PL180221B1

PL180221B1 - Antena do pracy przy czestotliwosci powyzej 200 MHz i sposób wytwarzania anteny do pracy przy czestotliwosci powyzej 200 MHz PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180221B1
Application number: PL95319017A
Authority: PL
Inventors: Oliver Paul Leisten
Original assignee: Symmetricom Inc
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 2001-01-31
Also published as: FI121038B; EP1811601A1; JP4147260B2; FI970759A0; DE69535431T2; GB9424150D0; ATE357751T1; WO1996006468A1; GB9517086D0; US6181297B1; US6424316B1; CN1090829C; NO970832L; BR9508769A; GB2292638A; CA2198375C; CA2198375A1; AU707488B2; CN1164298A; MX9701389A

Abstract

1. Antena do pracy przy czestotliwosci po- wyzej 200 MHz zawierajaca trójwymiarowa kon- strukcje elementów antenowych, umieszczona na lub przylegajaca do elektrycznie izolujacej powie- rzchni i ograniczajaca wewnetrzna przestrzen, oraz dolaczony do tej konstrukcji i przechodzacy przez jej wewnetrzna przestrzen uklad doprowadzajacy, znamienna tym, ze wieksza czesc wewnetrznej przestrzeni konstrukcji elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR) zajmuje elektrycznie izolujacy rdzen (12) stano- wiacy bryle litego materialu o wzglednej stalej die- lektrycznej 5, którego zewnetrzna powierzchnia jest elektrycznie izolujaca powierzchnia, zas w przechodzacym przez bryle litego materialu rdze- nia (12) przelotowym kanale (14) jest umieszczony uklad doprowadzajacy (1 6 , 18) F i g .1 . PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz i sposób wytwarzania anteny do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz. Wynalazek dotyczy, zwłaszcza anteny posiadającej trójwymiarową konstrukcję elementów antenowych.

Z opisu patentowego GB 2258776 jest znana antena, która ma trój wymiarową konstrukcję spiralnych elementów antenowych usytuowanych wokół wspólnej osi. Antena taka jest szczególnie użyteczna przy odbieraniu sygnałów z satelitów, przykładowo w urządzeniu odbiornika globalnego systemu określania położenia GPS (Global Positioning System). Antena ta odbiera sygnały o polaryzacji kołowej ze źródeł, które znajdująsię bezpośrednio nad anteną tzn. na jej osi, albo w położeniu kilka stopni powyżej płaszczyzny prostopadłej do osi anteny i przechodzącej przez tę antenę, a także ze źródeł usytuowanych gdziekolwiek w obrębie kąta bryłowego pomiędzy tymi granicami. Chociaż antena taka jest przeznaczona głównie do odbierania sygnałów o polaryzacji kołowej, ze względu na swątrójwymiarowąkonstrukcję nadaje się ona również do stosowania jako antena dookólna do odbierania sygnałów o polaryzacji pionowej i poziomej.

W opisie patentowym US 5081469 została ujawniona antena, którą stanowi przewodzący spiralny człon podtrzymywany na cylindrycznym wsporniku z materiału elektrycznie izolującego.

Opis patentowy EP 0198578 dotyczy anteny mającej faliste ramiona rozchodzące się na zewnątrz od wspólnej osi.

Antena z wieloma spiralnymi elementami rozmieszczonymi na rurowym cylindrycznym podłożu jest znana z opisu patentowego EP 0521511.

W opisie patentowym US 5170176 została ujawniona antena, która ma cztery samopodtrzymujące się spiralne przewody.

Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz zawierająca trójwymiarową konstrukcję elementów antenowych, umieszczonąna lub przylegającą do elektrycznie izolującej powierzchni i ograniczającą wewnętrzną przestrzeń, oraz dołączony do tej konstrukcji i przechodzący przez jej wewnętrzną przestrzeń układ doprowadzający, według wynalazku jest charakterystyczna tym, że większą część wewnętrznej przestrzeni konstrukcji elementów antenowych zajmuje elektrycznie izolujący rdzeń stanowiący bryłę litego materiału o względnej stałej dielektrycznej > 5, którego zewnętrzna powierzchnia jest powierzchnią elektrycznie izolującą. W przelotowym kanale przechodzącym przez bryłę litego materiału rdzenia jest umieszczony układ doprowadzający.

Korzystnie, konstrukcja elementów antenowych ma zrównoważone źródło lub obciążenie.

Korzystnie, antena ma integralny układ równoważący.

Korzystnie, integralny układ równoważący jest uformowany w postaci przewodzącej tulei otaczającej część powierzchni rdzenia od miejsca połączenia tulei z układem doprowadzającym, znajdującego się przy końcu rdzenia przeciwległym w stosunku do miejsca połączenia układu doprowadzającego z konstrukcją elementów antenowych.

Korzystnie, układ doprowadzający jest uformowany jako kombinacja przewodu wewnętrznego w tulei izolacyjnej umieszczonych w przelotowym kanale przechodzącym przez rdzeń, a także ekranującego przewodu współosiowego stanowiącego wyłożenie ściany kanału i połączonego z przewodzącą tuleją przy przeciwległym końcu rdzenia.

Korzystnie, układ doprowadzający stanowi kabel współosiowy umieszczony w przelotowym kanale przechodzącym przez rdzeń, a przewód ekranujący kabla jest połączony z przewodzącą tuleją przy przeciwległym końcu rdzenia.

Korzystnie, antena ma wspólny przewód łączący elementy antenowe konstrukcji elementów antenowych, który jest uformowany jako przewodząca tuleja wokół części rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe konstrukcji elementów antenowych stanowią powłokę o osi zgodnej ze środkową osią wzdłużną anteny, aukład doprowadzający znajduje się w osi anteny.

Korzystnie, elementy antenowe stanowią cylindryczną powłokę współosiową rdzenia mającego kształt cylindra.

180 221

Korzystnie, układ doprowadzający jest umieszczony w osiowym przelotowym kanale litego cylindrycznego rdzenia.

Korzystnie, lity materiał rdzenia zajmuje co najmniej 50% wewnętrznej przestrzeni powłoki, którą stanowią elementy antenowe pokrywające zewnętrzną powierzchnię cylindryczną rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe stanowią metalowe ścieżki przewodzące spojone z zewnętrzną powierzchnią rdzenia.

Korzystnie, materiał rdzenia stanowi ceramika.

Korzystnie, względna stała dielektryczna materiału rdzenia jest > 10.

Korzystnie, długość cylindrycznego rdzenia z litego materiału jest co najmniej taka jak średnica zewnętrzna anteny, a średnica rdzenia wynosi co najmniej 50% średnicy zewnętrznej anteny.

Korzystnie, rdzeń ma postać rury z osiowym przelotowym kanałem mającym średnicę mniejszą niż połowa całkowitej średnicy rury, w którym to kanale znajduje się wykładzina przewodząca.

Korzystnie, elementy antenowe konstrukcji elementów antenowych przebiegają od miejsca połączenia z układem doprowadzającym, znajdującego się przy jednym końcu rdzenia, do wspólnego przewodu połączeniowego dołączonego do układu doprowadzającego przy drugim końcu rdzenia, zaś układ doprowadzający przebiega wzdłuż osi rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe mają postać zasadniczo spiralnych metalowych ścieżek na zewnętrznej powierzchni rdzenia, które mają zasadniczo jednakowy zasięg w kierunku osiowym.

Korzystnie, każdy element antenowy spiralny jest dołączony jednym końcem do układu doprowadzającego a drugim końcem jest dołączony do co najmniej jednego z pozostałych elementów antenowych spiralnych.

Korzystnie, połączenia z elementami doprowadzającymi są wykonane za pomocą przewodzących promieniowych elementów antenowych, a każdy element antenowy spiralny jest dołączony do ziemi lub do przewodu ziemi pozornej, który jest wspólny dla wszystkich elementów antenowych.

Korzystnie, długość elementów antenowych wynosi od 0,03 λ do Ο,Οόλ, a średnica rdzenia mieści się w granicach od 0,02λ do 0,03 λ, gdzie λ jest długościąrobocząfali anteny w powietrzu.

Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz zawierająca elementy antenowe połączone z układem doprowadzającym, według wynalazku jest charakterystyczna tym, że ma wykonany z materiału mającego względną stałą dielektryczną> 5 lity elektrycznie izolujący rdzeń, wzdłuż którego centralnej osi przechodzi układ doprowadzający, a elementy antenowe umieszczone na zewnętrznej powierzchni rdzenia są połączone z układem doprowadzającym przy jednym końcu rdzenia i przebiegają w kierunku przeciwległego końca rdzenia do wspólnego przewodu połączeniowego.

Korzystnie, rdzeń ma stały zewnętrzny przekrój poprzeczny w kierunku osiowym, a elementy antenowe są przewodami usytuowanymi na powierzchni rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe będące przewodami przebiegają wzdłuż części rdzenia mającego stały przekrój zewnętrzny i są połączone z układem doprowadzającym przy jednym końcu rdzenia za pomocą przewodzących promieniowych elementów antenowych.

Korzystnie, integralny układ równoważący jest uformowany w postaci przewodzącej tulei obejmującej część długości rdzenia od połączenia z układem doprowadzającym przy przeciwległym końcu rdzenia.

Korzystnie, przewodząca tuleja układu równoważącego stanowi wspólny przewód dla przewodzących wzdłużnie przebiegających elementów antenowych, zaś układ doprowadzający stanowi kabel współosiowy mający przewód wewnętrzny i zewnętrzny przewód ekranujący, do którego jest dołączona przewodząca tuleja układu równoważącego przy przeciwległym końcu rdzenia.

180 221

Korzystnie, na zewnętrznej cylindrycznej powierzchni litego rdzenia przebiegają wzdłużnie co najmniej cztery elementy antenowe połączone z przewodami układu doprowadzającego za pomocą odpowiadających im promieniowych elementów antenowych znajdujących się na powierzchni czołowej oddalonego końca rdzenia.

Korzystnie, przebiegające wzdłużnie elementy antenowe mają różne długości.

Korzystnie, dwa spośród czterech przebiegających wzdłużnie elementów antenowych są ukształtowane na zewnętrznej powierzchni rdzenia w postaci ścieżek meandrowych i długość ich jest większa niż długość pozostałych dwóch elementów antenowych.

Korzystnie, każdy z czterech przebiegających wzdłużnie elementów antenowych ma kształt zasadniczo linii spiralnej, zaś dwa dłuższe elementy antenowe ukształtowane w postaci ścieżek meandrowych odchylają się w obie strony od linii spiralnej.

Korzystnie, promieniowe elementy antenowe łączące przebiegające wzdłużnie elementy antenowe z układem doprowadzającym na czołowej powierzchni rdzenia sąwspółpłaszczyznowe.

Korzystnie, długość elementów antenowych wynosi od 0,03λ do 0,06λ, a średnica rdzenia mieści się w granicach od 0,02λ do 0,03λ, gdzie λ jest długościąrobocząfali anteny w powietrzu.

Korzystnie, antena ma integralny układ równoważący uformowany w postaci przewodzącej tulei obejmującej część długości rdzenia od połączenia z układem doprowadzającym przy przeciwległym końcu rdzenia, zaś elementy antenowe mają długość od 0,03λ do 0,06λ, średnica rdzenia mieści się w granicach 0,02λ - 0,03λ, a długość tulei układu równoważącego wynosi od 0,03λ do 0,06λ, gdzie λ oznacza roboczą długość fali anteny w powietrzu.

Korzystnie, wspólnym przewodem połączeniowym jest przewodząca tuleja otaczająca część rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe i przewodząca tuleja znajdują się na zewnętrznej powierzchni rdzenia.

Korzystnie, elementy antenowe stanowią przebiegające osiowo przewody połączone z układem doprowadzającym za pomocą przewodzących promieniowych elementów antenowych przebiegających promieniowo od osi rdzenia i usytuowanych na powierzchni czołowej rdzenia.

Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz, zawierająca konstrukcję elementów antenowych w postaci wielu elementów spiralnych utworzonych jako linie spiralne o wspólnej środkowej osi, osiowo ukształtowany układ doprowadzający mający wewnętrzny przewód doprowadzający i zewnętrzny przewód ekranujący, którego jeden koniec jest połączony z każdym elementem spiralnym przy oddalonym końcu układu doprowadzającego, a drugi koniec jest dołączony do wspólnej ziemi lub przewodu masy pozornej, według wynalazku jest charakterystyczna tym, że układ równoważący stanowi przewodząca tuleja usytuowana współosiowo wokół układu doprowadzającego i oddzielona od zewnętrznego ekranu układu doprowadzającego współosiową warstwąmatenału izolującego mającego względną stałą dielektryczną > 5, zaś bliższy koniec przewodzącej tulei jest dołączony do zewnętrznego ekranu układu doprowadzającego.

Korzystnie, przewodząca tuleja układu równoważącego stanowi wspólny przewód uziemiający każdego spiralnego elementu antenowego kończącego się przy oddalonej krawędzi przewodzącej tulei.

Korzystnie, oddalona krawędź przewodzącej tulei jest obwodem otwartym, a wspólny przewód jest zewnętrznym ekranem układu doprowadzającego.

Sposób wytwarzania anteny do pracy przy częstotliwości większej niż 200 MHz, zawierającej trójwymiarową konstrukcję elementów antenowych ograniczającą wewnętrzną przestrzeń, dołączony do tej konstrukcji układ doprowadzający oraz elektrycznie izolujący rdzeń wykonany z litego materiału o względnej stałej dielektrycznej> 5, przy tym konstrukcja elemen

180 221 tów antenowych jest umieszczona na lub przylega do zewnętrznej powierzchni rdzenia, przez który przechodzi układ doprowadzający, a lity materiał rdzenia zajmuje większą część wewnętrznej przestrzeni anteny, jest charakterystyczny tym, według wynalazku, że z materiału dielektrycznego formuje się rdzeń antenowy w postaci litej cylindrycznej bryły z przelotowym kanałem o średnicy mniejszej niż połowa średnicy bryły i metalizuje się zewnętrzną powierzchnię rdzenia według uprzednio określonego wzoru.

Korzystnie, w czasie metalizacji powleka się zewnętrznąpowierzchmę rdzenia materiałem metalicznym i usuwa się część metalicznej powłoki pozostawiając uprzednio określony wzór.

Korzystnie, w czasie metalizacji formuje się maskę zawierającą negatyw uprzednio określonego wzoru i osadza się materiał metaliczny na zewnętrznej powierzchni rdzenia zasłaniając maską część rdzenia tak, że materiał metaliczny nakłada się według uprzednio określonego wzoru.

Sposób wytwarzania wielu anten do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz, zawierających elementy antenowe, dołączony do tych elementów układ doprowadzający oraz elektrycznie izolujący rdzeń wykonany z litego materiału o względnej stałej dielektrycznej > 5 i o stałym przekroju poprzecznym, przez który przechodzi układ doprowadzający wzdłuż jego centralnej osi, a elementy antenowe są przewodami umieszczonymi na zewnętrznej powierzchni rdzenia połączonymi z układem doprowadzającym przy jednym końcu rdzenia i przebiegają w kierunku przeciwległego końca rdzenia do wspólnego przewodu połączeniowego w formie tulei otaczającej część rdzenia, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że z porcji materiału dielektrycznego wykonuje się co najmniej jeden testowy rdzeń antenowy, metalizuje się na rdzeniu tuleję układu równoważącego o uprzednio określonym wymiarze nominalnym odpowiadającym częstotliwości rezonansowej, mierzy się częstotliwość rezonansową reguluje się wielkość tulei układu równoważącego do otrzymania żądanej częstotliwości rezonansowej układu równoważącego i wyznacza się co najmniej jeden wymiar elementów antenowych zapewniający żądaną charakterystykę częstotliwościową tych elementów. Następnie wytwarza się z tej samej porcji materiału wiele anten z tuleją układu równoważącego i z elementami antenowymi posiadającymi wyznaczone wymiary.

Dzięki temu, że antena ma niewielkie wymiary a jej elementy są wsparte na litym rdzeniu ze sztywnego materiału, charakteryzuje się ona dużą wytrzymałością. Antena taka może mieć charakterystykę dookólną dla niskiego horyzontu. Dzięki dużej wytrzymałości może być stosowana zamiast anten łatwych, które odbierają sygnały z satelitów w surowym środowisku, np. na zewnątrz kadłuba statku powietrznego.

Niewielkie wymiary i wytrzymałość anteny, według wynalazku, czynią ją odpowiednią również do dyskretnego montażu w pojeździe i do stosowania w urządzeniach ręcznych. Możliwe jest też montowanie jej bezpośrednio na płytce z obwodem drukowanym.

Ponieważ antena nadaje się do odbierania nie tylko sygnałów o polaryzacji kołowej, ale również sygnałów o polaryzacji pionowej lub poziomej, może być stosowana nie tylko w odbiornikach nawigacji satelitarnej, ale również w różnych typach urządzeń radiokomunikacyjnych, takich jak ręczne telefony przenośne. Zastosowanie to jest szczególnie korzystne ze względu na nieprzewidywalną naturę odbieranych sygnałów zarówno jeśli chodzi o kierunek, z którego one są odbierane, jak i zmiany polaryzacji powodowanego przez odbicia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia antenę, w widoku perspektywicznym; fig. 2 - antenę według fig. 1, w przekroju osiowym; fig. 3 - fragment anteny według fig. 1, w widoku perspektywicznym; fig. 4 - rezonator testowy, w widoku perspektywicznym z wyrwaniem; fig. 5 - układ pomiarowy z rezonatorem według fig. 4, zaś fig. 6 - alternatywny układ pomiarowy.

Antena czteronitkowa (fig. 1) ma trójwymiarową konstrukcję elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, lODRz czterema przebiegającymi wzdłużnie elementami antenowymi 10A, 10B, 10C, 10D wykonanymi jako metalowe ścieżki przewodzące na cylindrycznej powierzchni zewnętrznej ceramicznego rdzenia 12. Rdzeń 12 ma osiowy przelotowy kanał 14 z metalową wykładziną przewodzącą 16, w którym jest umieszczony wewnętrzny przewód 18. Wewnętrzny przewód 18 i wykładzina przewodząca 16 tworzą układ doprowadzający

180 221

16, 18 anteny służący do dołączenia przewodu zasilającego do elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D. Konstrukcja elementów antenowych zawiera również promieniowe elementy antenowe 10AR, 10BR, 10CR, 10DR w postaci metalowych ścieżek na oddalonej powierzchni czołowej 12D rdzenia 12, łączących końce odpowiednich wzdłużnie przebiegających elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D z układem doprowadzającym 16, 18. Drugie końce elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D są dołączone do wspólnego przewodu masy pozornej w postaci przewodzącej tulei 20 stanowiącej pokrycie galwaniczne bliższej części końcowej rdzenia 12. Przewodząca tuleja 20 jest z kolei dołączona do wykładziny przewodzącej 16 osiowego przelotowego kanału 14 poprzez warstwę pokrycia galwanicznego 22 na bliskiej czołowej powierzchni 12P rdzenia 12.

Przebiegające wzdłużnie elementy antenowe 10A, 10B, 10C, 10D (fig. 1) sąróżnej długości. Dwa elementy antenowe 10B, 10D przebiegająpo ścieżce meandrowej, zatem są dłuższe niż pozostałe dwa elementy antenowe 10A, 10C.

W tym przykładzie wykonania przeznaczonym dla sygnałów o polaryzacji kołowej, dwa krótsze przebiegające wzdłużnie elementy antenowe 10A, 10C mają zarys zwykłej linii spiralnej, przy tym każda z nich przebiega wokół połowy obwodu rdzenia 12. Natomiast dwa dłuższe elementy antenowe 10B, 10D przebiegająpo ścieżce meandrowej, która ma kształt sinusoidalny i odchyla się w obie strony w stosunku do środkowej linii spiralnej. Każda para elementów antenowych, przykładowo przebiegający wzdłużnie element antenowy 10A i odpowiadający mu promieniowy element antenowy 10AR tworzą przewód o określonej długości elektrycznej. Całkowita długość każdej pary elementów 10A, 10AR i 10C, 10CR o mniejszej długości odpowiada opóźnieniu transmisji o około 135° przy roboczej długości fali, zaś każda para elementów 10B, 10BR i 10D, 10DR o większej długości powoduje dłuższe opóźnienie, odpowiadające zasadniczo 225°. Średnie opóźnienie transmisji wynosi zatem 180°, co jest równoważne elektrycznej długości λ/2 roboczej długości fali. Te różniące się długości powodują pożądane warunki przesunięcia fazy czteronitkowej anteny spiralnej dla sygnałów spolaryzowanych kołowo (Kilgus, „Resonant Quadrifilar Helix Design”, The Microwave Journal, grudzień 1970, strony 49-54).

Para elementów antenowych 10C, 10D (tzn. jeden długi i jeden krótki element) sąpołączone poprzez odpowiadające im promieniowe elementy antenowe 10CR, 10DR z przewodem wewnętrznym 18 układu doprowadzającego 16, 18 przy oddalonym końcu rdzenia 12. Natomiast promieniowe elementy 10AR, 1 OBR pozostałych dwóch elementów antenowych 10A, 10B, są dołączone do ekranu układu doprowadzającego 16,18, który stanowi wykładzina przewodząca 16 ściany kanału 14. Przy odległym końcu układu doprowadzającego 16,18 sygnały występujące na przewodzie wewnętrznym 18 i na wykładzinie przewodzącej 16 układu doprowadzającego 16, 18 są w przybliżeniu symetryczne. Zatem konstrukcja elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 1 ODR jest dołączona do w przybliżeniu symetrycznego źródła lub obciążenia.

Skutkiem meandrowania elementów antenowych 10B, 10D jest to, że propagacja sygnału spolaryzowanego kołowo wzdłuż elementów jest spowolniona w kierunku spiralnym w porównaniu z prędkością propagacji w zwykłych elementach antenowych 10A, 10C spiralnych. Współczynnik powiększenia długości drogi na skutek meandrowania można ocenić za pomocą następującego równania:

2ηπ f Φ

Współczynnik długości drogi = J ---7——=------—φτν^Φ 2π

L o cosj/g [ an cos( ηφ )J j _ gdzie:

φ - oznacza odległość wzdłuż linii środkowej ścieżki meandrującej, wyrażonąw radianach, a - oznacza amplitudę drogi meandrowej, również w radianach, n - oznacza liczbę cykli meandrowania.

180 221

Kiedy spiralne ścieżki przebiegających wzdłużnie elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D są zwrócone w lewo, antena ma największe wzmocnienie dla sygnałów spolaryzowanych kołowo w prawo.

Jeżeli natomiast antena ma być stosowana dla sygnałów spolaryzowanych kołowo w lewo, wówczas kierunek linii spiralnych powinien być przeciwny, a układ połączeń elementów promieniowych powinien być przesunięty o 90°. W przypadku gdy antena ma odbierać zarówno sygnały spolaryzowane kołowo w lewo jak i w prawo, aczkolwiek z mniejszym wzmocnieniem, przebiegające wzdłużnie elementy antenowe 10A, 10B, 10C, 10D mogą być poprowadzone wzdłuż ścieżek zasadniczo równoległych do osi. Taka antena może odbierać również sygnały spolaryzowane pionowo i poziomo.

W korzystnym przykładzie wykonania przewodząca tuleja 20 przykrywa bliższą część rdzenia 12 anteny, otaczając przy tym układ doprowadzający 16, 18. Materiał rdzenia 12 wypełnia całą przestrzeń pomiędzy przewodzącą tuleją 20 a wykładziną przewodzącą 16 ściany przelotowego kanału 14. Przewodzącą tuleję 10, jak pokazano na fig. 2, stanowi cylinder o długości osiowej I_B, połączony z wykładziną przewodzącą 16 poprzez pokrycie galwaniczne 22 bliższej powierzchni czołowej 12P rdzenia 12. Przewodząca tuleja 20 wraz z pokryciem galwanicznym 22 tworzą układ równoważący, który powoduje, że sygnały w linii przesyłowej, jaką stanowi układ doprowadzający 16, 18, są przetwarzane z niesymetrycznych, przy bliskim końcu anteny, na sygnały symetryczne w położeniu osiowym, w przybliżeniu w płaszczyźnie górnej krawędzi 20U przewodzącej tulei 20. Aby osiągnąć ten efekt, długość I_B przewodzącej tulei 20 powinna być taka, aby w obecności materiału rdzenia o stosunkowo dużej względnej stałej dielektrycznej, układ równoważący miał długość elektryczną λ/4 dla roboczej częstotliwości anteny. Ponieważ materiał rdzenia anteny skraca długość elektryczną a pierścieniowa przestrzeń wokół wewnętrznego przewodu 18 jest wypełniona izolującym materiałem dielektrycznym (tulejąizolacyjną 17) o stosunkowo niewielkiej stałej dielektrycznej, układ doprowadzający 16,18 oddalony od przewodzącej tulei 20 ma krótką długość elektryczną. W konsekwencji sygnały na oddalonym końcu układu doprowadzającego 16,18 są co najmniej w przybliżeniu symetryczne. (Stała dielektryczna izolacji w półsztywnym kablu jest zwykle znacznie mniejsza niż stała dielektryczna ceramicznego materiału rdzenia. Przykładowo, względna stała dielektryczna ε_Γ materiału PTFE - policzterofluoroetylenu - wynosi około 2,2).

Częstotliwość główna rezonansowa anteny wynosi 500 MHz lub więcej. Tę częstotliwość rezonansową wyznaczają głównie skuteczne długości elektryczne elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D, a w mniejszym stopniu ich szerokość. Długości tych elementów dla danej częstotliwości rezonansu są również zależne od względnej stałej dielektrycznej materiału rdzenia 12. Wymiary anteny według wynalazku są znacznie mniejsze niż wymiary podobnie skonstruowanej anteny z rdzeniem powietrznym.

Korzystnym materiałem na rdzeń 12 jest materiał na bazie tytanianu cyrkonu. Materiał ten ma względną stałą dielektryczną 36, a ponadto charakteryzuje się stałością wymiarów i stabilnością elektrycznąprzy zmianach temperatury. Straty dielektryczne sąpomijalme małe. Rdzeń z takiego materiału może być wytwarzany przez wytłaczanie lub prasowanie.

Konstrukcję elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, lODRstanowiąmetalowe ścieżki przewodzące spojone z zewnętrznąpowierzchnią cylindryczną i powierzchniami czołowymi rdzenia 12. Każda ścieżka ma szerokość co najmniej czterokrotnie większą niż jej grubość, na całej długości roboczej.

Ścieżki mogą być wykonane przez pokrycie początkowo całej powierzchni rdzenia 12 warstwą metaliczną a następnie selektywne wytrawianie tej warstwy w celu odsłonięcia części powierzchni rdzenia zgodnie ze wzorem nałożonym drogą fotograficzną podobnie jak to stosuje się przy trawieniu płytek drukowanych. Alternatywnie, materiał metaliczny można nałożyć na powierzchnię rdzenia przez selektywne napylanie lub za pomocą drukowania. We wszystkich przypadkach, utworzenie ścieżek jako integralnej warstwy na zewnętrznej powierzchni wymiarowo ustabilizowanego rdzenia daje antenę posiadającą wymiarowo ustabilizowane elementy antenowe.

180 221

W przypadku materiału rdzenia o znacznie większej względnej stałej dielektrycznej niż stała dielektryczna powietrza, np. przy ε_Γ = 36, dla odbioru pasma L globalnego systemu określania położenia GPS przy częstotliwości 1575 MHz, średnica rdzenia anteny ma około 5 mm, a przebiegające wzdłużnie elementy antenowe 10A, 10B, 10C, 1 OD mają zasięg (mierzony równolegle do osi środkowej) około 8 mm. Szerokość elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D wynosi około 0,3 mm, a meandrujące elementy antenowe 10B, 10D odchylają się od linii spiralnej nawet o około 0,9 mm po obu stronach tej linii, mierząc względem środka meandrującego ścieżki. Zwykle każdy element antenowy 10B, 10D składa się z pięciu pełnych sinusoidalnych cykli meandra, co daje różnicę fazy 90° pomiędzy dłuższym i krótszym elementem antenowym 10B, 10A. Przy częstotliwości 1575 MHz długość tulei 22 układu równoważącego wynosi 8 mm lub mniej. Wymiary charakterystyczne anteny, odniesione do roboczej długości fali λ w powietrzu, wynoszą: długość przebiegających wzdłużnie (osiowo) elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 1 OD - 0,042λ; średnica rdzenia - 0,026λ, długość tulei układu równoważącego - 0,042λ lub mniej; szerokość ścieżki 0,002λ, a odchylenia meandrujących ścieżek - do 0,005λ. Dokładne wymiary elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D można określić na tym etapie konstrukcji drogą prób i błędów przeprowadzając pomiary wartości własnej opóźnienia aż do uzyskania żądanej różnicy faz.

Naogółjednak, wzdłużny wymiar elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D mieści się w granicach 0,03λ - 0,06λ; średnica rdzenia - w granicach 0,02λ - 0,03λ; wysokość tulei układu równoważącego - w granicach 0,03λ - 0,06λ; szerokość ścieżki - w granicach 0,0015λ - 0,0025λ, a odchylenie meandrujących ścieżek - do 0,0065λ.

Na skutek bardzo małych wymiarów anteny tolerancje produkcyjne mogą być takie, że dokładność, z jaką częstotliwość rezonansowa anteny może być utrzymywana, jest dla niektórych zastosowań niewystarczająca. Wtedy regulację częstotliwości rezonansowej można przeprowadzać przez usuwanie z powierzchni rdzenia części materiału metalicznego pokrycia. Przykładowo, przez żłobienie laserem części przewodzącej tulei 20 układu równoważącego w miejscu, gdzie styka się ona z jednym lub z kilkoma elementami antenowymi 10A, 10B, 10C, 10D, jak pokazano na fig. 3. Przewodząca tuleja 20 została tu wydrążona tak, że powstały zagłębienia 28 po każdej stronie połączenia z elementem antenowym 10A. W ten sposób element antenowy 10 A został przedłużony i została zmniejszona j ego częstotliwość rezonansowa. Alternatywnie, materiał metaliczny może być usuwany chemicznie przez wytrawianie, np. z zastosowaniem maski z otworem lub otworami usytuowanymi w miejscach, gdzie materiał ma być wytrawiony. Można również stosować usuwanie materiału przez śrutowanie. Niewielkie cząstki ściernego materiału są wystrzeliwane z cienkiej dyszy w kierunku metalowych części, które mają być poddane erozji. Do ochrony otaczającego materiału można stosować perforowaną maskę.

Istotnym źródłem powodowania zmian częstotliwości rezonansowej jest zmienność względnej stałej dielektrycznej materiału rdzenia w zależności od partii materiału. Dlatego też, według korzystnego sposobu wytwarzania anten, z każdej nowej partii materiału ceramicznego wytwarza się najpierw tylko niewielką próbkę testowych rezonatorów, o wymiarach nominalnych rdzenia anteny.

Jak pokazano na fig. 4, testowy rdzeń 12T, oprócz nałożonej tulei 20T układu równoważącego ma również powleczonąbliższąpowierzchnię czołową 12PT. Wewnętrzny kanał 14T testowego rdzenia 12T może być powleczony galwanicznie częściowo, pomiędzy bliższąpowierzchnią czołową 12PT rdzenia 12T, a poziomem górnej krawędzi 20UT tulei 12T układu równoważącego. Może też być powleczony na całej swej długości metalizowaną warstwą 16T. Zewnętrzna powierzchnia rdzenia 12T znajdująca się z dala od tulei 20T układu równoważącego jest pozostawiona bez powłoki galwanicznej.

Rdzeń 12T o wymiarach nominalnych prasuje się lub wytłacza z partii materiału ceramicznego. Na rdzeń 12T nakłada się tuleję 20T układu równoważącego o mminalnej długości osiowej. Struktura ta stanowi rezonator ćwierćfalowy rezonujący przy długości fali λ odpowia

180 221 dającej, w przybliżeniu, czterem długościom elektrycznym tulei 20T, gdy zasilanie jest przy bliższym końcu kanału 14T stykającym się z bliską powierzchnią czołową 12PT rdzenia.

Następnie mierzy się częstotliwość rezonansową rezonatora testowego 32T (fig. 5) dołączając go do źródła zmiennej częstotliwości 30S analizatora sieci 30 za pomocą kabla współosiowego 34, z którego końcówki 34E usunięto ekran zewnętrzny. Końcówkę 34E kabla współosiowego 34 wprowadza się w bliższy koniec kanału 14T rdzenia 12T (fig. 4), a zewnętrzny ekran kabla współosiowego 34 dołącza się do metalizowanej warstwy 16T kanału 14T przy bliskiej powierzchni czołowej 12PT rdzenia 12T. Wewnętrzny przewód kabla współosiowego 34 jest usytuowany w przybliżeniu centralnie w kanale 14T, zapewniając sprzężenie pojemnościowe źródła zmiennej częstotliwości 30S wewnątrz kanału 14T. Drugi kabel współosiowy 36 jest dołączony do zacisku powrotnego sygnału 30R analizatora sieci 30. Końcówka 36E tego kabla współosiowego 36, z której także usunięto zewnętrzny ekran jest wprowadzona w odległy koniec kanału 14T rdzenia 12T. Analizator sieci 30 jest ustawiony na pomiar transmisji sygnału między źródłem zmiennej częstotliwości 3OS a zaciskiem powrotnym sygnału 30R. Podczas tego pomiaru charakterystyczną nieciągłość obserwuje się przy ćwierci fali częstotliwości rezonansowej. Alternatywnie, analizator sieci 30 może być ustawiony na pomiar sygnału odbitego przy źródle zmiennej częstotliwości 30S stosując układ z jednym kablem (fig. 6). Znowu obserwuje się częstotliwość rezonansową.

Rzeczywista częstotliwość rezonansu rezonatora testowego 32T zależy od względnej stałej dielektrycznej materiału ceramicznego z jakiego wykonany jest rdzeń 12T. Otrzymana doświadczalnie lub obliczona zależność pomiędzy pewnym wymiarem tulei 20T układu równoważącego, np. jej długością osiową, z jednej strony, a częstotliwością rezonansową, z drugiej strony, wykorzystuje się do określenia jak ten wymiar należy zmieniać w celu uzyskania żądanej częstotliwości rezonansowej dla danej partii materiału ceramicznego. Zmierzoną częstotliwość można zatem wykorzystać do obliczenia potrzebnego wymiaru tulei 20T układu równoważącego dla wszystkich anten, które mają być wykonane z tej partii materiału ceramicznego.

Ta sama zmierzona częstotliwość, otrzymana dla zwykłego rezonatora testowego 32T, może być wykorzystana do regulowania wymiarów konstrukcji elementów promieniujących anteny, w szczególności do regulowania osiowej długości elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D pokrywających cylindryczną zewnętrzną powierzchnię rdzenia 12 powyżej tulei 20 (oznaczenia z fig. 1 i 2). Taką kompensację zmian względnej stałej dielektrycznej pomiędzy poszczególnymi partiami materiału ceramicznego można uzyskać przez regulowanie długości całkowitej rdzenia 12 jako funkcji częstotliwości rezonansowej otrzymanej dla rezonatora testowego 32T.

Wykorzystując opisany powyżej sposób można, w zależności od dokładności z jaką charakterystyki częstotliwościowe anteny powinny być ustawione, zrezygnować z operacji laserowego dostrajania, opisanej w odniesieniu do fig. 3. Chociaż możliwe jest użycie kompletnej anteny jako próbki testowej, to jednak stosowanie rezonatora testowego 32T bez konstrukcji elementów promieniujących (fig. 4), ma tę zaletę, że pozwala na wykrycie i zmierzenie pojedynczego rezonansu, pod nieobecność rezonansów zakłócających związanych z konstrukcją promieniującą.

Układ równoważący anteny jest nałożony na ten sam rdzeń 12 co elementy antenowe 10A, 10B, 10C, 1 OD i uformowany równocześnie z elementami antenowymi 10A, 10B, 10C, 1 OD. Jest więc integralny z resztą anteny co zapewnia jej wytrzymałość i stabilność elektryczną. Ponieważ układ równoważący anteny stanowi zewnętrzną powłokę bliskiej części rdzenia 12, może służyć do bezpośredniego montowania anteny na płytce drukowanej, jak pokazano na fig. 2.

Przykładowo, antena może być montowana w ten sposób, że bliska powierzchnia czołowa 12P rdzenia 12 jest bezpośrednio lutowana do płaszczyzny ziemi na górnej powierzchni płytki drukowanej 24, pokazanej liniami przerywanymi na fig. 2. Wewnętrzny przewód 18 układu doprowadzającego 16, 18 przechodzi bezpośrednio przez otwór metalizowany 26 w płytce druko

180 221 wanej 24 i przylutowuje się go do ścieżki przewodzącej na dolnej powierzchni płytki drukowanej 24. Ponieważ przewodząca tuleja 20 układu równoważącego wykonana jest na litym rdzeniu z materiału posiadającego dużą względną stałą dielektryczną]ej wymiary, dla osiągnięcia żądanego przesunięcia fazy 90°, są znacznie mniejsze niż wymiary odpowiedniego układu równoważącego w powietrzu. Odległość elektryczna pomiędzy wykładziną przewodzącą 16 układu doprowadzającego przy odległym końcu rdzenia 12 a górną krawędzią 20U przewodzącej tulei 20 wynosi λ/4. W rezultacie krawędź 20U jest elektrycznie odizolowana od ziemi. Prądy w elementach antenowych 10A, 10B, 10C, 10D spiralnych przepływają pierścieniowo przy górnej krawędzi 20U i sumują się do zera.

Możliwe jest też stosowanie alternatywnego układu równoważącego i układu doprowadzającego anteny. Przykładowo, układ doprowadzający może być związany z rdzeniem antenowym 12, a układ równoważący zamontowany przynajmniej częściowo na zewnątrz rdzenia antenowego 12. Układ równoważący jest wtedy zrealizowany przez podzielenie współosiowego kabla zasilającego na dwie współosiowe linie transmisyjne działające równolegle, z których jedna jest dłuższa niż druga o długość elektryczną λ/2. Drugie końce przewodów wewnętrznych tych równolegle połączonych współosiowych linii transmisyjnych są dołączone do pary przewodów wewnętrznych, przechodzących przez kanał 14 rdzenia 12, dołączonych do odpowiednich par promieniowych elementów antenowych 10AR, lOBRi 10CR, 10DR.

Inne rozwiązanie polega na tym, że elementy antenowe 10A, 10B, 10C, 10D są uziemione bezpośrednio do przewodu pierścieniowego przy bliskiej krawędzi powierzchni cylindrycznej rdzenia 12. Układ równoważący jest utworzony przez przedłużenie układu doprowadzającego mającego kabel współosiowy uformowany, przykładowo, w spiralę na bliskiej powierzchni czołowej 12P rdzenia 12. Kabel ten przebiega spiralnie na zewnątrz od przelotowego kanału 14 rdzenia 12 do spotkania z przewodem pierścieniowym przy zewnętrznej krawędzi bliskiej powierzchni czołowej 12P rdzenia 12, a ekran kabla jest dołączony do tego przewodu pierścieniowego. Długość kabla pomiędzy przelotowym kanałem 14 rdzenia 12 a połączeniem z przewodem pierścieniowym jest dobrana na wartość λ/4 (długość elektryczna) przy częstotliwości roboczej.

Wszystkie te rozwiązania dotyczą anteny dla sygnałów spolaryzowanych kołowo, ale jest ona również czuła na sygnały o polaryzacji zarówno pionowej jak i poziomej. Jednakże, jeżeli antena nie jest specjalnie przeznaczona do sygnałów o polaryzacji kołowej, układ równoważący można pominąć. Antena może być dołączona bezpośrednio do prostego współosiowego doprowadzenia antenowego. Wewnętrzny przewód doprowadzenia antenowego dołącza się do wszystkich czterech promieniowych elementów antenowych 10AR, 10BR, 10CR, lODRprzy oddalonej powierzchni czołowej 12D rdzenia 12, a ekran współosiowego doprowadzenia antenowego łączy się ze wszystkimi czterema przebiegającymi wzdłużnie elementami antenowymi 10A, 10B, 10C, 1 OD poprzez promieniowe przewody na bliskiej powierzchni czołowej 12P rdzenia 12.

W rzeczywistości, przy mniej krytycznych zastosowaniach, elementy 10A, 10B, 10C, 10D nie muszą mieć kształtu spiralnego, lecz wystarczy jedynie, by konstrukcja elementów antenowych 10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, lODRjako całość, zawierająca elementy i ich połączenia z układem doprowadzającym, była konstrukcją trój wymiarową, tak aby reagowała na sygnały o polaryzacji zarówno pionowej jaki poziomej. Możliwe jest przykładowo zastosowanie konstrukcji elementów antenowych złożonej z dwu lub więcej elementów antenowych, z których każdy ma gómąłączącączęść promieniową, jak w przedstawionym przykładzie wykonania, oraz ma podobną doInąłączącą część promieniową, a także część prostoliniową łączącą te części promieniowe, równoległą do osi środkowej. Możliwe są również inne konfiguracje.

Jeśli chodzi o układ doprowadzający wewnątrz rdzenia 12, w pewnych okolicznościach może być korzystne stosowanie wstępnie ukształtowanego kabla współosiowego wprowadzone

180 221 go do wnętrza kanału 14. Kabel ten wychodzi przy przeciwległym końcu rdzenia niż ten, na którym sąumieszczone promieniowe elementy antenowe 10AR, 10BR, 10CR, 10DR, aby połączyć się z obwodem odbiornika, np. w sposób inny niż przez bezpośrednie połączenie z płytką obwodu drukowanego (fig. 2). W takim przypadku zewnętrzny ekran kabla powinien być dołączony do metalowej wykładziny 16 kanału 14 w dwóch, a korzystnie w większej liczbie miejsc usytuowanych w odstępach od siebie.

Ta prosta konstrukcjajest szczególnie przydatna w telefonii komórkowej. Istotnązaletą anteny do trzymanych w ręku ruchomych telefonów jest to, że dielektryczny rdzeń w znacznym stopniu pozwala na uniknięcie odstrojenia, kiedy antena jest usytuowana w pobliżu głowy użytkownika. Jest to zaleta dodatkowa oprócz zalet niewielkich wymiarów i wytrzymałości.

W większości zastosowań antena jest zamknięta w osłonie ochronnej, która jest zwykle cienkim plastikowym pokryciem otaczającym antenę z wolnąprzestrzemąmiędzy nimi lub bez niej.

180 221

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz zawierająca trójwymiarową konstrukcję elementów antenowych, umieszczonąna lub przylegającą do elektrycznie izolującej powierzchni i ograniczającą wewnętrzną przestrzeń, oraz dołączony do tej konstrukcji i przechodzący przez jej wewnętrzną przestrzeń układ doprowadzający, znamienna tym, że większą część wewnętrznej przestrzeni konstrukcji elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR) zajmuje elektrycznie izolujący rdzeń (12) stanowiący bryłę litego materiału o względnej stałej dielektrycznej > 5, którego zewnętrzna powierzchnia jest elektrycznie izolującąpowierzchnią zaś w przechodzącym przez bryłę litego materiału rdzenia (12) przelotowym kanale (14) jest umieszczony układ doprowadzający (16,18).
2. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że konstrukcja elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR) ma zrównoważone źródło lub obciążenie
3. Antena według zastrz. 2, znamienna tym, że ma integralny układ równoważący.
4. Antena według zastrz. 3, znamienna tym, że integralny układ równoważący jest uformowany w postaci przewodzącej tulei (20) otaczającej część powierzchni rdzenia (12) od miejscapołączenia tulei (20) zukładem doprowadzającym (16,18), znajdującego się przy końcu rdzenia (12) przeciwległym w stosunku do miejsca połączenia układu doprowadzającego (16,18) z konstrukcją elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR).
5. Antena według zastrz. 4, znamienna tym, że układ doprowadzający (16,18) jest uformowany jako kombinacja przewodu wewnętrznego (18) w tulei izolacyjnej (17) umieszczonych w przelotowym kanale (14) przechodzącym przez rdzeń (12), a także ekranu przewodu współosiowego stanowiącego wykładzinę (16) ściany kanału (14) i połączonego z przewodzącą tuleją (20) przy przeciwległym końcu rdzenia (12).
6. Antena według zastrz. 4, znamienna tym, że układ doprowadzający (16,18) stanowi kabel współosiowy umieszczony w przelotowym kanale (14) przechodzącym przez rdzeń (12), a przewód ekranujący kabla jest połączony z przewodzącą tuleją (20) przy przeciwległym końcu rdzenia (12).
7. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że ma wspólny przewód łączący elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) konstrukcji elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR), który jest uformowany jako przewodząca tuleja (20) wokół części rdzenia (12).
8. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) konstrukcji elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR) stanowią powłokę o osi zgodnej ze środkową osią wzdłużną anteny, a układ doprowadzający (16,18) znajduje się w osi anteny.
9. Antena według zastrz. 8, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) stanowią cylindryczną powłokę współosiową rdzenia (12) mającego kształt cylindra.
10. Antena według zastrz. 8, znamienna tym, że układ doprowadzający (16,18) jest umieszczony w osiowym przelotowym kanale (14) litego cylindrycznego rdzenia (12).
11. Antena według zastrz. 10, znamienna tym, że lity materiał rdzenia (12) zajmuje co najmniej 50% wewnętrznej przestrzeni powłoki, którą stanowią elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) pokrywające zewnętrzną powierzchnię cylindryczną rdzenia (12).

180 221
12. Antena według zastrz. 8 albo 9, albo 10, albo 11, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) stanowią metalowe ścieżki przewodzące spojone z zewnętrznąpowierzchnią rdzenia (12).
13. Antena według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, znamienna tym, że materiał rdzenia (12) stanowi ceramika.
14. Antena według zastrz. 13, znamienna tym, że względna stała dielektryczna materiału rdzenia (12) jest> 10.
15. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że długość cylindrycznego rdzenia (12) z litego materiału jest co najmniej taka jak średnica zewnętrzna anteny, a średnica rdzenia (12) wynosi co najmniej 50% średnicy zewnętrznej anteny.
16. Antena według zastrz. 15, znamienna tym, że rdzeń (12) ma postać rury z osiowym przelotowym kanałem (14) mającym średnicę mniejszą niż połowa całkowitej średnicy rury, w którym to kanale (14) znajduje się wykładzina przewodząca.
17. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że konstrukcja elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D, 10AR, 10BR, 10CR, 10DR) zawiera elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) przebiegające od miejsca połączenia z układem doprowadzającym (16,18), znajdującego się przy jednym końcu rdzenia (12), do wspólnego przewodu połączeniowego dołączonego do układu doprowadzającego (16,18) przy drugim końcu rdzenia (12), zaś układ doprowadzający (16,18) przebiega wzdłuż osi rdzenia.
18. Antena według zastrz. 15 albo 16, albo 17, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) mająpostać spiralnych metalowych ścieżek na zewnętrznej powierzchni rdzenia (12), które mają zasadniczo jednakowy zasięg w kierunku osiowym.
19. Antena według zastrz. 18, znamienna tym, że każdy element antenowy (10A, 10B, 10C, 10D) spiralny jest dołączony jednym końcem do układu doprowadzającego (16,18) a drugim końcem jest dołączony do co najmniej jednego z pozostałych elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) spiralnych.
20. Antena według zastrz. 19, znamienna tym, że połączenia z elementami doprowadzającymi (16,18) są wykonane za pomocąprzewodzących promieniowych elementów antenowych (10AR, 10BR, 10CR, 10DR), a każdy element antenowy (10A, 10B, 10C, 10D) spiralny jest dołączony do ziemi lub do przewodu masy pozornej, który jest wspólny dla wszystkich elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) spiralnych.
21. Antena według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 19, albo 20, znamienna tym, że długość elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) wynosi od 0,03λ do 0,06λ, a średnica rdzenia (12) mieści się w granicach od 0,02λ do 0,03λ, gdzie λ jest długościąrobocząfali anteny w powietrzu.
22. Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz zawierająca elementy antenowe połączone z układem doprowadzającym, znamienna tym, że ma wykonany z materiału mającego względną stałą dielektryczną > 5 lity elektrycznie izolujący rdzeń (12), wzdłuż którego centralnej osi przechodzi układ doprowadzający (16,18), a elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) umieszczone na zewnętrznej powierzchni rdzenia (12) są połączone z układem doprowadzającym (16,18) przy jednym końcu rdzenia (12) i przebiegają w kierunku przeciwległego końca rdzenia (12) do wspólnego przewodu połączeniowego.
23. Antena według zastrz. 22, znamienna tym, że rdzeń (12) ma stały zewnętrzny przekrój poprzeczny w kierunku osiowym, a elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) są przewodami usytuowanymi na powierzchni rdzenia (12).
24. Antena według zastrz. 23, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) będące przewodami przebiegają wzdłuż części rdzenia (12) mającego stały przekrój zewnętrzny i sąpołączone z układem doprowadzającym (16,18) przy jednym końcu rdzenia (12) za pomocąprzewodzących promieniowych elementów antenowych (10 AR, 10BR, 10CR, 10DR).
25. Antena według zastrz. 24, znamienna tym, że integralny układ równoważący jest uformowany w postaci przewodzącej tulei (20) obejmującej część długości rdzenia (12) od połączenia z układem doprowadzającym (16,18) przy przeciwległym końcu rdzenia (12).

180 221
26. Antena według zastrz. 25, znamienna tym, że przewodząca tuleja (20) układu równoważącego stanowi wspólny przewód dla przewodzących przebiegających wzdłużnie elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D), zaś układ doprowadzający (16,18) stanowi kabel współosiowy mający przewód wewnętrzny i zewnętrzny przewód ekranujący, do którego jest dołączona przewodząca tuleja (20) układu równoważącego przy przeciwległym końcu rdzenia (12).
27. Antena według zastrz. 22 albo 23, albo 24, albo 25, albo 26, znamienna tym, że na zewnętrznej cylindrycznej powierzchni litego rdzenia (12) przebiegają wzdłużnie co najmniej cztery elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) połączone z przewodami układu doprowadzającego (16,18) za pomocą odpowiadających im promieniowych elementów antenowych (10AR, 10BR, 10CR, 10DR) znajdujących się na powierzchni czołowej oddalonego końca rdzenia (12).
28. Antena według zastrz. 27, znamienna tym, że przebiegające wzdłużnie elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) mają różne długości.
29. Antena według zastrz. 28, znamienna tym, że dwa spośród czterech przebiegających wzdłużnie elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) są ukształtowane na zewnętrznej powierzchni rdzenia (12) w postaci ścieżek meandrowych i długość ich jest większa niż długość pozostałych dwóch elementów antenowych.
30. Antena według zastrz. 29, znamienna tym, że każdy z czterech przebiegających wzdłużnie elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) ma kształt zasadniczo linii spiralnej, zaś dwa dłuższe elementy antenowe są ukształtowane w postaci ścieżek meandrowych i odchylają się w obie strony od linii spiralnej.
31. Antena według zastrz. 28 albo 29, albo 30, znamienna tym, że promieniowe elementy antenowe (10AR, 10BR, 10CR, 10DR), łączące przebiegające wzdłużnie elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) z układem doprowadzającym (16,18) na czołowej powierzchni rdzenia (12), sąwspółpłaszczyznowe.
32. Antena według zastrz. 22 albo 23, albo 24, albo 25, albo 26, albo 28, albo 29, albo 30, znamienna tym, że długość elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) wynosi od 0,03λ do 0,06λ, a średnica rdzenia mieści się w granicach od 0,02λ do 0,03λ, gdzie λ jest długościąroboczą fali anteny w powietrzu.
3 3. Antena według zastrz. 24, znamienna tym, że ma integralny układ równoważący uformowany w postaci przewodzącej tulei (20) obejmującej część długości rdzenia (12) od połączenia z układem doprowadzającym (16,18) przy przeciwległym końcu rdzenia (12), zaś elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) majądługość od 0,03λ do 0,06λ, średnica rdzenia mieści się w granicach 0,02λ -0,03λ, a długość tulei (20) układu równoważącego wynosi od 0,03λ do 0,06λ, gdzie λ oznacza roboczą długość fali anteny w powietrzu.
34. Antena według zastrz. 33, znamienna tym, że przewodząca tuleja (20) układu równoważącego stanowi wspólny przewód dla przewodzących przebiegających wzdłużnie elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D), zaś układ doprowadzający (16,18) stanowi kabel współosiowy mający przewód wewnętrzny i zewnętrzny przewód ekranujący, do którego jest dołączona przewodząca tuleja (20) układu równoważącego przy przeciwległym końcu rdzenia (12).
35. Antena według zastrz. 22, znamienna tym, że wspólnym przewodem połączeniowym jest przewodząca tuleja (20) otaczająca część rdzenia (12).
36. Antena według zastrz. 35, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) i przewodząca tuleja (20) znajdują się na zewnętrznej powierzchni rdzenia (12).
37. Antena według zastrz. 36, znamienna tym, że elementy antenowe (10A, 10B, 10C, 10D) stanowiąprzebiegające osiowo przewody połączone z układem doprowadzającym (16,18) za pomocą przewodzących promieniowych elementów antenowych (10AR, 10BR, 10CR, 10DR) przebiegających promieniowo od osi rdzenia (12) i usytuowanych na powierzchni czołowej (12D) rdzenia (12).
38. Antena do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz, zawierająca konstrukcję elementów antenowych w postaci wielu elementów spiralnych utworzonych jako linie spiralne o wspólnej środkowej osi, osiowo ukształtowany układ doprowadzający mający wewnętrzny przewód doprowadzający i zewnętrzny przewód ekranujący, którego jeden koniec jest połączony z

180 221 każdym elementem spiralnym przy oddalonym końcu układu doprowadzającego, a drugi koniec jest dołączony do wspólnej ziemi lub przewodu masy pozornej, znamienna tym, że układ równoważący stanowi przewodząca tuleja (20) usytuowana współosiowo wokół układu doprowadzającego (16, 18) i oddzielona od zewnętrznego ekranu układu doprowadzającego współosiową warstwą materiału izolującego mającego względną stałą dielektryczną> 5, zaś bliższy koniec przewodzącej tulei (20) jest dołączony do zewnętrznego ekranu układu doprowadzającego (16, 18).
39. Antena według zastrz. 38, znamienna tym, że przewodząca tuleja (20) układu równoważącego stanowi wspólny przewód uziemiający każdego elementu antenowego (10A, 10B, 10C, 10D) spiralnego kończącego się przy oddalonej krawędzi (20U) przewodzącej tulei (20).
40. Antena według zastrz. 38, znamienna tym, że oddalona krawędź (20U) przewodzącej tulei (20) jest obwodem otwartym, a wspólny przewód jest zewnętrznym ekranem układu doprowadzającego (16,18).
41. Sposób wytwarzania anteny do pracy przy częstotliwości większej niż 200 MHz, zawierającej trój wymiarową konstrukcję elementów antenowych ograniczającą wewnętrzną przestrzeń, dołączony do tej konstrukcji układ doprowadzający oraz elektrycznie izolujący rdzeń wykonany z litego materiału o względnej stałej dielektrycznej > 5, przy tym konstrukcja elementów antenowych jest umieszczona na lub przylega do zewnętrznej powierzchni rdzenia, przez który przechodzi układ doprowadzający, a lity materiał rdzenia zajmuje większą część wewnętrznej przestrzeni anteny, znamienny tym, że z materiału dielektrycznego formuje się rdzeń antenowy (12) w postaci litej cylindrycznej bryły z przelotowym kanałem (14) o średnicy mniejszej niż połowa średnicy bryły i metalizuje się zewnętrzną powierzchnię rdzenia według uprzednio określonego wzoru.
42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że w czasie metalizacji powleka się zewnętrzną powierzchnię rdzenia (12) materiałem metalicznym, a następnie usuwa się część metalicznej powłoki pozostawiając uprzednio określony wzór.
43. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że w czasie metalizacji formuje się maskę zawierającąnegatyw uprzednio określonego wzoru i osadza się materiał metaliczny na zewnętrznej powierzchni rdzenia (12) zasłaniając maską część rdzenia tak, że materiał metaliczny nakłada się według uprzednio określonego wzoru.
44. Sposób wytwarzania wielu anten do pracy przy częstotliwości powyżej 200 MHz, zawierających elementy antenowe, dołączony do tych elementów układ doprowadzający oraz elektrycznie izolujący rdzeń wykonany z litego materiału o względnej stałej dielektrycznej> 51 o stałym przekroju poprzecznym, przez który przechodzi układ doprowadzający wzdłuż jego centralnej osi, a elementy antenowe są przewodami umieszczonymi na zewnętrznej powierzchni rdzenia połączonymi z układem doprowadzającym przy jednym końcu rdzenia i przebiegają w kierunku przeciwległego końca rdzenia do wspólnego przewodu połączeniowego w formie tulei otaczającej część rdzenia, znamienny tym, że z porcji materiału dielektrycznego wykonuje się co najmniej jeden testowy rdzeń antenowy (12T), metalizuje się na rdzeniu tuleję (20T) układu równoważącego o uprzednio określonym wymiarze nominalnym odpowiadającym częstotliwości rezonansowej, mierzy się częstotliwość rezonansową, reguluje się wielkość tulei (20T) układu równoważącego do otrzymania żądanej częstotliwości rezonansowej układu równoważącego i wyznacza się co najmniej jeden wymiar elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D) zapewniający żądaną charakterystykę częstotliwościową elementów antenowych (10A, 10B, 10C, 10D), następnie wytwarza się z tej samej porcji materiału wiele anten z tuleją(20) układu równoważącego i z elementami antenowymi (10A, 10B, 10C, 10D) posiadającymi wyznaczone wymiary.

180 221