螺旋天线都很贵，因而一般采用螺旋型天线，特别是四线式螺旋型天线，为的是缩短天线的长度。最近，装有卫星电话或卫星通信流动电话的四线式螺旋型天线的汽车已广泛投入使用。图7示出了装有四线式螺旋型天线的汽车。
然而，四线式螺旋型天线与其它天线相比，要提高小仰角下的天线增益更困难。因此，卫星处在小仰角位置时，卫星电话不可能进行高质量的通信。此外，四线式螺旋型天线如图7中所示附在汽车车架(或铁板)上时，车架起天线接地板的作用。就是说，无线电波到达天线时，天线上出现感应电压，因而会从天线发射出再发射的电磁波，作为天线电流的零相序电流会在车架上流动，有可能使天线装置的天线方位图或天线方位图的垂直轴比出现混乱，从而难以在广角范围内得到均匀的天线增益，引起通信上的差错。
因此，本发明的目的是提供一种结构简单、即使在小仰角下也能得到均匀的天线增益、且天线方位图即使在天线装在汽车车架上时也不会受影响的四线式螺旋型天线。
为达到上述和其它目的，本发明提供了一种供与卫星通信的螺旋型天线。这种螺旋型天线包括一个介于天线体与卫星终端之间的圆锥体，圆锥体的至少一个表面由金属制成，天线体向卫星发送和从卫星接收无线电波，卫星终端向天线体发送和从天线体接收无线电波。圆锥体反射天线体的无线电波。通过将圆锥体配置在天线体与卫星终端之间，可以有效地将天线体的无线电波反射到圆锥体上，从而得出所要求的天线方位图。
最好是，天线体上以螺旋形式形成有天线导线，圆锥体以一定角度形成锥形，从而均匀反射天线体的无线电波。圆锥体固定在天线体的一端，以使圆锥体的锥角相对于天线体的轴线均匀配置。这样做可以使天线增益即使在较小的仰角下也保持不变。
圆锥体的锥角最好取得使天线体的天线方位图的天线增益即使在与水平线成30度左右的仰角下也不小于预定值。就是说，通过选取圆锥体的最佳锥角可以使天线增益即使在与水平线形成的仰角小到30度左右时也几乎不衰减。在这方面，若锥角相对于圆锥体的虚拟轴线取30度，天线增益也可以不衰减到5分贝以下。
圆锥体的锥角最好取得使天线的无线电波在螺旋型天线附在地面上时也不反射到地面上。就是说，以一定角度形成锥形的圆锥体有效地反射了天线体的无线电波。因此，即使当螺旋型天线装在汽车的车架上时，天线的无线电波的零相序电流也会在车架上流动，从而避免了天线的方位图混乱。此外，通过确定一定天线增益所需要的锥角，可以使天线的无线电波同时反射，解决了接地问题。
天线体和圆锥体最好形成一个整体，圆锥体的锥形部分敷有通过升华逸散到其上的金属，这样做可以提高生产率。
最好是，通过在绝缘棒上蚀刻、印刷或焙烧来制取包括一定图形配线的天线导线，这样做可以进一步提高生产率和降低成本。此外，通过将本发明应用于四线式螺旋型天线，可以更有效地保持天线增益和解决接地问题。
结合附图阅读下面的详细说明可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中图1A是本发明一个实施例的附在形成圆柱体的杆上的一个四线式螺旋形天线的侧视图；图1B是图1A所示四线式螺旋型天线的底视图；图2是一般四线式螺旋型天线的电路图；图3A是装有一般四线式螺旋型天线的卫星电话的示意图；图3B是装有本发明一个实施例的附在形成圆柱体的杆上的四线式螺旋型天线的卫星电话的示意图；图4是在一般四线式螺旋型天线的天线方位图上测出的天线增益数据的示意图；图5是本发明一个实施例的在形成圆柱体的杆上的四线式螺旋型天线的天线方位图上测出的天线增益数据的示意图；图6是天线的天线方位图中天线增益的示意图；图7是装有四线式螺旋型天线的汽车的示意图。
下面参看
本发明一个最佳实施例的四线式螺旋型天线。下面的说明中，那些周知的功能或结构只会使本发明在不必要的细节方面变得模糊，因而这里不再详述。
首先，简单介绍一下现行的四线式螺旋型天线。
图2示出了一般四线式螺旋型天线的电路图。四线式螺旋型天线包括四个天线元件1至4，各天线元件的空间相位差为90度；平衡电路5和6，用以匹配天线元件1至4的阻抗；1/2除法器7，向一对天线元件1和2及另一对天线元件3和4分配信号；和90度移相器，用以将天线的相位移位90度。1/2除法器7接诸如卫星电话之类的终端。此外，天线元件1至4长为(λ/2)+(λ/4)，其中入为发送和接收的无线电波的波长。由于四线式螺旋型天线的工作过程是本技术领域周知的，因此不再赘述。
图1A示出本发明一个实施例的附在圆柱形杆上的四线式螺旋型天线的侧视图，图1B示出图1A四线式螺旋型天线的底视图。
更具体地说，图1A示出了图2的四线式天线元件1至4呈螺旋形绕制成四线式螺旋型天线的情况。鉴于图2的其它各部分与发明不直接相关，因而在图1A中没有示出。
参看图1A。天线部分11是在绝缘(例如塑料)圆柱体12上呈螺旋形蚀刻四螺旋型元件13而制成的。在本发明的一个实施例中，图2的4个天线元件1至4的长度都是(λ/2)+(λ/4)，呈螺旋形的蚀刻图形在天线部分11的表面上形成。在本发明的这个实施例中，天线部分11长为0.59λ，直径为0.093λ。此外，形成螺旋形元件13的方法并不局限于上述方法。举例说，螺旋形元件13的结构可以是印刷或焙烧形成的那一种、绕制导线形成的那一种或模塑树脂中含螺旋形导电层的那一种。
在天线部分11的底部形成锥形杆圆柱体14。杆状圆柱体14是为反射天线的无线电波而设的，可用金属制成，也可用树脂或陶瓷制成，并通过升华使金属逸散到其表面上。在此实施例中，树脂管15供抽出从天线部分11提出的同轴电缆，它与杆状圆柱体14形成一体，而金属通过升华逸散到锥形杆圆柱体14的表面上。
杆状圆柱体14为空心的圆锥体，相对于虚拟垂直中心线呈±30°的锥形，从其虚拟顶端算的高度超过0.3λ。杆状圆柱体14的底部表面制成使其不难附在卫星电话或汽车车架上，以便将从天线中心管15拉出的同轴电缆连接到终端上。此外，在本发明的这个实施例中，平衡电路和各种连接元件配置在空心的杆状圆柱体14中，以充分利用空间。
在附在杆状圆柱体14上的四线式螺旋型天线中，天线电流反映在杆状圆柱体14的锥形表面上，从而即使相对于垂直方向有±60°的情况下，也可以获得几乎不变的天线增益。就是说，在相对于垂直方向的整个120度角范围内，即，即使在相对于垂直方向有60度和300度角的情况下(即，即使在相对于水平方向有30度小仰角的情况下)，也能获得几乎均匀的天线增益。因此，当卫星电话采用附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线时，即使在小仰角的情况下也能提高发送和接收的无线电波的辐射方向性，从而保证高质量通信。
图3A示出了装有普通四线式螺旋型天线的卫星电话，图3B示出了装有本发明一个实施例的附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线的卫星电话。在图3A所示的一般四线式螺旋型天线21装在卫星电话上的情况下，天线增益在相对于水平方向为30度左右的仰角下(见图4)，降低了几分贝。但在图3B所示的本发明附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线23装在卫星电话22上的情况下，天线增益即使在相对于水平方向有30度左右的小仰角下，受到杆状圆柱体天线的无线电波的反射作用，也几乎不衰减(见图5)。
此外，在如图7所示的附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线装在汽车车架上的情况下，螺旋型天线即使在小仰角下且天线的无线电波反射到杆状圆柱体上的情况下，也保持均匀的天线增益。这样，零相序波在汽车车架上流动，因而避免了无线电干扰。
以下说明附在图1的杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线通过实验测定出的天线增益。所测定的无线电波其频率为1.995吉赫，波长为λ=150纳米。图4示出了一般四线式螺旋型天线的天线方位图上测出的天线增益数据，图5示出了本发明一个实施例的附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线的天线方位图上测出的天线增益数据。图4和图5中，各同心圆表示天线增益(分贝)的标度(或分度)，其中一个标度表示5分贝，并且里面的圆有更大的衰减。
此外，就各同心圆的角度而论，垂直位置为0度，一个标度为30度，因此90度和270度表示水平方向。现在谈谈60度与300度(即与水平方向成30度的仰角)之间的120度范围的天线增益。就是说，测定与垂直方向成60度(即与水平方向成30度的仰角)处的天线增益是否低于5分贝(即低于从最外圈起的第一个标度)。
可以看到测出的数据有两种。这是因为图1A所示两对天线元件的极化波是在合成之前测定的。由于卫星终端合成极化波，因而它通过读取两数据值的平均值来确定天线增益。
在图4的一般四线式螺旋型天线中，天线增益比60度和300度角处的5分贝标度衰减2分贝。因此，卫星位于大约60度的位置时，通信质量降低。
但在图5的附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线中，天线增益在60度和300度角处仍然为5分贝标度，因此在整个120度的宽角范围内天线增益几乎保持不变，从而即使在与水平方向成30度的小仰角下也能进行高质量的卫星通信。
综上所述，本发明的附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线即使在与水平方向成30度的小仰角下也能得出一定的天线方位图，且能维持天线增益不变，因此用在卫星电话上时，这种新型四线式螺旋型天线即使卫星位于小仰角下也能进行高质量的通信。此外，这种新型螺旋型天线装在汽车车架上时，可以获得所要求的天线方位图，避免了汽车车架引起的接地效应，从而避免了可能发生的通信上的差错。
上面已就本发明的最佳实施例介绍和说明了本发明，但不言而喻，在不脱离本发明所附权利要求书中所述的精神实质和范围的前提下，本技术领域的行家们是可以在形式和细节上进行种种修改的。举例说，虽然上面是就四线式螺旋型天线来说明本发明的，但本发明即使应用到不同类型的螺旋型天线上也可取得同样的效果。
综上所述，在附在杆状圆柱体上的新型四线式螺旋型天线中，按一定角度形成锥形的杆状圆柱体能有效反射天线的无线电波，从而可得出理想的天线方位图，而天线增益即使在与水平方向成大约30度的小仰角下也几乎不衰减。因此，将体积较小的四线式螺旋型天线装在卫星电话上，即使卫星位于小仰角的位置也可进行高质量的通信。此外，在附在杆状圆柱体上的四线式螺旋型天线装在汽车车架上的情况下，杆状圆柱体起反射天线的无线电波的作用，避免了天线的零相序电流在汽车车架上流动。
此外，附在杆状圆柱体上的新型四线式螺旋型天线制成使汽车高速行驶时可以减低风压阻力，因而可以减小高速行驶期间天线的风阻声。此外，将天线附到汽车车架上的器件结构简单且体积小，因此可提供价廉的天线。
权利要求
1．一种螺旋型天线，供与卫星通信用，其特征在于，它包括一个介于天线体与卫星终端之间的圆锥体，圆锥体的至少一个表面由金属制成，天线体向卫星发送和从卫星接收无线电波，卫星终端向天线体发送和从天线体接收无线电波，圆锥体反射天线体的无线电波。
2．如权利要求1所述的螺旋型天线，其特征在于，天线体上以螺旋形式形成有天线导线，圆锥体以一定角度形成锥形，从而均匀反射天线体的无线电波，所述圆锥体固定在天线体的一端，以使圆锥体的锥角相对于天线体的轴线均匀配置。
3．如权利要求2所述的螺旋型天线，其特征在于，圆锥体的锥角取得使天线体的天线方位图的天线增益即使在与水平线成30度左右的仰角下也不小于预定值。
4．如权利要求3所述的螺旋型天线，其特征在于，圆锥体的锥角取得使天线体的无线电波在螺旋型天线附在地面上时也不反射到地面上。
5．如2至4任一权利要求所述的螺旋型天线，其特征在于，天线体与圆锥体形成一个整体，圆锥体的锥形部分敷有通过升华逸散到其上的金属。
6．如2至4任一权利要求所述的螺旋型天线，其特征在于，天线导线包括通过在绝缘棒上蚀刻、印刷或焙烧形成的图形配线。
7．如权利要求5所述的螺旋型天线，其特征在于，天线导线包括通过在绝缘棒上蚀刻、印刷或焙烧形成的图形配线。
8．如1至4任一权利要求所述的螺旋型天线，其特征在于，螺旋型天线为四线式螺旋型天线。
9．如权利要求5所述的螺旋型天线，其特征在于，螺旋型天线为四线式螺旋型天线。
10．如权利要求6所述的螺旋型天线，其特征在于，螺旋型天线为四线式螺旋型天线。
11．如权利要求7所述的螺旋型天线，其特征在于，螺旋型天线为四线式螺旋型天线。
全文摘要
一种结构简单的四线式螺旋型天线,在小仰角下也有均匀的天线增益,其天线方位图即使天线装在汽车车架上也不受影响。该天线至少有一个表面为金属的圆锥体,设在天线体与卫星终端间,天线体向卫星发送或从其接收无线电波,卫星终端向天线体发送或从其接收无线电波。圆锥体反射天线体的无线电波。天线体上有螺旋形的天线导线,圆锥体以一定角度形成锥形以均匀反射天线的无线电波。圆锥体固定在天线体一端使其锥角相对于天线体轴线均匀配置。
文档编号H01Q11/08GK1287393SQ00126888
公开日2001年3月14日 申请日期2000年8月31日 优先权日1999年8月31日
发明者满井勉 申请人:三星电子株式会社