專利名稱：加有涂層的天線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加有涂層天線及其制造方法。更加具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種加有涂層的天線，它利用導(dǎo)電涂層代替常規(guī)天線的金屬部分并用介電涂層代替常規(guī)天線之介電層。
背景技術(shù)：
軍事上需要外形小、成本低、維護(hù)費(fèi)用低的天線，這樣的天線能夠平齊地安裝在各種類型的陸地上、空中和水上的臺(tái)架上，其中包括(但不限于)坦克、飛機(jī)、船只、甚至布質(zhì)物品中。航空工業(yè)現(xiàn)在可提供外形小的機(jī)械掃描的相控陣列?，F(xiàn)在還可獲得能以非常低的成本提供較寬掃描覆蓋區(qū)的、外形小的機(jī)械掃描天線。相控陣列和機(jī)械式天線都適合于不同臺(tái)架的要求。這兩者都被認(rèn)為是表面安裝的外形小的天線。
雖然利用飛機(jī)結(jié)構(gòu)作為輻射天線的一個(gè)實(shí)際部分是極具誘惑力的，但在大多數(shù)情況下這是不切實(shí)際的。把天線設(shè)施和臺(tái)架的制造結(jié)合在一起，可以簡(jiǎn)化制造過(guò)程，并能降低成本；然而，飛機(jī)的材料和形狀不可能與天線的設(shè)計(jì)要求完全一致。
先前曾提出過(guò)微帶插片(patch)天線。微帶天線的例子是美國(guó)專利US 4,812,853(Negev)、美國(guó)專利US 5,008,681(Cavallaro等人)、美國(guó)專利US 5,355,142(Marshall等人)。然而，微帶插片天線在VHF/UHF情況下的效率較低。還有，微帶插片天線的固有的頻段較窄(只有百分之幾)，因此使它們不適合于大多數(shù)的VHF/UHF下的通信應(yīng)用。在一般情況下，為了構(gòu)成一個(gè)高效的輻射體，天線必須是共振的。因此，天線的尺寸必須接近它的工作波長(zhǎng)之半。在VHF/UHF下，這可能是幾米到幾十米。因?yàn)樵谥T如飛機(jī)之類的臺(tái)架上實(shí)際地盤(pán)的限制，在1GHz以下很少使用微帶插片天線。
總之，頻率低于1GHz的微帶插片天線在空間系統(tǒng)中的應(yīng)用極其有限。在確實(shí)存在的這些應(yīng)用中，使用現(xiàn)有技術(shù)制造的天線有可能平齊地安裝在現(xiàn)存的飛機(jī)的臺(tái)架上。但將它們集成在飛機(jī)結(jié)構(gòu)里(從而使它們成為空中臺(tái)架的一部分)在技術(shù)上卻是極其困難的，并且不能在性能上或成本上提供任何好處。
在微波和EHF頻段，微帶插片天線有很大的好處。它們薄、重量輕、而且外形小，并且它們的帶寬的5-10％就足以滿足大多數(shù)COM和雷達(dá)的應(yīng)用。通過(guò)在其頂部附加帶有無(wú)源插片另一個(gè)介電層，還可以進(jìn)一步增加帶寬。進(jìn)而，可將單個(gè)的插片聯(lián)合成一組輻射元件，可以得到眾所周知的相控陣列天線。微帶插片的相控陣列可以提供優(yōu)異的性能，例如高增益、可電控、獨(dú)立的多個(gè)輻射束、頻率的靈活性、自適應(yīng)的模式控制、數(shù)字式的輻射束成形、等等。雖然插片的設(shè)計(jì)似乎簡(jiǎn)單，但它們的通常由多層板構(gòu)成的精確物理結(jié)構(gòu)要求特定的基板材料。然而，常規(guī)的平板形PC板技術(shù)不能應(yīng)用到陡峭的雙曲的飛機(jī)表面上，如飛機(jī)機(jī)翼、飛機(jī)機(jī)體等。
本發(fā)明涉及的正是這些目的以及其它目的的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種加有涂層類的天線，它們不僅能夠應(yīng)用于平直的表面上，而且能夠應(yīng)用于陡峭的或雙曲臺(tái)架上，如飛機(jī)機(jī)翼、飛機(jī)機(jī)體及飛機(jī)的其它表面上、聲納圓頂、其它船只表面、各種類型的運(yùn)輸工具。加有涂層的天線還可以應(yīng)用于靜止表面，如建筑物等。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種天線，它能夠應(yīng)用于基板上，但不致引起基板結(jié)構(gòu)損傷或其它物理?yè)p傷。
本發(fā)明的上述目的和其它目的是通過(guò)提供加于一個(gè)結(jié)構(gòu)上、并包括一系列導(dǎo)電涂層和介電涂層的天線，以及通過(guò)使用一系列導(dǎo)電涂層和介電涂層將天線加于一個(gè)結(jié)構(gòu)上的方法實(shí)現(xiàn)的。所述方法允許在現(xiàn)存之臺(tái)架上非破壞性地應(yīng)用天線，以接收和發(fā)送電磁信號(hào)。可將所述天線應(yīng)用于諸如鋁、鋼、金屬合金、復(fù)合結(jié)構(gòu)、由纖維加強(qiáng)的塑料、聚碳酸酯、丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、纖維玻璃、現(xiàn)存涂層系統(tǒng)、紡織織物以及紙等表面上。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種天線包括；加于基板結(jié)構(gòu)上，如彎曲之飛機(jī)表面上的導(dǎo)電涂層后板或底板(取決于天線是GPS或其它微帶天線)；加于導(dǎo)電涂層后板或底板之外表面上的不導(dǎo)電介電涂層；以及加于介電涂層的外表面上的導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件(也取決于天線是GPS或其它微帶天線)。同軸電纜的中央導(dǎo)線或同軸連接器的插針穿過(guò)導(dǎo)電涂層后板或底板或微帶陣列或輻射元件，并與其絕緣，但與導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列接觸，以便發(fā)送來(lái)自于天線的信號(hào)。
導(dǎo)電涂層后板或底板以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件，均由導(dǎo)電的吸收電磁輻射的涂層組合物，如UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物形成，1998年9月11日提交的序列號(hào)為NO.09/151,445的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了這種導(dǎo)電涂層組合物，本文參照引用該美國(guó)專利申請(qǐng)的全文(下稱“原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物”)。序列號(hào)為NO.09/151,445的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)的原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物包括乳膠聚合物粘合劑，它是第一乳膠和第二乳膠的混合物，第一乳膠包含一種共軛二烯單體或共聚單體，第二乳膠包含丙烯酸聚合物。所述導(dǎo)電涂層組合物還包含分散在粘合劑中有效數(shù)量的導(dǎo)電顆粒，以及作為載體的水。所述導(dǎo)電顆粒包括石墨顆粒和含有金屬的顆粒的組合物，石墨顆粒最好是天然的片狀石墨，含有金屬的顆粒最好是含有銀或鎳的顆粒。
導(dǎo)電涂層后板或底板以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件也可以由另一組合物構(gòu)成，它是原始的UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物的一種改性物(下稱“改性UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物“)，這種改性的組合物也是本發(fā)明的發(fā)明人Robert C.Boyd和Wayne B.LeGrande的發(fā)明。在改性UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物中，聚合物粘合劑的第二乳膠是從以下所述的組中選出的任何一個(gè)或它們的任一組合丙烯酸、脂肪或芳香聚氨酯、聚酯氨酯、聚酯、環(huán)氧(epoxy)、聚酰胺、聚酰亞胺、乙烯、改性聚丙烯、氟聚合物及硅聚合物，或者它們的組合。另外，在改性的UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物中，導(dǎo)電顆粒是從以下所述的組中選出的任何一種石墨顆粒、碳納米管和含有金屬的顆粒，或它們的組合。石墨顆粒最好是天然的片狀石墨。碳納米管的直徑最好是10-60納米，長(zhǎng)度從小于1微米到40微米。含有金屬的顆粒最好是含有銀或鎳的顆粒，但也可以使用其它金屬，如金、鉑、銅、鋁、鐵或鐵化合物，以及鈀。含有金屬的顆粒最好是涂有金屬的陶瓷微型球，或涂有金屬的陶瓷纖維，但也可以使用涂有其它金屬的顆粒，如涂有金屬的玻璃片、玻璃球、玻璃纖維、氮化硼粉末或氮化硼片、云母片。
介電涂層是一種高強(qiáng)度建筑材料，它包括下述的聚合物中的一種或多種；丙烯酸乳膠；聚苯乙烯改性的丙烯酸乳膠；丙烯酸改性的環(huán)氧分散劑；聚氨酯分散劑，以及二甲基聚硅氧烷分散劑。介電涂層還包括下述的染料中的一種或多種硅酸鎂、硅酸鋁、堿性硅鋁酸鹽(alkali aluminiosilicate)、碳酸鈣、發(fā)煙硅石，以及磨砂玻璃。
所加導(dǎo)電涂層的膜厚根據(jù)天線類型的不同而有所變化。例如，用于GPS插片型天線的導(dǎo)電涂層后板以及導(dǎo)電涂層插片，二者中每個(gè)的厚度都約為3-10密耳。高強(qiáng)度建筑介電涂層的厚度約為20-150密耳。對(duì)于VHF或UHF系統(tǒng)，導(dǎo)電涂層膜厚度約為3-10密耳。
導(dǎo)電涂層后板或底板、介電涂層，以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件還可以形成為自粘片或自粘膜，使之成為特定頻率范圍所要求的特定尺寸。
按照本發(fā)明的另一方面，天線包括一層保護(hù)膜，保護(hù)膜加于導(dǎo)電涂層插片、微帶陣列或輻射元件、介電涂層，以及導(dǎo)電涂層后板或底板上。
按照本發(fā)明的又一方面，基板是導(dǎo)電金屬，基板本身可形成導(dǎo)電后板或底板，介電涂層加于臺(tái)架的外表面，導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件加于介電涂層的外表面?；褰殡娊M合物樹(shù)脂，基板本身就能形成介電層，其中導(dǎo)電涂層后板或底板加于臺(tái)架的內(nèi)表面，導(dǎo)電涂層插片加于臺(tái)架的外表面。
按照本發(fā)明，對(duì)于GPS插片型天線實(shí)現(xiàn)的方法包括；將同軸電纜或同軸連接器固定到基板上，使中央導(dǎo)線或插針從基板延伸穿過(guò)，并與基板的基體絕緣，將導(dǎo)電涂層后板加于基板結(jié)構(gòu)上，將不導(dǎo)電的介電涂層加于導(dǎo)電涂層后板的外表面，從而使中央導(dǎo)線或插針延伸穿過(guò)導(dǎo)電涂層后板和介電涂層并與導(dǎo)電涂層后板和介電涂層絕緣，但與導(dǎo)電涂層插片接觸。利用延伸穿過(guò)導(dǎo)電涂層后板的電纜絕緣體和中央導(dǎo)線連接同軸電纜屏蔽到導(dǎo)電涂層后板，使中央導(dǎo)線連接到導(dǎo)電涂層插片，從而還可以使同軸電纜直接連接到天線?？梢岳脤?dǎo)電涂層本身進(jìn)行同軸插針和同軸屏蔽的連接。
閱讀包括附圖在內(nèi)的說(shuō)明書(shū)，將使本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)均為顯而易見(jiàn)的。


通過(guò)參照附圖閱讀下面的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，能夠更好地理解本發(fā)明；整個(gè)說(shuō)明書(shū)的附圖中，相同的標(biāo)號(hào)指的是相同的元件，其中圖1是加于基板表面的本發(fā)明天線第一實(shí)施例的俯視透視圖；圖2是圖1天線的仰視透視圖；圖3是沿圖1的線3-3取的剖面圖；圖4-10的曲線圖表示通過(guò)增加調(diào)諧短線實(shí)現(xiàn)的增益改進(jìn)，曲線是頻率(以GHz為度量單位)對(duì)于增益(以db為度量單位)繪出的具體實(shí)施方式
在描述附圖所示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，使用了特定的術(shù)語(yǔ)。然而，不希望本發(fā)明被限制在這樣選出的特定術(shù)語(yǔ)上，應(yīng)該理解，每個(gè)特定的元件都包括可以按類似方式工作，以實(shí)現(xiàn)類似目的的所有技術(shù)等效物。
現(xiàn)在參照附圖1-3，其中表示本發(fā)明之加于基板結(jié)構(gòu)200的外表面上的天線100，基板結(jié)構(gòu)200例如是彎曲的飛機(jī)表面，特別是陡峭的或雙曲的表面，如飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)體等，以及內(nèi)部通信系統(tǒng)臺(tái)架，如船只、飛機(jī)、建筑物結(jié)構(gòu)等。制造基板結(jié)構(gòu)200的材料例如可以是鋁、鋼、金屬合金、組合物結(jié)構(gòu)、纖維加強(qiáng)塑料、聚碳酸酯、丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯、纖維玻璃、現(xiàn)有的涂層系統(tǒng)、紡織品、紙。
天線100包括一個(gè)導(dǎo)電涂層后板或底板110(取決于天線加于GPS還是加于其它微帶天線)，導(dǎo)電涂層后板或底板110加于基板結(jié)構(gòu)200的外表面202上。導(dǎo)電涂層后板或底板110具有面對(duì)基板結(jié)構(gòu)200的外表面202的內(nèi)表面110a，遠(yuǎn)離基板結(jié)構(gòu)200的外表面202的外表面110b。不導(dǎo)電的介電涂層120具有面向?qū)щ娡繉雍蟀寤虻装?10的外表面110b的內(nèi)表面120a，以及遠(yuǎn)離導(dǎo)電涂層后板或底板110的外表面110b的外表面120b。導(dǎo)電涂層后板或底板或微帶陣列或輻射元件130(再次取決于天線是GPS還是其它的微帶天線)加于介電涂層120的外表面120b上。導(dǎo)電涂層后板或底板或微帶陣列或輻射元件130具有面向介電涂層120的外表面120b的內(nèi)表面130a，以及遠(yuǎn)離介電涂層120的外表面120b的外表面130b。
首先，將一個(gè)常規(guī)的同軸連接器或同軸電纜300的端部302通過(guò)一個(gè)孔204(見(jiàn)圖3)插進(jìn)基板結(jié)構(gòu)200內(nèi)，然后再在基板結(jié)構(gòu)200上加上導(dǎo)電涂層后板或底板110、介電涂層120以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130。同軸連接器或同軸電纜300的中央導(dǎo)線或插針304沿其長(zhǎng)度方向除了它的端部304a以外都是絕緣的，它的端部304a與導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130不絕緣，并且與其接觸以發(fā)送來(lái)自于天線100的信號(hào)。
導(dǎo)電涂層后板或底板110以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130由導(dǎo)電的、可吸收電磁輻射的涂層組合物構(gòu)成，比如1998年9月11日提交的序列號(hào)為NO.09/151,445的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)的原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物。原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物包括一種乳膠聚合物粘合劑，它是第一乳膠和第二乳膠的混合物，第一乳膠包含一種共軛二烯單體或共聚單體，第二乳膠包含丙烯酸聚合物。所說(shuō)的導(dǎo)電涂層組合物還包含分散在粘合劑中的有效數(shù)量的導(dǎo)電顆粒以及作為載體的水。所說(shuō)的導(dǎo)電顆粒包括石墨顆粒和含有金屬的顆粒的組合物，石墨顆粒最好是天然的片狀石墨，含有金屬的顆粒最好是含有銀或鎳的顆粒。
導(dǎo)電涂層后板或底板110以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130還可以由另一組合物構(gòu)成，它是原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物的一種改性物(下稱“改性UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物“)，這種改性的組合物也是本發(fā)明的發(fā)明人Robert C.Boyd和Wayne B.LeGrande的發(fā)明。在改性UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物中，聚合物粘合劑的第二乳膠是從以下所述的組中選出的任何一個(gè)或它們的任一組合丙烯酸、脂肪或芳香聚氨酯、聚酯氨酯、聚酯、環(huán)氧、聚酰胺、聚酰亞胺、乙烯、改性聚丙烯、氟聚合物，以及硅聚合物，或者它們的組合。另外，在改性UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物中，導(dǎo)電顆粒是從以下所述的組中選出的任何一種石墨顆粒、碳納米管、含有金屬的顆粒，或者它們的組合。石墨顆粒最好是天然的片狀石墨。碳納米管的直徑最好是10-60納米，長(zhǎng)度從小于1微米到40微米。含有金屬的顆粒最好是含有銀或鎳的顆粒，但也可以使用其它金屬，如金、鉑、銅、鋁、鐵或鐵化合物，以及鈀。含有金屬的顆粒最好是涂有金屬的陶瓷微型球，或者涂有金屬的陶瓷纖維，但也可以使用涂有其它金屬的顆粒，如涂有金屬的玻璃片、玻璃球、玻璃纖維、氮化硼粉末或氮化硼片、云母片。
介電涂層120是一種高強(qiáng)度建筑材料，它包括下述的聚合物中的一種或多種；丙烯酸乳膠；聚苯乙烯改性丙烯酸乳膠；丙烯酸改性環(huán)氧分散劑；聚氨酯分散劑，以及二甲基聚硅氧烷分散劑。介電涂層還包括下述的染料中的一種或多種硅酸鎂、硅酸鋁、堿性硅鋁酸鹽、碳酸鈣、發(fā)煙硅石以及磨砂玻璃。
所加導(dǎo)電涂層的膜厚根據(jù)天線類型的不同而有所變化。例如，用于GPS插片型天線的導(dǎo)電涂層后板120以及導(dǎo)電涂層插片130二者中每個(gè)的厚度都約為3-20密耳，高強(qiáng)度建筑介電涂層的厚度約為20-150密耳。在大多數(shù)情況下，介電涂層120將包括不止一層高強(qiáng)度建筑材料，以實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)電涂層后板或底板110和導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130之間要求的間隙。按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的方式確定導(dǎo)電涂層后板或底板110、介電涂層120，以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130的尺寸，使之成為特定頻率范圍所要求的特定尺寸。
導(dǎo)電涂層后板或底板110、介電涂層120，以及導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130還可以形成為自粘片或自粘膜，以便容易應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)天線100。天線100還可以包括一層保護(hù)膜400，保護(hù)膜加于導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130、介電涂層120、導(dǎo)電涂層后板或底板110上，以便減小環(huán)境引起的性能變差，增加天線100的其它部件的期望壽命。保護(hù)膜400由不影響天線的接收或發(fā)射期望頻率的能力的材料制成。
在基板是一種導(dǎo)電金屬的情況下，基板本身就可以形成導(dǎo)電涂層后板或底板，其中介電涂層120加于臺(tái)架的外表面，并且導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130加于介電涂層120的外表面上。在基板是介電組合物樹(shù)脂的情況下，基板本身可以形成介電涂層，其中導(dǎo)電涂層后板或底板110加于臺(tái)架的內(nèi)表面，導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130加于臺(tái)架的外表面上。
按照本發(fā)明，對(duì)于GPS插片型天線實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的方法包括如下步驟使一個(gè)插片引線(如同軸電纜中央導(dǎo)線或同軸連接器插針300)延伸穿過(guò)與插片引線絕緣的基板結(jié)構(gòu)200；在導(dǎo)電涂層后板110的外表面110b上加上不導(dǎo)電的介電涂層120；以及在介電涂層120的外表面120b上加上導(dǎo)電涂層插片130使其電連接到插針引線。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可以看出，可以使用類似的方法制造其它的微帶天線將導(dǎo)電涂層后板或底板110加于基板結(jié)構(gòu)200的外表面202、將不導(dǎo)電的介電涂層120加于導(dǎo)電涂層后板或底板110的外表面110b上、并將導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130加于介電涂層120的外表面120b上。
可經(jīng)過(guò)各種各樣的方法加給導(dǎo)電涂層后板或底板110、介電涂層120、和導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130，其中包括(但不限于)噴射，比如使用常規(guī)的噴射技術(shù)；涂刷；滾動(dòng)涂敷；浸漬涂敷；流動(dòng)涂敷。導(dǎo)電涂層后板或底板110、介電涂層120、和導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件130每一層的厚度以及必須施加的各層的層數(shù)都取決于特定的天線設(shè)計(jì)。對(duì)于某些天線設(shè)計(jì)，單層就足以實(shí)現(xiàn)必要的膜厚度；而對(duì)于另外一些設(shè)計(jì)，必須有多層才能實(shí)現(xiàn)較高的膜厚度。各個(gè)層在環(huán)條件下經(jīng)過(guò)空氣干躁。干躁接觸時(shí)間平均20-40分鐘。干躁服務(wù)時(shí)間平均2-6小時(shí)。
利用穿過(guò)導(dǎo)電涂層后板或底板110延伸的同軸電纜絕緣體和中央導(dǎo)線連接同軸電纜屏蔽到導(dǎo)電涂層后板110，同時(shí)使中央導(dǎo)線連接到導(dǎo)電涂層插片130，還可以使同軸電纜直接連接到天線。
進(jìn)行測(cè)試，以比較本發(fā)明的GPS插片型天線的樣機(jī)與利用同軸饋電的常規(guī)插片型微帶天線以及為測(cè)試目的構(gòu)成的混合式插片型天線。選擇微帶天線是因?yàn)樗诔Ｒ?guī)的形式方面以及它的結(jié)構(gòu)方面的商業(yè)上的可利用性，它的介電中間層夾在導(dǎo)電金屬后板和導(dǎo)電金屬插片之間。利用Richard C和Henry Jasik編輯的“天線工程手冊(cè)“指南，選擇常規(guī)天線的設(shè)計(jì)。選擇的頻率在1.5GHz的范圍內(nèi)。選擇這個(gè)范圍是因?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在這個(gè)范圍內(nèi)。測(cè)試設(shè)備包括具有Wincore控制器軟件和PC控制器軟件的摩托羅拉Oncore評(píng)估設(shè)備(Motorila Oncore EvaluationKit)；在適配器板上具有LNA的Synergy Sysems M 12 Oncore接收器；和Synergy Sysems LLC SA P2無(wú)源GPS天線。利用Hewlet Packard Model4262A LCR儀進(jìn)行電容測(cè)量。利用Fluke伏特歐姆表進(jìn)行導(dǎo)電性測(cè)量。
每種測(cè)試天線的結(jié)構(gòu)總結(jié)在下面的表1中表1

1號(hào)測(cè)試天線是常規(guī)設(shè)計(jì)的天線，是使用金屬后板、作為介電層的空氣、以及金屬插片進(jìn)行同軸連接構(gòu)成的。選擇空氣作為介電材料是因?yàn)樗慕殡姵?shù)是已知的。
2號(hào)測(cè)試天線是使用銅包層FR4電路板作為后板構(gòu)成的。將第二銅包層FR4電路板切割成合適的插片尺寸，并將其固定到第一電路板上以形成完整的天線。選擇這種結(jié)構(gòu)是為了產(chǎn)生使用電路板材料作為介電材料的比較數(shù)據(jù)，其中的銅是公知的導(dǎo)體。使用與2號(hào)天線中相同的同軸連接。
在所構(gòu)成的3號(hào)測(cè)試天線中，后板用銅片，介電材料用FR4電路板，插片用原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物。這是第一個(gè)測(cè)試天線，其中使用導(dǎo)電涂層。它代替在1號(hào)和2號(hào)測(cè)試天線插片使用的金屬材料。這是唯一可變的變化，借此，可以準(zhǔn)確地記錄對(duì)應(yīng)于每個(gè)變化的數(shù)據(jù)。
在所構(gòu)成的4號(hào)測(cè)試天線中，將原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物噴射涂敷到FR4電路板上作為后板。利用FR4電路板形成介電深度。還要將原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物噴射涂敷到FR4電路板上，以此作為導(dǎo)電插片。4號(hào)測(cè)試天線從天線設(shè)計(jì)中取消了所有的金屬基板。
在下面的表2中列出了天線的測(cè)試數(shù)據(jù)表2

可以調(diào)諧本發(fā)明的天線，以改進(jìn)增益。圖6-12是表示通過(guò)增加調(diào)諧短線實(shí)現(xiàn)增益改進(jìn)的曲線圖，該圖是頻率(以GHz為單位度量的)對(duì)增益(以db為單位度量的)而繪制的。圖6比較商用摩托羅拉天線(曲線A)與未經(jīng)調(diào)諧的4號(hào)測(cè)試天線(曲線B)，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.525GHz-14.821db。圖7比較未經(jīng)調(diào)諧的2號(hào)測(cè)試天線(曲線A)與未經(jīng)調(diào)諧的4號(hào)測(cè)試天線(曲線B)，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.575GHz-db。圖8比較未經(jīng)調(diào)諧的3號(hào)測(cè)試天線(曲線A)與未經(jīng)調(diào)諧的4號(hào)測(cè)試天線(曲線B)，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1/575GHz-16.843db。圖兮表示在增加調(diào)諧短線后2號(hào)測(cè)試天線的增益，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.62GHz-13.098db。圖10表示在增加調(diào)諧短線后3號(hào)測(cè)試天線的增益，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.62GHz-14.255db。圖11表示在增加調(diào)諧短線后4號(hào)測(cè)試天線的增益，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.575GHz-15.32db。圖12表示在增加調(diào)諧短線后4號(hào)測(cè)試天線的增益，其中標(biāo)記1代表x、y坐標(biāo)1.55GHz-14.99db。從圖6-12可以看出，對(duì)于4號(hào)測(cè)試天線進(jìn)行調(diào)諧后得到的增益優(yōu)于商用摩托羅拉天線，對(duì)于凋試后的2號(hào)天線和3號(hào)天線，情況亦是如此。
測(cè)試天線2、3、4在接收衛(wèi)星信號(hào)方面都是成功的。從測(cè)試期間接收的信號(hào)以及信號(hào)的幅度可以看出，使用原始UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物代替金屬基板的天線的性能與使用銅金屬作為后板和插片的類似設(shè)計(jì)的天線的性能一樣地好。記錄的數(shù)據(jù)還表明，使用原始的UNISHIELD導(dǎo)電涂層組合物的天線具有與使用銅金屬的類似天線相似的特性。
本發(fā)明的上述實(shí)施例和改進(jìn)及變化都是可能的，這是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員按照上述的教導(dǎo)可能想像得到的。因此，應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求書(shū)及其等效物的范圍內(nèi)，按照上述具體描述外的其它方式也可以實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種天線，能用于彎曲的和平面的兩種臺(tái)架上，包括；導(dǎo)電涂層后板；不導(dǎo)電介電涂層材料，加于導(dǎo)電涂層后板的外表面上；和導(dǎo)電涂層插片，加于介電涂層的外表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述導(dǎo)電涂層插片包括乳膠聚合物粘合劑，所述粘合劑包含丙烯酸聚合物、分散在粘合劑中的有效數(shù)量的導(dǎo)電顆粒，以及作為載體的水。
3.如權(quán)利要求2所述的天線，其中，所述乳膠聚合物粘合劑是乳膠混合物，所述乳膠包含共軛二烯單體或共聚單體。
4.如權(quán)利要求2所述的天線，其中，所述導(dǎo)電顆粒包括石墨顆粒和含有金屬之顆粒的組合物。
5.如權(quán)利要求4所述的天線，其中，所述石墨顆粒包括天然片狀石墨，含有金屬的顆粒包括含有銀或鎳的顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述導(dǎo)電涂層后板包括加于基板外表面上的涂層。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述導(dǎo)電涂層后板包括乳膠聚合物粘合劑，所述粘合劑包含丙烯酸聚合物、分散在粘合劑中的有效數(shù)量的導(dǎo)電顆粒，以及作為載體的水。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其中，所述乳膠聚合物粘合劑是乳膠混合物，所述乳膠包含共軛二烯單體或共聚單體。
9.如權(quán)利要求7所述的天線，其中，所述導(dǎo)電顆粒包括石墨顆粒和含有金屬之顆粒的組合物。
10.如權(quán)利要求9所述的天線，其中，所述石墨顆粒包括天然片狀石墨，所述含有金屬的顆粒包括含有銀或鎳的顆粒。
11.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述不導(dǎo)電的介電材料包括涂層。
12.如權(quán)利要求11所述的天線，其中，所述介電涂層包括高強(qiáng)度建筑材料，它包含從以下的組中選出的至少一種聚合物丙烯酸乳膠；聚苯乙烯改性丙烯酸乳膠；丙烯酸改性環(huán)氧分散劑；聚氨酯分散劑，以及二甲基聚硅氧烷分散劑。
13.如權(quán)利要求12所述的天線，其中，所述介電涂層還包括從下述的這組染料中選出的至少一種染料硅酸鎂、硅酸鋁、堿性硅鋁酸鹽、碳酸鈣、發(fā)煙硅石，以及磨砂玻璃。
14.如權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述不導(dǎo)電的介電材料包括涂層。
15.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述導(dǎo)電后板包括導(dǎo)電的金屬基板，不導(dǎo)電的介電材料包括涂層。
16.如權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述介電材料包括組合樹(shù)脂，所述導(dǎo)電后板包括涂層。
17.一種天線，加于具有彎曲的外表面的基板上，包括；加于基板外表面上的導(dǎo)電涂層后板，導(dǎo)電涂層后板具有面向基板外表面的內(nèi)表面以及遠(yuǎn)離基板外表面的外表面；加于導(dǎo)電涂層后板的外表面上的不導(dǎo)電的介電涂層，介電涂層具有面向?qū)щ娡繉雍蟀宓耐獗砻娴膬?nèi)表面和遠(yuǎn)離導(dǎo)電涂層后板的外表面的外表面；和加于介電涂層的外表面上的導(dǎo)電涂層插片，導(dǎo)電涂層插片具有面向介電涂層的外表面的內(nèi)表面以及遠(yuǎn)離介電涂層的外表面的外表面。
18.一種在具有彎曲表面的基板上形成天線的方法，包括如下步驟；將導(dǎo)電涂層后板加于基板的彎曲表面上；將不導(dǎo)電的介電涂層加于導(dǎo)電涂層后板上；和將導(dǎo)電涂層插片加于介電涂層上。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所有施加步驟包括噴射。
全文摘要
天線(100)加于基板(200)上，天線(100)包括一系列導(dǎo)電涂層和介電涂層。將導(dǎo)電涂層后板或底板加于基板結(jié)構(gòu)(200)上，將不導(dǎo)電的介電涂層加于導(dǎo)電涂層后板或底板(202)的外表面上，以及將導(dǎo)電涂層插片或微帶陣列或輻射元件(130)加于介電涂層外表面(120b)上。同軸電纜的插針(304)延伸穿過(guò)導(dǎo)電涂層后板(110)、介電涂層(120)、導(dǎo)電涂層插片(130)，用于發(fā)射來(lái)自于天線(100)的信號(hào)。該方法允許在現(xiàn)有的臺(tái)架上非破壞性地施加天線，以便接收和發(fā)送電磁信號(hào)。
文檔編號(hào)H01Q1/40GK1568561SQ02820348
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者羅伯特·C·博伊德, 韋恩·B·萊格蘭德 申請(qǐng)人:優(yōu)尼特克公司