通過多模式三維(3-d)行波(tw)的超寬帶微型化全向天線的制作方法

專利名稱：通過多模式三維(3-d)行波(tw)的超寬帶微型化全向天線的制作方法
技術領域：
本發明大致涉及射頻天線，且更具體地涉及微型化低剖面超寬帶全向天線。背景全向天線，例如常見的偶極子天線和鞭狀天線，是最廣泛使用的天線。理想情況下的全向天線在天線的中心軸周圍具有統一的輻射強度，其在與中心軸垂直的平面中達到峰值。例如，垂直偶極子是全向天線，在其垂直軸周圍(即，在方位角方向圖中)在任意給定的仰角處具有統一的(不變的)輻射強度，其在水平平面處達到峰值。在一些現代的實際應用中，這類全向天線被加寬以包括那些在仰角跨度內(通常 在地面應用的背景中接近地平線)具有實質上關于垂直軸對稱的寬空間覆蓋的天線。然而，在某些應用中，尤其在數字無線世界中，某個方向性或甚至零方向性可以是可接受的或甚至是優選的。不過，在本公開中的技術提供了在給定的仰角跨度內的實質上統一的方位角方向圖。在仰角方向圖中，一些波束傾斜通常是不可避免的，并且在某些應用中可能是優選的。無線應用的激增對全向天線的更寬的帶寬、更低的剖面、更小的尺寸和重量以及更低的成本設定了越來越苛求的目標。為了實現這些物理的和性能目標，天線工程師必須克月艮 Chu 限制(Chu，L. J.，“Physical Limitations of Omnidirectional Antennas，，，J. Appl.Phys. , Vol. 19, Dec. 1948,其通過引用被并入本文)，Chu限制陳述了天線的增益帶寬由天線的電氣尺寸(即，以波長為單位的尺寸)限制。具體地，在Chu限制下，如果天線應具有良好的效率和相當大的帶寬，其尺寸中的至少一個需要為大約X 74或更大，其中X ^表示最低工作頻率處的波長。在UHF和更低的頻率(低于IGHz)處，波長長于30cm，其中天線的尺寸隨著頻率的降低(因此波長更長)變成越來越嚴重的問題。例如，為了覆蓋高頻帶，比如3-30MHZ，寬帶有效的天線可能必須為高15m和直徑30m那么大。為了避開Chu限制，一種方法是減小天線高度，并用與安裝有天線的平臺的表面平行的較大的尺寸換取它，產生低剖面天線。例如，當天線安裝在諸如手機或地面的平臺上時，平臺變成天線輻射體的一部分，導致滿足Chu限制所需要的天線的更大尺寸。在許多應用中，低剖面和寬帶寬例如“超寬帶”已經成為共同的天線要求。“超寬帶”天線通常意指具有大于2 I的倍頻程增益帶寬，也就是說，fH/fV彡2，其中fH和4是最高的工作頻率和最低的工作頻率。注意，“超寬帶”有時在實踐中意指具有兩個或多個寬頻帶(多頻帶)，且每個頻帶具有足夠寬的帶寬。“低剖面”天線通常意指具有入夕10或更小的高度，其中入[是在4處的自由空間波長。在追求更寬的帶寬和更低的剖面時，發現TW沿著平臺的表面傳播的行波(TW)天線不僅具有固有地更低的剖面，而且具有潛在地更寬的帶寬。(TW天線是產生天線輻射方向圖的場和電流可以由一個或多個TW表示的天線，TW是以某一相速度傳播的電磁波，如在書“Traveling Wave Antennas，，(Walter, C. H. , Traveling Wave Antennas, McGraw-Hill,NY，1965，其通過引用被并入本文)中所討論的，在書中討論了多個低剖面TW天線。)
TW沿著或垂直于平臺的表面傳播的某些行波(TW)天線可不僅具有固有地低的剖面而且具有潛在地寬的帶寬。另外，某些TW天線的場和電流可產生可以由一個或多個TW表示的天線輻射方向圖。圖I示出了現有技術中的全向TW(行波)天線朝更寬的帶寬、微型化和平臺共形性的進展。第一階段從(a)到(b)示出了天線剖面的減小的早期實例。在這里，安裝在平臺上的高剖面鞭狀天線被減小成低剖面傳輸線天線(King, R. ff. P. , C. W. Harrison,Jr 和D. H. Denton, Jr. ,“Transmission-line missile antennas，，，IEEE Transactions onAntennas and Propagation, vol. 8, No. I, pp. 88-90. Jan. 1960,其通過引用被并入本文)。注意，鞭狀天線可以被視為TW天線，且具體地可被視為I維(I-D)法向模式TW天線。實際上，在這里，該技術是使用低剖面I-D傳輸線天線替換高剖面法向模式TW結構或源場，低剖面I-D傳輸線天線是提供類似的全向方向圖覆蓋和像垂直的鞭狀天線一樣的垂直極化的I-D表面模式TW。雖然傳輸線天線中的I-D表面模式TW在與地平面平行(換句話說，與z軸垂直)、的路徑中傳播，但其輻射電流主要在其平行于z軸的一個或多個垂直柱上，從相關的遠場角度看，等效電流在相位上彼此接近。注意，該I-D表面模式TW和其支撐結構不必沿著圍繞z軸的筆直的徑向線。例如，I-D表面TW結構可以在x-y平面中是彎曲和成曲線狀的，只要它的I-D傳輸線模式TW的一般特征保持實質上完整和不受干擾。然而，I-D傳輸線天線固有地是窄帶天線。通常，只實現帶寬的百分之幾。此外，較低的天線剖面導致較小的帶寬。后來開發了呈現越來越寬的帶寬的一些2-D低剖面TW天線，例如盤荷單極天線、葉片天線等，如在圖I的(b)到(C)中所描繪的。其中，藥丸盒形 Goubau 天線(Goubau,G. ,“Multi-Element Monopole Antennas，，，Proc. Army EC0M-AR0,Workshop on Electrically Small Antennas, Ft. Monmouth, NJ, pp. 63-67, May 1976,其通過引用被并入本文)具有2 I的帶寬和高度(厚度)為0.065 X ^的低剖面，與Chu限制最接近。螺旋模式微帶(SMM)天線——一類2-D TW天線——代表在擴展帶寬和降低TW天線的剖面方面中的重要改進，如在出版物(Wang, J. J. H.和V. K. Tripp,“Design of MultioctaveSpiral-Mode Microstrip Antennas，，，IEEE Trans. Ant. Prop, March 1991 ；ffang, J. J. H.,“The Spiral as a Traveling Wave Structure for Broadband Antenna Applications，，，Electromagnetics, pp.20-40，July-August 2000 ；ffang, J. J. H, D. J. Triplett 和C. J. Stevens, “Broadband/Multiband Conformal Circular Beam-Steering Array，，，IEEETrans. Antennas and Prop. Vol. 54, Nol. 11, pp. 3338-3346, November, 2006)和美國專利(在1994年發布的5，313，216 ;在1995年發布的5，453，752 ;在1996年發布5，589，842 ;在1997年發布的5，621，422 ;在2009年發布的7，545，335B1)中所示，它們都通過引用被并入本文。全向模式-OSMM天線已實現了大約10 I的實際倍頻程帶寬，且具有大約0.09入L的天線高度和小于入^/2的直徑。在上面的實施例中，Chu限制設置了具有給定電氣尺寸的有效天線的工作頻率的下限，而不是它的增益帶寬。減小2-D表面TW天線的尺寸的技術是減小傳播TW的相速度，從而減小傳播TW的波長。這導致微型化的慢波(SW)天線(Wang和Tillery，在2000年發布的美國專利號6，137，453，其通過引用被并入本文)，其允許以性能的一些犧牲來換取天線的直徑和高度的減小。
SW天線是TW天線的子類，其中TW是慢波，其具有的相速度的因而產生的減小由慢波因子(SWF)表征。SWF被定義為TW的相速度Vs與光速c的比率，其通過以下關系式給出SffF = c/Vs =入 0/ 入 s(I)其中，c是光速，\是自由空間中的波長，以及As是在工作頻率&處的慢波的波長。注意，工作頻率fo在自由空間中和在慢波天線中都保持相同。SWF指示TW天線在相關的線性尺寸上減小了多少。例如，SWF為2的SW天線意味著其在SW傳播的平面中的線性尺寸被減小到常規的TW天線的尺寸的1/2。注意，對于尺寸的減小，減小直徑而不是高度將有效得多，因為天線的尺寸與天線直徑的平方成比例，但只與天線高度成線性比例。還注意，在本公開中，每當提到TW時，通常包括SW的情況。
隨著無線系統的激增，天線需要具有越來越寬的帶寬、越來越小的尺寸/重量/覆蓋區和平臺共形性，尤其是對于UHF和更低的頻率(即，低于IGHz)。此外，對于具有有限空 間和承載容量的平臺上的應用，大大優于現有技術狀態的體積、重量和通常相應而生的制造成本的減少是非常合乎需要的，甚至在一些應用中明令要求了這種體積、重量和制造成本的減少。附圖的簡要描述圖I示出了全向天線朝寬帶寬、低剖面和微型化的發展的現有技術。圖2示出了安裝在平臺的一般彎曲的表面上的超寬帶低剖面微型化3-D TW天線的一種實施方式。圖3示出了包括2-D表面模式結構和I-D法向模式結構的超寬帶低剖面微型化3-D TW天線的一種實施方式。圖4示出了作為另一模式-OTW輻射體的平面寬帶縫隙陣列的一種實施方式。圖5A示出了作為另一模式-OTW輻射體的正方形平面對數周期縫隙陣列的一種實施方式。圖5B示出了作為另一模式-OTW輻射體的細長平面對數周期結構的一種實施方式。圖6A不出了作為另一模式-OTW福射體的圓形平面正弦結構的一種實施方式。圖6B示出了作為另一模式-OTW輻射體的鋸齒形平面結構的一種實施方式。圖6C示出了作為另一模式-OTW輻射體的細長平面對數周期結構的一種實施方式。圖6D示出了作為另一模式-OTW輻射體的平面對數周期自補結構的一種實施方式。圖7示出了由兩個2-D表面模式輻射體組成的超寬帶低剖面微型化3-D Tff天線的一種實施方式。圖8A示出了用于給圖7的兩個2-D表面模式輻射體饋電的超寬帶雙頻帶饋電電纜的A-A橫截面視圖。圖8B示出了用于給圖7的兩個2-D表面模式輻射體饋電的超寬帶雙頻帶饋電電纜的透視圖。圖8C示出了用于給圖7的兩個2-D表面模式輻射體饋電的超寬帶雙頻帶饋電電纜的底視圖。圖9描繪了超寬帶3-D三模式TW全向天線的一種實施方式。

圖10描繪了可選的超寬帶3-D三模式TW全向天線的一種實施方式。圖11描繪了覆蓋超寬帶和分開的遠隔的低頻率的多模式3-D TW天線的一種實施方式。圖12示出了 3-D多模式TW天線的饋電網絡的等效傳輸線電路的一種實施方式。圖13示出了從兩個輸入端子所測量的圖7中的天線的VSWR，該天線覆蓋在0. 2-20. OGHz內的100 I的倍頻程帶寬。圖14示出了圖7中的天線的典型的所測量的輻射方向圖，該天線覆蓋在0. 2-20. OGHz內的100 I的倍頻程帶寬。本公開的詳細描述本公開示出了使用多模式3-D (三維)TW(行波)的技術以及波耦合與饋電技術，以使帶寬變寬和減小可與平臺共形的全向天線的尺寸/重量/覆蓋區，導致大幅度超越現有技術狀態的物理優勢和電性能。現在參考圖2，描繪了安裝在平臺30的一般彎曲的表面上的3-D (三維)多模式TW(行波)天線10，在識別天線10和它的安裝平臺30之間的相互作用時，尤其是當天線的尺寸以波長計較小時，天線/平臺組件被共同地表示為50。天線被共形地安裝在平臺的表面上，平臺的表面通常是曲線狀的，如在點P由正交坐標以及它們各自的切線向量所描繪的。作為實際問題，天線經常被放置在平臺的相對平坦的區域上，且不必完美地與表面共形，因為TW天線具有它自己的導電地表面。因此，通常選擇導電地表面為規范形狀例如平面、圓柱形、球形或圓錐形形狀的一部分，規范形狀制造起來容易且成本低。在平臺的表面上的任意點P，正交曲線坐標Usl和Us2與表面平行，而Un與表面垂直。在與表面平行(即，與Un垂直)的方向上傳播的TW被稱為表面模式TW。如果表面模式TW的路徑是沿著窄路徑(不一定是線性的或筆直的)，則TW是I-D(—維)的。否則，表面模式TW的路徑將是2-D (2維)的，徑向地且優選地均勻地從饋電器傳播且沿著平臺表面向外輻射，導致具有垂直極化(與Un平行)的全向輻射方向圖。雖然本公開中的討論在發射情況或者接收情況下實現，但對于以互易理論為基礎的這兩種情況，結果和結論都有效，因為這里所討論的TW天線是由線性無源材料和部件制成的。如在圖3中所描繪的，在側視圖和頂視圖中，該3-D多模式TW天線100的一種實施方式包括順序地一個堆疊在另一個的頂部上的導電地平面110、2-D表面模式TW結構120、頻率選擇外部耦合器140和I-D法向模式TW結構160。天線在底部的中心處由饋電網絡180饋電，饋電網絡180伸入2-D表面模式TW結構120中。因為這是一種全向天線，在圖3中的每個元件被配置成具有圓形或多邊形周界的藥丸盒形狀。另外，即使3-D多模式TW天線100的每個元件只被描繪為在圖3中示出的頂視圖中的同心圓形式，每個元件在結構上也關于垂直坐標1對稱，以便產生關于Un對稱的輻射方向圖。所有的藥丸盒形元件都與導電地平面110平行，導電地平面110可以是規范形狀例如平面、圓柱形、球形或圓錐形的表面的一部分。而且，每個TW結構的厚度在電學上是較小的，一般小于0. 1入 其中X,表示最低工作頻率處的波長。此外，雖然優選的2-D TW結構120關于天線的中心軸對稱，但它可以被重新配置成具有細長的形狀以便與某些平臺共形。導電地平面110是固有的和內在的元件，且具有至少與超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構120的底部的尺寸一樣大的尺寸。在一種實施方式中，導電地平面110具有至少覆蓋來自3-D TW天線100的在-Un方向上的平臺上的投影的表面區域，3-D TW天線100的導電地平面110被排除或移除。因為許多平臺的頂表面是由導電金屬制成的，如果需要的話，它們可以直接作為導電地平面110。2-D表面模式TW結構120在直徑上小于入夕2，其中入[是2-D表面模式TW結構120獨自的單獨的工作頻帶的最低頻率處的波長。僅僅2-D表面模式TW結構120的單獨的工作頻帶可以通過使用例如模式-OSMM (螺旋模式微帶)天線來實現10 I或更大的倍頻程帶寬。I-D法向模式TW結構160支持沿著垂直坐標Un的Tff傳播。I-D法向模式TW結構160的功能是擴展2-D表面模式TW結構120的單獨的工作頻率的下限。在一種實施方式中，Tff結構160是具有優化的直徑和高度的小導電圓柱體。作為2-D表面模式TW結構120的一部分的2_D表面模式TW輻射體125可以是在模式0中被激發的平面多臂自補阿基米德螺旋(其中在離垂直坐標Un的任何徑向距離處的等效電流源實質上在振幅和相位上相等并具有在Un作為z軸的球坐標系中的Cp極化)，其 專門適合于該應用。在其他的實施方式中，2-D表面模式TW輻射體125被配置成不同的平面結構，優選地是自補的，如在以后將更詳細地討論的，且在模式0中被激發。值得注意的是，TW輻射體125優選地在2-D表面模式TW結構120的外緣處是開放的，作為有助于全向輻射的附加的環形槽。頻率選擇外部耦合器140是薄的平面導電結構，其被放置在2-D表面模式TW結構120和I-D法向模式TW結構160之間的界面處，且被優化成便于并調整在這些相鄰的TW結構之間的耦合。在2-D表面模式TW結構120的整個單獨的頻帶內(通常超過10 I比率或更大的帶寬且在3-D多模式TW天線100的工作頻率范圍的高端處)，頻率選擇外部耦合器140抑制I-D法向模式TW結構160對2-D表面模式TW結構120的干擾。另一方面，頻率選擇外部耦合器140便于在3-D多模式TW天線100的工作頻帶的低端處的在2-D表面 模式TW結構120和I-D法向模式TW結構160之間的功率耦合。在一種實施方式中，外部耦合器140由導電材料制成，且具有足夠大的尺寸以覆蓋I-D法向模式TW結構160的基部(底部)。同時，外部耦合器140可以被優化成在2-D表面模式TW結構120的整個單獨的工作頻帶內最小化該外部耦合器對2-D表面模式TW結構120的性能的影響以及I-D法向模式TW結構160對2-D表面模式TW結構120的性能的影響。在一種實施方式中，外部耦合器140是圓形導電板，其直徑在上面描述的限制下且對于具體的性能要求來優化。2-D表面模式TW結構120和頻率選擇外部耦合器140的優化對于特定應用的實用性是在期望電性能參數與物理參數以及成本參數之間的折衷。特別是，雖然超寬帶寬和低剖面對于天線可能是合乎需要的特征，但在許多應用中，2-D TW天線的直徑及其與其直徑的平方成比例的尺寸變得不可采用，尤其是在UHF和低于UHF(即，低于IGHz)的頻率處。例如，在低于UHF的頻率處，波長超過30cm，且直徑為\ L/3的天線可能超過IOcm ;任何直徑更大的天線將被用戶否定地看待。因此，對于具有有限空間和承載容量的平臺上的應用，微型化和減小重量是合乎需要的。在一種實施方式中，從天線微型化的角度來看，尺寸減小3到5倍可以通過減小2-D表面模式TW結構120的直徑來實現，同時通過使用1_D法向模式TW結構160保持其在較低頻率處的覆蓋。從擴展頻帶的角度來看，當添加I-D法向模式TW結構160時，簡單的2-D TW天線的10 I倍頻程帶寬在體積和重量有較小增加的情況下被擴展到14 I或更大。此外，作為節約材料的結果，尤其是在UHF和低于UHF的頻率下，成本也跟著減小3-6倍。天線的饋電網絡180由連接器和包括在2-D表面模式TW結構120中的阻抗匹配結構組成，并且阻抗匹配結構是激發表面模式輻射體125中的期望模式-OTW的微波電路。此外，天線饋電網絡180還將一側上的TW結構120的阻抗與另一側上的通常為50歐姆的外部連接器的阻抗匹配。待激發的模式優選地是模式0，但也可以是模式2或更高的模式。用于寬帶阻抗匹配的阻抗匹配結構的理論和技術在可適合于本申請的微波電路的領域中已被很好地建立了。必須指出的是，對于TW的每種模式，阻抗匹配的要求必須被滿足。例如，如果有兩種或多種模式將用于多模式、多功能或方向圖/極化分集操作，對于每一種模式必須滿足阻抗匹配。雖然在如所討論的一種實施方式中，2-D表面模式TW輻射體125采取平面多臂自 補阿基米德螺旋的形式，但一般產生全向輻射方向圖的縫隙陣列在通常高達10 I或更大的倍頻程帶寬的超寬帶寬內具有實質上恒定的電阻和最小電抗。(平面多臂自補螺旋、阿基米德或等角是同心環形縫隙陣列的一種實施方式。)在TW表面模式輻射體125處的在模式-OTW中的輻射來自同心的縫隙陣列，同心的縫隙陣列等效于同心的環形縫隙陣列、磁環陣列或垂直的電單極子陣列。輻射發生在2-D表面模式TW輻射體125的中心處的法向軸Un周圍的圓形輻射區處以及輻射體125的邊緣處。圖4示出了平面2-D TW輻射體225的另一種實施方式，這種實施方式可能在某些應用中是優選的，優于作為TW輻射體125的平面多臂自補螺旋。它由縫隙陣列221組成，縫隙陣列221是同心的縫隙子陣列的陣列；由四個縫隙構成的各個子陣列等效于環形縫隙。陰影區222是維持縫隙的導電表面。圖5A-5B和圖6A-6D示出2_D Tff輻射體225的另外的實施方式。圖5A示出具有縫隙陣列321和作為陰影區的導電表面332的2-D TW輻射體325。此外，圖5B示出具有縫隙陣列421和作為陰影區的導電表面422的2-D TW輻射體425。此外，圖6A-6D分別示出2_D Tff輻射體525、625、725和825的另外的實施方式。雖然2-D TW輻射體125的大部分以及因此TW結構120關于天線的中心軸對稱，但它們可以被重新配置成具有細長的形狀，以便與某些平臺共形。這些配置向具有超寬帶寬能力的2-D表面模式TW輻射體125提供額外的分集和在某些應用中期望的其他獨特特征。具有雙2-D表面樽式TW結構、內部耦合器和雙頻帶饋電網絡的3-DTW天線圖7示出了3-D TW全向天線的另一種實施方式，在這種實施方式中，3-D TW天線1000具有雙2-D表面模式TW結構和頻率選擇內部耦合器，導致具有100 1(例如，0. 5-50. OGHz)或更大的可能的倍頻程帶寬的低剖面、與平臺可共形的天線。它由兩個2-D表面模式TW結構1200和1600組成，它們都基本上與圖3中描述的2-D TW天線120類似。這兩個2-D表面模式TW結構1200和1600被同心地定位，前者(1200)在后者(1600)下方，薄的平面頻率選擇內部耦合器1400在它們之間，且導電地平面1110位于2-D表面模式TW結構1200的下方。在底部處的較大的2-D表面模式TW結構1200覆蓋低頻帶，例如0. 5-5. 0GHz，且較小的(直徑與1200的相比大約為1/10) 2_D TW結構1600覆蓋高頻帶，例如5. 0-50. OGHz或IO-IOOGHz。這兩個2-D表面模式TW結構1200和1600都同時由分別以橫截面視圖、透視圖和底視圖在圖8A、8B和8C中示出的雙頻帶饋電網絡1800饋電，雙頻帶饋電網絡1800的大部分在導電地平面1110的下方和平臺上的導電地平面1100的上方。在可能重疊、連續、之間有大的間隙的這兩個頻帶之間的過渡可能需要通過位于這兩個2-D表面模式TW結構1200和1600之間的界面處的薄的平面頻率選擇內部耦合器1400進行一些調諧和優化。頻率選擇內部耦合器1400可以是可適應2-D Tff結構1600的底部地平面和2-D表面模式TW結構1200的2-D表面模式TW輻射體1220的薄的平面導電結構。直接給3-D多模式TW全向天線1000饋電的超寬帶雙頻帶饋電網絡1800可以是雙頻帶雙饋電電纜組件，其實施方式在圖8A、8B和8C中示出。該超寬帶3-D多模式TW全向天線1000能夠實現100 I或更大的連續的倍頻程帶寬，如下面說明的。然而，在這里注意，在該實施方式中的頻率覆蓋范圍不必是連續的。例如，正被討論的當前的0. 5-50. OGHz3-D TW天線可容易被修改成覆蓋兩個單獨的頻帶，例如，0. 5-5. OGHz和IO-IOOGHz，200 l(100GHz/0. 5GHz)或更寬的頻率范圍。首先，如在圖8A、8B和8C中示出的超寬帶雙頻帶雙饋電電纜網絡組件1800的結構和功能如下。給高頻帶例如5. 0-50. OGHz饋電的是具有外部導體1814和內部導體1816的內部電纜。給低頻帶例如0. 5-5. OGHz饋電的是具有外部導體1811和內部導體1814的 外部電纜。內部電纜和外部電纜共享公共圓形圓柱體導電殼1814。內部電纜的中心導體1816 一直穿透到高頻帶2-D表面模式結構1600的2-D輻射體1620，而外部電纜的中心導體1814只穿透到低頻帶2-D表面模式結構1200的2-D輻射體1220。如在圖8A、8B和8C中所示的,雙頻帶雙饋電電纜組件的較高頻帶通過同軸連接器1817饋電，以及較低頻帶通過地平面1110上的具有不顯眼的連接器的微帶線1818饋電。這兩個單獨的饋電連接器可以通過使用組合器或多路復用器組合成單個連接器。例如可以通過首先將同軸連接器1817和微帶連接器1818轉換成印刷電路板(PCB)中的電路如帶狀線或微帶線電路來執行該組合。放置在天線饋電線和發射機/接收機之間的組合器/多路復用器可以被封在導電壁內以抑制和約束組合器/多路復用器內部的高階模式。在圖8A的A-A橫截面視圖中示出了饋電網絡1800到3_D多模式TW全向天線1000中的集成，該圖指定了分別連接于、定位于或面接于層1620、1400、1220、1110和1100的饋電電纜組件上的位置。值得評論的是，對于低頻帶微帶線饋電線，朝著同軸連接器1817延伸超出與微帶線的接合點的高頻帶電纜是電抗，而不是到地平面1100的可能的短路，因為沿著1822、1821和1818的低頻帶微帶線饋電線的地平面是1110，并且導電平面1100與微帶線間隔開。然而，由低損耗介電材料制成的薄的圓柱形殼1825可以放置在導電圓柱形殼1814(其是低頻帶電纜的內部導體)和導電地平面1100之間以在它們之間形成電容屏蔽。薄的圓柱形介電殼1825移除了低頻帶電纜的內部導體1814和導電地平面1100之間的在通孔處的直接電接觸，并且也足夠薄和足夠小以抑制在低頻帶頻率處的任何功率泄漏。圓柱形介電殼1825的小長度以及導電地平面1100的在通孔處的套管進一步提高了對低頻帶微帶饋電線1818的電屏蔽的質量。如果需要，整個低頻帶微帶饋電線可以包在導電壁中以提高微帶饋電線1818的完整性。最后，如果需要，四分之一波扼流圈也可以放置在1825下方以減少在通孔處的任何共振泄漏。具有內部/外部耦合器和雙頻帶饋電網絡的三樽式3-D TW天線圖9示出具有可能的140 I的倍頻程帶寬(例如，0.35-50. OGHz)的3-D三模式TW全向天線2000。該天線通過在其頂部上添加法向模式TW結構2700以及在它們之間添加頻率選擇外部耦合器來延伸剛剛在圖7中描述的具有雙2-D表面模式TW結構的3-D Tff全向天線1000的工作頻率的下限。具體地，3-D三模式TW全向天線2000是由兩個2-D表面模式TW結構2200和2600以及在頂部上的法向模式TW結構2700組成的。這兩個2-D表面模式TW結構2200和2600都基本上與圖3中的2_D Tff天線120以及3_D Tff天線1000中的那些類似。這兩個2-D表面模式TW結構2200和2600同心地且彼此相鄰地被定位，前者(2200)在后者(2600)的下方，薄的平面頻率選擇內部耦合器2410在兩個相鄰的TW結構之間的界面處。導電地平面2100放置在TW結構2200的底部。在底部的較大的2-D表面模式TW全向結構2200覆蓋低頻帶，例如0. 5-5. OGHz，且較小的(直徑大約為1/10) 2-D Tff結構2600覆蓋高頻帶，例如5. 0-50. OGHz0在頂部上的法向模式TW結構2700經由薄的平面頻率選擇外部耦合器2420而被激發，薄的平面頻率選擇外部耦合器2420放置在兩個相鄰的TW結構之間的界面處，以耦合和擴展在低于兩個2-D表面模式TW結構2200和2600本身的頻率(例如，分別為0. 5-5. 0和5. 0-50. OGHz)的頻率
比如0. 35-0. 50GHz處的輻射。因此天線2000具有可能的140 I (例如，0. 35-50. OGHz)或更大的倍頻程帶寬。饋電網絡2800與在3-D TW天線1000中采用的雙頻帶饋電網絡1800類似。因此，在饋電網絡2800中也采用與在圖8A、8B和8C中示出的1800類似的雙2-D表面模式饋電電纜。給高頻帶例如5. 0-50. OGHz饋電的是具有外部導體1814和內部導體1816的電纜。給兩個低頻帶例如0. 35-0. 5和0. 5-5. OGHz饋電的是具有外部導體1811和內部導體1814的電纜。如可看到的，內部電纜和外部電纜共享公共圓形圓柱體導電殼1814。注意，內部電纜的中心導體1816 —直穿透到高頻帶2-D表面模式結構2600的2-D輻射體2620，而外部電纜的中心導體1814只穿透到低頻帶2-D表面模式結構2200的2-D輻射體2220。類似地，如果需要，在饋電網絡2800中多路復用和組合高頻帶信號和低頻帶信號可以用與對于饋電網絡1800相同的方式經由印刷電路板(PCB)中的電路例如帶狀線或微帶線電路來實現。該三模式TW天線2000具有大約140 : I (例如，0. 35-50. OGHz)或更大的可能的連續倍頻程帶寬。三模式TW天線2000還可以被配置成覆蓋單獨的頻帶，例如，0. 35-5. OGHz和IO-IOOGHz,因而在286 I (100GHz/0. 35GHz)或更寬的頻率范圍內。可詵的具有內部/外部耦合器和雙頻帶饋電網絡的三樽式3-D TW天線圖10示出了也具有140 I (例如，0.35-50. OGHz)或更寬的可能的連續倍頻程帶寬的3-D三模式TW全向天線3000的另一種實施方式。該天線與在圖9中描述的3-D三模式TW全向天線2000類似，但頂部的兩個TW結構顛倒。作為結果，3-D三模式TW全向天線3000具有可能在某些應用中更有吸引力的不同的物理特征和性能特征。具體地，可選的3-D三模式TW全向天線3000由分別用于低頻帶和高頻帶的兩個2-D表面模式TW結構3200和3700以及在它們之間的法向模式TW結構3600組成。這兩個2-D表面模式TW結構3200和3700都基本上與圖3中的2-D TW天線120類似，且尤其是與3_D TW天線1000和2000類似，它們被同心地定位，前者(3200)在后者(3700)的下方。法向模式TW結構3600定位在這兩個2-D表面模式TW結構3200和3700之間。在一種實施方式中，頻率選擇外部耦合器3410和3420定位在2-D表面模式TW結構3200和3700以及法向模式TW結構3600之間的界面處，如在圖10中所示。導電地表面3100放置在TW結構3200下方。
饋電網絡3800與在3-D TW天線1000中采用的雙模式饋電網絡1800以及在3_DTff天線2000中采用的2800類似。采用與在圖8A、8B和8C中示出的1810類似的雙2-D表面模式饋電電纜；給高頻帶例如5. 0-50. OGHz饋電的是具有外部導體1814和內部導體1816的電纜。給低頻帶例如0. 5-5. OGHz饋電的是具有外部導體1811的電纜。如在圖8A、8B和8C中所示的，內部電纜和外部電纜共享公共圓形圓柱體導電殼1814。注意，內部電纜穿透法向模式TW結構3600，且內部電纜的中心導體1816 —直穿透到高頻帶2-D表面模式結構3700的2-D輻射體3720。還注意，外部電纜的中心導體1814只穿透到低頻帶2-D表面模式結構3200的2-D輻射體3220。較小的2-D TW結構3700覆蓋高頻帶，例如，5. 0-50. OGHz。法向模式TW結構3600首先由低頻帶2-D Tff結構3200通過外部耦合器3410激發，然后TW通過外部耦合器3420耦合到高頻2-D TW結構，從而獲得低于0.5GHz和降至0.35GHz或更低的頻率。作為結果，該三模式TW天線具有140 I (在這個實施例中為0.35-50. OGHz)或更大的可能的倍頻程帶寬。與三模式TW天線2000類似，如果需要，三模式TW天線3000還可以被配置成具有更寬的多頻帶能力，以覆蓋單獨的頻帶，例如，0. 35-5. OGHz和10-100GHZ，因而在、286 I (100GHz/0. 35GHz)或更寬的頻率范圍內。類似地，如果需要，在饋電網絡3800中的高頻帶信號和低頻帶信號的多路復用和組合可以用與對饋電網絡1800相同的方式經由印刷電路板(PCB)中的電路例如帶狀線或微帶線電路來實現。覆蓋超寬帶和單獨的遠隔的低頻率的多樽式3-D TW天線在一些應用中，除了在較高的公共頻率處的超寬帶覆蓋外，覆蓋一些單獨的遠隔的低頻率比如低于IOOMHz也是合乎需要的。例如，在IOOMHz或低于IOOMHz處，在波長是3m或更長的場合，任何寬帶天線對于所考慮的平臺或從用戶的觀點來說都可能太大；然而在這些低頻率處的一些窄帶覆蓋可能是期望的且甚至是足夠的。在這些情況下，在圖11中描繪了使用多模式3-D TW全向天線方法例如天線集合件4000的解決方案。在這個實施方式中，天線被安裝在平臺上的大致平坦的導電表面4100上；如果平臺的表面是非金屬的，導電特性可以通過經由機械工藝或化學工藝添加薄的導電材料片來提供。導電地表面4100覆蓋平臺上的表面區域，其具有至少與平臺的表面上的3-D TW天線的投影一樣大的尺寸。天線集合件4000主要由兩部分組成互相連接的3-D多模式TW全向天線4200和傳輸線天線4500。3-D多模式TW全向天線4200可以是在本發明中早些時候以多種形式提出的任何形式或組合，但優選地具有通常定位在頂部的法向模式TW結構4230。法向模式TW結構4230經由頻率選擇低通耦合器4240耦合到I-DTW傳輸線天線4500，頻率選擇低通耦合器4240是低通濾波器，其使在單獨的遠隔的低頻率比如40MHz和60MHz處的期望的單獨的信號通過。低通耦合器4240可以是對TW結構4200和4500之間的界面優化的簡單的電感線圈。傳輸線天線4500是I-D TW天線，其具有一個或多個調諧的輻射體4510，每個輻射體具有將輻射體帶入共振狀態的電抗和與天線集合件4000的其余部分匹配的阻抗。4500的傳輸線部分不必是直線。例如，它可以被彎曲以最小化其安裝所需要的表面區域。傳輸線天線4500的帶寬和效率可以通過使用傳輸線部分4520和垂直輻射體4510 二者的更寬或更厚的結構來增強。傳輸線天線4500可在地表面4100上方或下方具有電抗調諧器，以在遠隔的低頻帶處的一個或多個期望頻率處獲得共振。這個三模式TW天線組件4000可實現140 I或更大的連續倍頻程帶寬，類似于通過TW天線100、2000和3000可實現的那些連續倍頻程帶寬。如果需要，它還可以被配置成具有更寬的多頻帶能力，以覆蓋在低得多的頻率例如在0. 05GHz處的一個或多個單獨的頻帶，因而在2000 l(100GHz/0. 05GHz)或更寬的頻率范圍內。可以對本發明的上述實施方式進行許多變化和修改而實質上不偏離本發明的精神和原理。所有這樣的修改和變化被規定為在這里被包括在本發明的范圍內。本發明的理論基礎在本發明中的可與平臺共形的3-D TW全向天線可以實現高達140 I或更大的連續倍頻程帶寬。如果需要，它還可以實現多頻帶能力，以覆蓋在低得多的頻率例如在0.05GHz處的一個或多個單獨的頻帶，在2000 I (lOOGHz/O. 05GHz)或更寬的頻率范圍內。 天線可以實現大約50歐姆的相當恒定的輻射電阻，或者如果需要，可以實現在整個其工作頻率上的任何另一公共同軸電纜的特性阻抗。此外，該天線還可以在整個其工作頻率上實現相對于其輻射電阻較小的電抗。對于這樣的超寬帶輻射TW孔徑的理論基礎如下所述，以一些需要的數學公式開始。在不失一般性的情況下，對本發明的操作的理論可以通過考慮發送的情況來被說明；接收的情況在互易的基礎上是類似的。由于由S表示的輻射體的表面上的源而產生的時諧電場和磁場E和H可以被表示為由于在表面S上的等效的電流和磁流Js和Ms而產生的時諧電場和磁場，Js和Ms通過下式給出Ms = -n X E 在 S 上(2a)Js = nXH 在 S 上(2b)在閉合表面S外部的電磁場通過下式給出H{r)=++S 外部⑶其中，
g是通過下式給出的自由空間格林函數
-jk\r - r'\g = gW)=泛詩—叫(4)其中，k = 2Ji/入且\是TW的波長。e。和U。分別是自由空間介電常數和磁導率。并且w = 2 Jif，其中f是所關注的頻率。具有幅值!■和r'的無撇和帶撇(')的位置向量r和r'分別指源坐標和場坐標中的場點和源點。(所有的“帶撇”符號指源)。符號Vs1表示相對于帶撇(')的坐標系的表面梯度算子。對于由縫隙陣列組成的表面模式TW輻射體，表面輻射體的區域完全由等效的磁表面電流屺表示。至于在平臺的表面上的區域，如果平臺表面是導電的，則只有等效的電表面電流Js。對于非導電的平臺上的表面區域，電等效表面電流Js和磁等效表面電流Ms通常都存在。對于法向模式TW輻射體，等效的電表面電流Js存在，而磁等效表面電流Ms消失。在遠區中的時諧場由等式(3)給出。在對天線特性有意義的遠區中，場是平面波，且在電場和磁場之間具有以下關系
E(r) = - Tj f xH(r)在遠區中(5)其中，n是自由空間波阻抗，等于如JS0或120 。在這里注意，根據等式⑵至IJ等式(5)，這里涉及的源、場以及格林函數都是復向量的量。因此，如果等式(3)中的被積分函數實質上在遠區中的期望方向上同相，則輻射將是有效的；并且輻射也一定會產生在目前的情況下為全向的有用輻射方向圖。為了有效的輻射，良好的阻抗匹配也是必不可少的。基于天線理論以及專門針對等式⑶和⑷中的目前的問題，有用的天線輻射方向圖直接與其源電流有關。因此，從已知的寬帶TW配置設計TW輻射體是有利的。參考圖2和圖3，表面模式TW從共形低剖面TW天線100的饋電網絡180發起，并從仏軸徑向向外傳播。當TW沿著TW結構120徑向傳播時，輻射發生在圓形輻射區中的表面模式TW輻射體125例如圖4中的縫隙陣列221上。對于在天線的工作范圍中的任何頻率，圓形輻射區在半徑上類似于有效的環形縫隙的半徑。Tff以最小的反射從Un軸徑向地向外傳播，因為TW結構120具有放置在表面模式輻射體125和地表面110之間的適當設計的在超寬帶寬(例如，倍頻程帶寬為10 I)內的阻抗匹配結構。對于包含兩個表面模式TW結構的本發明的實施方式，根據等式(3)且通過在它們之間使用頻率選擇內部耦合器來抑 制帶外耦合，來自一個表面模式TW結構的單獨的工作頻帶中的輻射不被另一個表面模式Tff結構不利地影響。在低于該超寬帶寬的頻率處，Tff功率不能經由表面模式輻射體125有效地輻射。在這種情況下，TW功率經由頻率選擇外部耦合器140外耦合到法向模式TW結構160和地平面110。值得指出的是，TW天線的堆疊在適當設計的頻率選擇外部和內部耦合器的慎重使用的情況下將擴展帶寬而不干擾彼此的帶內性能。使用外部耦合器，TW結構120可以在其工作帶(單獨的頻帶)例如I-IOGHz內不被干擾地起作用。在其緊接著低的帶外頻率(在本實施例中低于IGHz)處，TW功率不能從TW結構120輻射，而是經由外部耦合器140外耦合到法向模式TW結構160。作為結果，Tff功率于是在低于表面模式TW輻射體125本身的頻率范圍的頻率范圍內的中間帶寬(例如1.3 I)上輻射。在這里注意，RF功率也從TW輻射體耦合到地平面110，并且如果平臺表面也是導電的，則耦合到平臺表面，因而有益地擴大天線的有效尺寸并因此避開由TW結構本身限定的Chu限制。在TW結構120中，TW從饋電網絡180到自由空間的傳播由圖12中的等效的傳輸線電路表示。在這里Zin(Z15a)是在饋電網絡180的連接器處的輸入阻抗，通常為50歐姆。Zfeed(Zs4)是被用來匹配饋電網絡180的輸入阻抗與所有更遠地在下面的其他結構的輸入阻抗的分布式阻抗匹配結構，所述其他結構如由傳輸線電路所表示，傳輸線電路還包括TW結構120的ZTW、頻率選擇外部耦合器140的阻抗的和包括地平面110、法向模式TW結構160、平臺30和自由空間的外部區域的阻抗的Zext(Z#部)。阻抗匹配必須在所有的工作帶寬內實現。注意，圖12描繪了主要模式的等效傳輸線電路，導波不連續性由集總元件表示。用于多級傳輸線和波導的一般阻抗匹配技術在本領中是已知的。對于涉及兩個內部耦合的2-D雙表面模式TW輻射體例如圖7中描繪的天線1000的情況，使能元件是薄的平面頻率選擇內部耦合器1400和在圖8A、8B和8C中的雙頻帶饋電網絡1800以及它們的組合。特別是，超寬帶雙頻帶雙饋電電纜網絡1800實現兩個2-D雙表面模式TW輻射體在100 I (例如，0.5-50. OGHz)或更大的連續倍頻程帶寬內的組合，如早些時候更詳細地說明的。連續的倍頻程帶寬到140 I或更大的擴展從這兩種基本實施方式產生，在天線100和天線1000中以協調的方式使用外部耦合器和內部耦合器并使用法向模式TW輻射結構和表面模式TW輻射結構來采用這兩種基本實施方式。依賴于這些基本的實施方式，如果需要，3-DTW天線還可以實現多頻帶能力以覆蓋在低得多的頻率例如在0.05GHz處的一個或多個單獨的頻帶，在2000 I (lOOGHz/O. 05GHz)或更寬的頻率范圍內。實驗驗證本發明的基本原理的實驗驗證已經令人滿意地被執行。對于使用外部耦合器的法向模式TW福射體和表面模式TW福射體的組合,如在圖3中所描繪的,一些試驗電路板模型被設計、制造并測試了其VSWR、輻射方向圖和增益。所測量的數據顯示，與具有10 I增益 帶寬的標準SMM天線相比，實現了超過14 I的帶寬且體積、重量、成本減小了大約3到6倍。對于兩個表面模式TW輻射體的組合，如在圖7和圖8A、8B和8C中所描繪的，成功地設計、制造和測試了試驗電路板模型以展示在0.2-20. OGHz內的100 I的連續倍頻程帶寬。在這個模型中，有兩個輸出端子，一個用于2-20GHZ的高頻帶，另一個用于0. 2-2. OGHz的低頻帶，如果需要，這兩個輸出端子可以通過使用寬帶組合器/分路器或雙工器組成一單個端子。圖13示出所測量的來自兩個端子的VSWR，其覆蓋大約0. 2-23. OGHz,一般低于2 I ;結果是相當令人滿意的，因為這是還未優化的粗制的試驗電路板模型。圖14示出在0. 2-20. OGHz天線上在地平面或平臺的表面之上大約15°的固定仰角處的所測量的方位角輻射方向圖。所述數據共同地展示了 100 I的連續倍頻程帶寬。然而，在這里注意，在該實施方式中的頻率覆蓋不必是連續的。例如，基于電磁學中的頻率變標定理，3-D TW天線可以被容易地修改以覆蓋例如0. 5-5. OGHz和10-100GHz。對這里未示出的所測量的數據的觀察指示比100 I高得多的帶寬也是可行的。雖然間接地，這些數據還指示兩個表面模式TW輻射體和法向模式TW輻射體的組合可以導致140 I或更大的連續倍頻程帶寬，如在圖9和圖10中所描繪的。
權利要求
1.ー種全向天線，包括 多個行波(TW)結構，其包括至少ー個超寬帶低剖面ニ維(2-D)表面模式TW結構，所述多個TW結構彼此相鄰，并且其中所述表面模式TW結構在模式O中被激發且包括用于全向輻射的2-D表面模式TW輻射體，所述2-D表面模式TW結構還被配置成具有小于\ Jl的直徑和小于入ノ 10的厚度，其中入し是所述2-D表面模式TW結構的最低工作頻率處的自由空間波長； 頻率選擇耦合器，其放置在相鄰的TW結構之間； 饋電網絡，其中所述饋電網絡在模式0中激發所述多個TW結構；以及 導電地表面，其中所述導電地表面具有規范形狀，所述導電地表面還被定位在所述天線的底側處，并且具有至少覆蓋所述天線的投影的表面區域。
2.如權利要求I所述的全向天線，其中所述天線是超寬帶微型化低剖面全向多模式三維(3-D) TW天線。
3.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構中的每ー個覆蓋單獨的頻率范圍，以便覆蓋所述天線的超寬帶頻率范圍。
4.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構中的至少兩個為ー個堆疊在另一個的頂部上，并且實質上關于中心軸對稱。
5.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構的所述2-D表面模式TW結構中的至少ー個是慢波(SW)類型，且具有小于X ノ(2XSWF)的直徑，其中SWF是SW類型的所述2-D表面模式TW結構的慢波因子。
6.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構包括放置在所述導電地表面上方的超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構以及堆疊在所述超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構上方的法向模式TW結構，所述法向模式TW結構通過外部耦合器與所述表面模式TW結構電磁地耦合。
7.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構包括定位在所述導電地表面上方的低頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構、定位在所述低頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構上方的高頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構，并且其中所述饋電網絡包括雙連接器雙頻帶同軸電纜集合件，所述雙連接器雙頻帶同軸電纜集合件為所述低頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構和所述高頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構饋電。
8.如權利要求7所述的全向天線，還包括被定位在所述高頻2-D表面模式TW結構上方的法向模式TW結構，并且其中頻率選擇外部耦合器被放置在所述法向模式TW結構和所述高頻表面模式TW結構之間以便于電磁耦合。
9.如權利要求I所述的全向天線，其中所述多個TW結構還包括 低頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構，其被定位在所述導電地表面的上方； 法向模式TW結構，其被堆疊在所述低頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構的上方； 高頻超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構，其被堆疊在所述法向模式TW結構的上方；以及 其中頻率選擇外部耦合器被放置在所述法向模式TW結構和所述兩個2-D表面模式TW結構中的每ー個之間，并且其中所述饋電網絡包括雙連接器雙頻帶同軸電纜集合件，所述雙連接器雙頻帶同軸電纜集合件為所述兩個2-D表面模式TW結構中的每ー個饋電并穿過所述法向模式TW結構的中心部分。
10.如權利要求I所述的全向天線，其中所述2-D表面模式TW輻射體是以模式0激發的平面多臂阿基米德螺旋體。
11.如權利要求I所述的全向天線，其中所述2-D表面模式TW輻射體是以模式0激發的平面多臂等角螺旋體。
12.如權利要求I所述的全向天線，其中所述2-D表面模式TW輻射體是以模式0激發的平面鋸齒形結構。
13.如權利要求I所述的全向天線，其中所述2-D表面模式TW輻射體是以模式0激發的平面縫隙陣列。
14.如權利要求I所述的全向天線，其中所述2-D表面模式TW輻射體是以模式0激發的平面自補結構。
15.一種多模式三維(3-D)低剖面行波(TW)全向天線，其覆蓋高頻率處的一個或多個超寬帶寬以及單獨的遠隔的低頻帶，并與平臺的表面共形，所述3-D TW天線包括 導電地表面，其是以規范形狀的形式，其中所述導電地表面與平臺的所述表面的一部分共形，所述導電地表面被放置在所述3-D Tff天線的下方并具有至少與所述3-D天線在所述平臺的所述表面上投影的表面區域的尺寸一樣大的一組尺寸； 多個TW結構，其在所述導電地表面的頂部上，其中所述TW結構中的每一個覆蓋單獨的頻帶，以便使所述全向天線能夠總體上跨越在超寬頻率范圍內的多個頻帶，其中所述TW結構包括至少一個超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構，并且其中所述超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構具有小于入l/2的直徑，其中入L是所述2-D表面模式TW結構的最低工作頻率處的自由空間波長，所述TW結構彼此相鄰并被堆疊在所述導電地表面的上方； 頻率選擇耦合器，其被放置在相鄰的TW結構之間； 至少一個一維(1_D)傳輸線天線，其被定位成與所述多個TW結構相鄰，其中所述I-D傳輸線天線經由低通耦合器耦合到所述多個TW結構的頂側以覆蓋多個單獨的遠隔的低頻率；以及 饋電網絡，其將所述TW結構和所述I-D傳輸線天線的阻抗與外部連接器的阻抗進行匹配。
16.如權利要求15所述的3-DTW天線，其中所述2-D表面模式TW結構中的一個是慢波型，并具有小于直徑為入夕(2XSWF)的圓形表面的表面面積，其中入[是最低工作頻率處的自由空間波長，以及SWF是該2-D表面模式TW結構的慢波因子。
17.一種超寬帶雙頻帶雙饋電電纜，包括 兩個同心電纜的組件，所述組件包括內部電纜和外部電纜，所述內部電纜和所述外部電纜共享公共同心圓柱形導體殼，其中所述公共同心圓柱形導體殼作為所述外部電纜的內部導體并同時作為所述內部電纜的外部導體； 其中，所述外部電纜覆蓋較低的中頻的頻帶以及所述內部電纜覆蓋較高的中頻的頻帶; 其中，每個電纜具有兩個端，一端連接到設備，另一端連接到輸出端子，所述輸出端子用于連接到公共輸出設備；以及 其中，所述內部電纜在一端連接到第一電氣設備且在另一端連接到同軸輸出端子，以將高頻輸出傳送到所述公共輸出設備，以及所述外部電纜在一端連接到第二電氣設備且在另一端連接到所述公共輸出設備，以通過印刷電路板將低頻輸出傳送到所述公共輸出設備。
18.如權利要求17所述的超寬帶雙頻帶雙饋電電纜，其中所述同心的內部電纜和外部電纜的兩個輸出端子經由印刷電路板使用組合器組合成單個連接器。
19.如權利要求17所述的超寬帶雙頻帶雙饋電電纜，其中所述同心的內部電纜和外部電纜的兩個輸出端子經由印刷電路板使用多路復用器組合成單個連接器。
20.如權利要求17所述的超寬帶雙頻帶雙饋電電纜，其中所述電纜被配置成同時為所述行波結構中的每ー個的中心區域中的兩個ニ維表面模式行波結構饋電，所述行波結構被垂直地同心堆疊。
21.ー種全向天線,包括 導電地表面，其被定位在所述天線的底側處， 多個行波(TW)結構，其在所述導電地表面的頂部上且覆蓋工作頻率的范圍，其中每個TW結構覆蓋單獨的頻帶； 頻率選擇耦合器，其被放置在相鄰的TW結構之間；以及 饋電網絡，其將所述TW結構的阻抗與外部連接器的阻抗進行匹配。
22.如權利要求21所述的全向天線，其中所述天線是覆蓋連續的頻率跨度的超寬帶微型化低剖面全向多模式三維TW天線。
23.如權利要求21所述的全向天線，其中所述TW結構中的至少ー個是直徑小于\Jl的超寬帶低剖面ニ維(2-D)表面模式TW結構，其中入^是所述天線的最低工作頻率處的自由空間波長。
24.如權利要求21所述的全向天線，其中所述TW結構被垂直地堆疊，其中所述TW結構中的每ー個關于所述天線的中心軸對稱。
25.如權利要求21所述的全向天線，其中所述TW結構關于垂直于所述地表面的軸對稱地堆疊。
26.如權利要求21所述的全向天線，其中所述多個TW結構包括超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構和超寬帶低剖面法向模式TW結構。
27.如權利要求21所述的全向天線，其中所述多個超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構中的至少ー個與所述導電地表面平行且共形，并且其中所述導電地表面具有規范形狀。
28.如權利要求21所述的全向天線，其中所述多個超寬帶低剖面2-D表面模式TW結構中的至少ー個具有細長的表面。
全文摘要
本發明公開了通過多模式三維(3-D)行波(TW)的超寬帶微型化全向天線。一類超寬帶微型化三維(3-D)行波(TW)天線包括在底部處的導電地表面、具有至少一個超寬帶低剖面二維(2-D)表面模式TW結構的多個TW結構、放置在相鄰的TW結構之間的頻率選擇耦合器、以及饋電網絡。在一種實施方式中，2-D表面模式TW結構定位在導電地表面的上方，法向模式TW結構放置在頂部上，外部的頻率選擇耦合器放置在它們之間；14∶1的連續倍頻程帶寬和尺寸減小3到5倍是可實現的。在使用至少兩個2-D TW結構和雙頻帶饋電網絡的其他實施方式中，超過100∶1且高達140∶1或更大的連續帶寬是可達到的。在又一實施方式中，超過高達2000∶1或更大的倍頻程工作帶寬的超寬帶多頻帶性能是可行的。
文檔編號H01B7/00GK102738564SQ201210096319
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月1日 優先權日2011年4月8日
發明者約翰遜·J·H·王 申請人:王光電公司