用于短程应用的天线设备及这种天线设备的使用的制作方法

本发明涉及高频技术领域，特别涉及用于诸如rfid应用的短程应用的天线设备，以及这种天线设备的使用。

为了本发明的目的，术语“短程应用”特别地包括电磁能量和/或电磁信号的传输距离小于5m，特别是小于1m的应用。然而，该距离优选大于0.01m，特别是大于0.05m。

本发明的一个目的是创建简单的途径来简单地并且无线地发射能量和/或信息，特别是在短距离上。

根据本发明，该目的利用用于短程应用的天线设备，特别是rfid应用得以实现，该天线设备包括：

-细长的双极同轴导体结构，具有内部导体和同轴地围绕内部导体的外部导体，

-在同轴导体结构的第一端部处的天线信号端子，其由内部导体上的端子触点和外部导体上的端子触点形成，以馈入天线发射信号以及馈出天线接收信号，

-在同轴导体结构的第二端部处的端接阻抗，其由连接到内部导体上的端子触点和外部导体上的端子触点的双极子形成，其中双极子以下列方式包括至少一个电容器和/或至少一个电感，即使得，

-当发射时，通过内部导体传播并且到达同轴导体结构的第二端部的hf交流电流凭借端接阻抗与外部导体的外侧在同轴导体结构的第二端部处耦合，以生成从同轴导体结构的第二端部发起并且通过外部导体在外部导体的外侧上传播的hf交流电流，以及

-当接收时，通过外部导体传播、在外部导体的外侧上流动并且到达同轴导体结构的第二端部的hf交流电流凭借端接阻抗与内部导体在同轴导体结构的第二端部处耦合，以生成从同轴导体结构的第二端部发起并且通过内部导体传播的hf交流电流。

根据本发明的天线设备有利地是构造相对简单，利用这种构造可以有利地实现例如能量和/或信息的相对宽带的电磁传输(发射和/或接收)，诸如与有源或无源rfid应答器的通信。

就此而言，细长的双极同轴导体结构构成天线设备的“主要组件”，因为实际的传输和接收操作是利用这种同轴导体结构来实现的，或者更准确地说是利用同轴导线的外部导体的外侧来实现的。当发射时，hf(高频)交流电流生成并且通过外部导体在其外侧上传播，以在此外表面上产生电磁“行波”。当接收时，在外部导体的外侧上流动的hf交流电流与内部导体耦合。

对于“同轴导体结构”的物理设计，在本发明的范围内可以使用相关的现有技术。在最简单的情况下，同轴导体结构的设计与传统双极同轴电缆所知的设计相同。这种已知的结构或电缆通常具有例如由例如圆柱形外部导体(例如通常为金属丝网的形式)环绕的具有圆形横截面的内部导体(芯)。在本发明的一个优选实施例中，同轴导体结构是柔性的，例如传统同轴电缆也是如此。

当发射时，设置在同轴导体结构的第一端部处的“天线信号端子”用于馈入天线发射信号，而在接收时，用于馈出天线接收信号。通过内部导体上的一个端子触点和外部导体上的一个端子触点确保天线信号端子的馈入和馈出。

由上述两个端子触点形成的天线信号端子可以例如通过双极布线布置连接到发射器、接收器或发射器和接收器的组合，以操作天线设备。当从同轴导体结构的纵向方向观察时，这两个端子触点中的每个都优选地直接位于第一端部上或非常接近第一端部(例如，分隔小于同轴导体结构长度的5％，特别是1％)。

当发射时，当通过内部导体传播并且到达第二端部的hf交流电流到达第二端部时，设置在同轴导体结构的第二端部上的“端接阻抗”用于将该hf交流电流与外部导体的外侧耦合。当接收时，端接阻抗用于将通过外部导体传播并且在外部导体的外侧上流动的hf交流电流耦合到在第二端部处的内部导体。

端接阻抗由通过端子触点在第二端部连接到内部导体和外部导体的双极子形成，其中所述双极子包括至少一个电容器和/或至少一个电感。

在一个实施例中，当从同轴导体结构的纵向方向观察时，这两个端子触点中的每个都优选地直接位于第二端部上或非常接近第二端部(例如，分隔小于同轴导体结构的长度的5％，特别是1％)。然而，在替代实施例中，当从同轴导体结构的纵向方向观察时，两个端子触点中只有一个直接位于第二端部或非常接近第二端部，而双极子的另一个端子通过直接设置在双极子上的接地布置(与“电接地”连接)传递并且通过该接地布置最终传递到直接位于第一端部的端子触点或非常接近第一端部的端子触点。

实际上，上述“电容器”和“电感”可以例如凭借相应的(分离)“组件”在电路中实现，尽管这里考虑到存在相对较高的频率(“hf”)，但这种电容器和电感可以可替代地由为此设计的全部或部分“导体几何形状”组成。为了本发明的目的，术语“高频”(hf)意味着所讨论的信号具有高于1khz的频率或基本频率分量(例如，作为载频)。优选地，当天线设备运行时，提供甚至高于50mhz，特别是高于100mhz的频率。

在这样相对较高的频率下，因此可以假定端接阻抗不仅仅由双极子的阻抗单独限定，双极布线布置本身具有并非微不足道的阻抗，其中所述双极布线布置为必需的，以用于将所述双极子连接到内部导体和外部导体上的端子触点，由此当所述双极布线布置与双极子的阻抗相结合时，会因此限定端接阻抗的值。例如，引导至双极子的电源线可以各自具有电感作用，电感取决于其长度。此外，这样的电源线还具有显著的互电容，互电容取决于电源线间隔的距离，其也必须以与电感相同的方式包括在计算/标定中。

因此，端接阻抗的具体设计因此也应该考虑第二端部和双极子之间的这种布线布置的影响，以便实现根据本发明的将通过使用端接阻抗(之前解释的hf电流耦合)获得的效果。

基于其工作原理，根据本发明的天线设备也可以被描述为用于信息和能量的电磁传输的同轴行波天线或行波导体。

在上下文中，术语“行波”是指在本发明的范围内寻求到的设备的操作模式，其中例如当发射时，电磁波沿着外部导体外侧上的结构，从同轴导体结构的第二端部朝向同轴导体结构的第一端部运行或“行进”，而当接收时，这种类型的行波沿着外部导体外侧上的同轴导体结构前进(当其到达第二端部时，其作为hf交流电流与内部导体耦合)。

当发射时，即当在同轴导体结构的第一端部的天线信号端子处馈入高频天线发射信号时，设备的工作原理可以描述如下：在内部导体的端子触点和外部导体的端子触点之间建立、并相应馈入的天线发射信号，原则上沿着双极同轴导体结构在传统的同轴导体中发射到其第二端部。由第二端部或设置于第二端部处的端接阻抗引起的同轴导体结构的不连续性，连同为了实现上述hf电流耦合而对所述端接阻抗进行的合适设计，导致电磁行波作为表面波(在外部导体的外侧)沿着同轴导体结构朝向同轴导体结构的第一端部返回。在本说明书的结尾处，再次基于参考图26和27的比较实例对根据本发明的基本想法及其与现有技术的不同之处进行了更具体的描述。

在上下文中，如果发射时，同轴导体结构以其为中心产生电磁场(行波)，但是通过“输出”("takingoff")电磁波，仅发射很少的电磁能，或者根本不发射，则这对于许多应用是有利的。作为本发明的目的的这种操作模式也可以被描述为“耦合模式”。应当注意的是，同轴导体结构的曲率可以增加波的输出，因此可以有利地在同轴导体结构中设置一个或多个弯曲路径段以影响天线的性能(例如，射程)。

同轴导体结构可以是刚性的或柔性的。还可以提供至少一个刚性段和至少一个柔性段，构成同轴导体结构。细长的同轴导体结构可以是例如比同轴导体结构的(最大)横向延伸(例如直径)至少长10倍，特别是长至少100倍。

细长的同轴导体结构可以例如至少为0.05m，特别是至少0.1m长。然而，特别有益的应用是该长度更长的应用。然而，对于大多数应用来说，这个长度不超过200m，特别是不超过100m。

在一个实施例中，该长度等于同轴导体结构上的行波的上述操作期望波长的至少0.1倍，特别是至少0.25倍，更特别是至少6倍。

在一个实施例中，对于高达1ghz的操作期望信号频率，该长度特别地不大于行波的相应波长的500倍，更特别地不大于300倍。对于高于1ghz的操作频率，根据一个实施例，该长度不超过行波的相应波长的1000倍，特别是不超过500倍。

如在本文中稍后将解释的那样，同轴导体结构的“活跃”或“有效”长度由共模电流滤波器或表面波衰减设备的布置来限定，上面给出的长度规格不得指示(整个)同轴导体结构的长度，而是其“活跃”或“有效”长度。

天线设备优选用于传输和/或接收信号，所述信号的载频大于10mhz，例如特别是大于100mhz和/或小于12ghz，特别是小于8ghz，特别是小于5ghz。

在这种用途的一个实施例中，特别是对于诸如特别例如rfid应用的短程应用而言，以在400mhz至6ghz的范围内的操作频率(例如，发射模式中的天线信号的载频)使用该设备。在一个实施例中，操作频率的范围为例如860至960mhz(例如，对于许多rfid应用来说通常如此)。在另一个实施例中，使用1至3ghz范围内的操作频率，例如大约为2.4ghz。

替代地或除了发射信息之外，天线设备可以用于传输能量，特别是例如用于对电气或电子单元(例如，rfid标签或配备有rfid标签的物品，电气或电子设备等),特别是移动或便携式单元(例如，移动电话，诸如“平板电脑”、“智能手机”等移动计算机)中的电能蓄能器(例如，可再充电电池)进行无线(电容性)充电。

设备可以特别有利地用于在同轴导体结构和所讨论的单元之间传输信息和/或能量，其中所讨论的单元位于相对靠近同轴导体结构的位置。例如，同轴导体结构与所讨论的单元之间的最大距离的标准可用于定义术语“相对接近”。在这种情况下，术语“距离”应当指所述单元与同轴导体结构的任何部分之间的最小距离。相对接近可以在根据本发明的使用范围内限定，例如通过最大距离不大于5m，特别是不大于3m，更特别地不大于1m，最特别地不大于0.5m来限定。为了进行说明，该单元之后被定位在围绕同轴导体结构并且具有上述尺寸的直径的假象“管”内。

天线设备还可以用于例如为无线传感器，有源或无源(rfid)应答器等等传输信息和/或能量。

同轴导体结构的内部导体和外部导体是导电的(例如由金属材料制成)。最简单的情况是，内部导体具有圆形横截面，外部导体具有环形横截面。

例如，除了圆形横截面轮廓之外，内部导体和/或外部导体还可以使用其它横截面轮廓，例如矩形或正方形、或椭圆形。

内部导体可以构造为实心导体或中空导体。

最简单的情况是，内部导体的横截面和/或外部导体的横截面在同轴导体的长度上一致。

当从径向观察时，可以在内部导体与外部导体之间布置电绝缘或电介质(例如包括空气)。外部导体的外侧可以径向地设置电绝缘体(例如，由塑料制成)，与内部导体相似，外部导体优选由金属材料制成，以下将其称为同轴导体结构的“绝缘护套”。

如之前所解释，当发射时，设置在同轴导体结构的第二端部上的端接阻抗用于使来自内部导体的hf交流电流与外部导体的外侧的耦合，而当接收时，端接阻抗用于使来自外部导体外侧的hf交流电流与内部导体耦合。

根据一个实施例，特别是关于优选的“耦合模式”的工作原理，天线设备及其端接阻抗被设计成，使得来自天线发射信号的通过馈入所述天线发射信号生成并且到达第二端部处的50％以上的能量，从第二端部开始作为“束缚于同轴导体结构的行波”朝第一端部返回。因此，在这种情况下，到达第二端部的小于50％的能量作为电磁波从同轴导体结构辐射(或以其它方式耗散)。

替代地或除此之外，天线设备及其端接阻抗被设计成使得在同轴导体结构的第一端部的天线信号端子处馈入的天线发射信号的超过30％，特别是超过40％的能量从第二端部开始作为束缚于同轴导体结构的行波朝第一端部返回。

在一个实施例中，端接阻抗中包含的“双极子”包括至少一个电容器和至少一个电感。

在一个实施例中，双极子包括至少一个欧姆电阻器，其中该欧姆电阻器的电阻值小于同轴导体结构的波阻值的0.5倍或大于2倍。如此标定电阻值，有利地避免了由于流过电阻器的电流而导致的更大的电损耗。

在优选的实施例中，端接阻抗(根据其值的大小)至少大致对应于同轴导体结构的波阻。为此，特别地，端接阻抗的实部在同轴导体结构的波阻值的0.9到1.1倍的范围内。

在一个实施例中，双极子在电路载体(例如，特别是电路载体板)上是电路布置的形式。电路布置可以额外地包括双极布线布置，其将双极子连接到内部导体上的端子触点和外部导体上的端子触点或这种布线布置的一部分(例如特别是主要部分)。例如，内部导体上的端子触点和外部导体上的端子触点可以实现为焊接点。

为了本发明的目的，术语“电路布置”描述了分立组件(例如，电容器、线圈、电阻器等)的布置和/或导电但彼此电绝缘的区域(例如，导体路径、导电区域、电路载体板上的直通连接等)，其依靠其几何形状和相对于彼此的定位而具有这种“组件”的效果(考虑到环境的性能，例如，绝缘材料的性能和/或由此形成的“介电性”)。

在一个实施例中，实现双极子的电路布置形成了至少一个hf电流路径，其从内部导体上的端子触点可选择地通过“馈电线”、进一步地通过一个或多个组件(或者是分立的和/或以“导体几何形状”实现，正如前面所解释的)引导到外部导体上的端子触点(替代地或此外，hf电流路径也可以引导到直接在双极子上的接地布置连接器)。

电路布置优选地具有相对“紧凑的”空间尺寸，其邻接于同轴导体结构的第二端部，以便任何电磁辐射会立即受到来自双极子区域的强烈抑制(在双极子的空间尺寸“更扩张”的情况下，电磁辐射辐射出双极子区域的趋势增加，这在本发明的范围内是不希望的)。

优选地以以下方式设计电路布置，并操作天线设备来发射，即使得电流值尽可能接近内部导体上的交流电流的电流值的共模电流在同轴导体结构的第二端部处耦合到外部导体的外侧(例如，其值至少是内部导体电流的电流值的80％)。前面描述的电路布置的“紧凑”的空间尺寸通常有力地实现了这一目标。

对于通过电路布置(包括用于连接其的电线，以下也称为馈电线)提供给双极子的物理形状和空间尺寸，根据一个实施例，该空间尺寸“窄小”，即细长。根据该实施例，该尺寸因此在横向方向上比在纵长方向上小。

在上述的构造变型中，先前描述的双极子(包括任何馈电线)的“纵向方向”与同轴导体结构的纵向方向相同，并且在其具有任意曲率的情况下，其与同轴导体结构在其第二端部处相同。也就是说，在这种变型中，双极子之后在同轴导体结构的纵向方向上“继续”延伸。

在另一个构造变型中，先前描述的双极子(包括任何馈电线)的“纵向方向”在其第二端部处与同轴导体结构的纵向方向成一定角度对准。也就是说，尽管在这种变型中双极子也以“窄小形状”延伸，但它不会沿着与同轴导体结构的纵向方向相同的方向继续，而是例如在同轴导体结构的第二端部上“以一定角度”布置。

在优选实施例中，细长双极子的尺寸(包括任何馈电线)在横向方向上小于在同轴导体结构的第二端部处的外部导体的横向尺寸的10倍，特别是小于5倍。

在优选实施例中，双极子(包括任何馈电线)的尺寸小于3cm，特别是小于2cm。

在更详细地规定双极子在其横向方向上的尺寸的所有这些实施例中，如之前所解释，同轴导体结构的纵向方向和双极子的纵向方向可以彼此相同或不同。

在一个实施例中，当沿着同轴导体结构的纵向方向观察时，共模电流滤波器或表面波衰减设备，也就是说导致表面波(行波)衰减和/或抑制连接到表面波的hf电流的共模分量的装置布置在距同轴导体结构的第二端部一定距离处。

在这种情况下，这种滤波器或设备可以被布置在距同轴导体结构的第二端部一定距离处，对应于在外部导体上行进的波的波长的至少0.1倍，特别是至少0.25倍，更特别是至少6倍。利用该选择的距离，限定同轴导体结构的“活跃”或“有效”长度(从第二端部到共模电流滤波器或表面波衰减设备的同轴导体结构段)。

根据此实施例，例如可以在外部导体的外周上布置表面波衰减设备(例如，其围绕同轴导体结构的绝缘护套)，以衰减行波。这种表面波衰减设备的优点在于，如上所述，可以清晰地界定行波沿着同轴导体结构返回的区域。当行波到达时，衰减设备用于吸收返回的行波的至少大部分能量。在一个实施例中，衰减设备具有至少一个用于实现该目的的铁氧体环，该环围绕外部导体的圆周。特别地，也可以在同轴导体结构的纵向方向上一个接一个地布置多个铁氧体环，每个环围绕着外部导体的外周(彼此分离或不分离)。在进一步的发展中，安装了铁氧体环(或几个铁氧体环中的至少一个)，以可在同轴导体结构上移位。

替代地或除了围绕外部导体的至少一个铁氧体环之外，表面波衰减设备还可以采用在同轴导体结构的路线中插入的衰减单元的形式，包括电路布置(例如，由电容性和/或电感性和/或电阻元件组成)。用于衰减表面波的这种电路布置可以特别地具有共模电流滤波器的形式。

关于具有铁氧体环的变型以及以共模电流滤波器的形式插入(或替代地附加到同轴导体结构的第一端部)的电路布置的变型，在两种情况下使用来自其它领域的相应现有技术效果都很好。关于本文中术语“电路布置”的含义以及用于实现这种电路布置的选择，参考与由电路布置形成的双极子有关的先前说明。

在一个实施例中，表面波衰减设备包括外部导体的接地布置。这种接地布置(也就是说，与地或“电学质”端子的电流连接)可以例如凭借附接到外部导体的外周的“接地套箍”，例如设置在外部导体的外周上。这样的接地箍可以例如由几个(例如，两个)套箍部件(或半部)分开形成，它们机械或电气(例如，拧在一起)彼此连接以形成附接件。

在进一步的发展中，天线设备还包括：

-第二细长的双极同轴导体结构，具有内部导体和同轴地围绕内部导体的外部导体，

-在第二同轴导体结构的第一端部处的发射器/接收器端子，其由内部导体上的端子触点和外部导体上的端子触点形成，以连接发射器和/或接收器，以便利用天线设备发射信号和/或通过天线设备接收信号，

-具有同轴导体结构的第一端部的信号交叉耦合器，其位于第二同轴导体结构的第二端部上，通过其第二同轴导体结构的内部导体与同轴导体结构的外部导体耦合，并且第二同轴导体结构的外部导体与同轴导体结构的内部导体耦合。

关于在进一步的发展中提供的第二同轴导体结构的设计，针对(第一)同轴导体结构说明的所有细节和实施例还可以单独地或组合地提供。例如这是指材料、形状(例如横截面)以及内部导体和外部导体相对于彼此的布置，以及提供具有绝缘材料的第二同轴导体结构的能力，以便刚性地或柔性地或以其它方式构造第二同轴导体结构。

在这个进一步的发展中，同样在(第一)同轴导体结构的第一端部处馈入天线发射信号，并且馈出天线接收信号。然而，在使用情况下，发射器或接收器(或发射器/接收器的组合)在这一点上没有直接连接，以确保馈入或馈出。相反，在第二同轴导体结构的第一端部处提供此端子，使得将被发射或接收的信号通过第二同轴导体结构传递，所述第二同轴导体结构的第一端部配备有用于连接发射器和/或接收器的发射器/接收器端子，以及所述第二同轴导体结构的第二端部通过“信号交叉耦合器”与(第一)同轴导体结构的第一端部连接。

在一个实施例中，信号交叉耦合器是通过将第二同轴导体结构的内部导体上的端子触点电连接到同轴导体结构的外部导体上的端子触点，并将第二同轴导体结构的外部导体上的端子触点电连接到同轴导体结构的内部导体上的端子触点来形成。

在一个实施例中，信号交叉耦合器由“四极子”形成，其设计为电路载体(例如，电路载体板)上的电路布置。关于本文中术语“电路布置”的含义以及用于实现这种电路布置的选择，请参考上面提供的与由电路布置形成的双极子有关的说明。

最简单的情况是，“四极子”由两个“交叉”导体(例如，电路载体板上的导体路径)产生，即一方面是第二同轴导体结构的内部导体与同轴导体结构的外部导体之间的电流连接，另一方面是第二同轴导体结构的外部导体与同轴导体结构的内部导体之间的电流连接。

可替代地，四极子可以利用变换器来产生，例如通过连接到同轴导体结构的内部导体和外部导体的第一变换器绕组和连接到第二同轴导体结构的内部导体和外部导体的第二变换器绕组。

在根据本发明的天线设备中可以提供一个或多个可拆卸的电连接，特别是例如电插头连接。以这种方式，可以有利地将一个或多个设备组件设计成可单独连接(或可更换)，以获得模块化的“天线构造套件”。然后，天线设备或其至少一部分可以根据各自的安装和操作要求(例如，根据需要插头和拧紧)由单独的部件组装。以这种方式，可以柔性地“原位”地配置设备。

适用于这种“模块化”设计的设备组件特别包括：同轴导体结构、端接阻抗(带电源线的双极子)、双极子的单独组件(例如涉及其用途的电路布置部件，诸如电感、电容器、电阻器和模块)、共模电流滤波器(例如变换器)、“第二同轴导体结构”(具有或不具有信号交叉耦合器)、信号交叉耦合器。根据组件，其可以配备有一个或两个(双面)可拆卸电气端子设备(例如，插头和可选螺纹连接器)。

在下文中，将基于示例性实施例并参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据一个实施例的天线设备，

图2示出了根据另一实施例的天线设备(图1中的示例的物理应用)，

图3示出了根据另一实施例的天线设备(图1中的示例的物理应用)，

图4示出了根据另一实施例的天线设备(图1中的示例的物理应用)，

图5示出了用于实现天线设备的端接阻抗的一个实施例，

图6示出了用于实现天线设备的端接阻抗的另一实施例，

图7示出了用于实现天线设备的端接阻抗的另一实施例，

图8示出了用于实现天线设备的端接阻抗的另一实施例，

图9示出了用于实现天线设备的端接阻抗的另一实施例，

图10是用于说明双极性布线布置对端接阻抗的值的影响的一个表示，

图11是用于说明双极性布线布置对端接阻抗的值的影响的另一表示，

图12是用于说明双极性布线布置对端接阻抗的值的影响的另一表示，

图13示出了根据另一实施例的天线设备(图1中的示例的物理应用)，

图14是图13的实施例的示例性实现的侧视图，

图15是图13的实施例的实现的俯视图，

图16示出了根据另一实施例的天线设备(图1的示例的物理应用)，

图17是图16的实施例的示例性实现的侧视图，

图18是图16的实施例的所述实现的俯视图，

图19示出了根据另一实施例的具有表面波衰减设备的天线设备，

图20示出了根据另一实施例的具有变换器和共模电流滤波器的天线设备，

图21示出了根据另一实施例的在第一和第二同轴导体结构之间具有信号交叉耦合器的天线设备，

图22示出了根据另一实施例的在第一和第二同轴导体结构之间具有信号交叉耦合器的天线设备，

图23示出了根据另一实施例的在第一和第二同轴导体结构之间具有信号交叉耦合器的天线设备，

图24示出了根据另一实施例的具有变换器和共模电流滤波器的天线设备，

图25示出了根据另一实施例的具有变换器和共模电流滤波器的天线设备，

图26示出了根据用于信号传输的现有技术的“正确终止”的同轴导体结构的示例，以及

为了与图26的示例进行对比，图27示出了在根据本发明的同轴导体结构上使用端接阻抗的示例。

图1示出了用于短程应用的天线设备10，特别是rfid和/或无线能量积累的应用，所述天线设备10包括细长的双极同轴导体结构12，该细长的双极同轴导体结构具有内部导体14和同轴地围绕内部导体的外部导体16。

在示出的实施例中，内部导体14和外部导体16均由柔性金属结构(在这种情况下为例如金属丝网或金属箔)制成，其中内部导体14具有线状或圆柱形状，外部导体16具有中空圆柱形状，并且为了使两个导体14、16彼此绝缘，二者之间布置有绝缘层18并且导体14、16的外侧径向地布置有绝缘护套20。

这样，利用绝缘层18和同样具有柔性(例如由相应的塑料材料制成)的绝缘护套20的设计，最终结果是同轴导体结构12具有柔性可弯曲构造。

同轴导体结构12因此具有诸如来源于传统的双极“同轴电缆”的设计。同轴导体结构12的长度k1在图1中以缩写形式示出。实际上，长度k1通常可以是例如在约0.1m至约100m的范围内的任何值。此外，在图1中，导体14、16的端部部分示为在两侧从绝缘护套20的端部相对较远地突出，以使该表示更加清楚易懂。实际上，外部导体16从绝缘护套20的突出和内部导体14从绝缘层18和外部导体16的突出可以实质上更小或根本不设置。在这种情况下，唯一重要的是借助各种端子触点来确保导体14、16的电接触，以下将对此进行详细讨论。

天线设备10还包括天线信号端子，天线信号端子设置于由内部导体14上的端子触点22和外部导体16上的端子触点24形成的第一端部(图1中的左侧)，以便在此天线信号端子22、24处馈入天线发射信号并及馈出天线接收信号。

在图1的示例中，天线信号端子22、24连接到hf(高频)发射器26，使得将由天线设备10发射的信号可由发射器26生成，并在同轴导体结构12的第一端处馈入。

对于发射器的该实施例以及以下实施例，应当理解在实际使用中，接收器或者优选地，发射器/接收器的组合也可以连接到天线信号端子22、24。

天线设备10可以用于例如发送和/或接收载频大于100mhz的信号。通常，设备10可以设计成用于高达约12ghz的频率。

天线设备10还包括设置在同轴导体结构12的第二端部(图1中的右侧)的端接阻抗zterm，该端接阻抗由连接到内部导体14上的端子触点28和外部导体16上的端子触点30的双极子z形成。

为了简便，对于相应的代表性设备组件和相应的物理尺寸(阻抗)，使用术语“端接阻抗”和附图标记“zterm”来描述。同样，为了简便，对于相应的代表性设备组件(双极子)和相应的物理尺寸(阻抗或双极子阻抗)，使用附图标记“z”。

在图1中，左侧部分和右侧部分中的每一部分将被理解为示意性的块电路图。

在这种程度上，电线32、34(用于连接发射器26)的路径和电线36、38(用于连接双极子z)的路径被看作是示例性的或“具有电路原理图的特征”。

天线设备10的特定特征在于

-双极子z包括至少一个电容器和/或至少一个电感，以便，

-当发射时，通过内部导体14传播并且到达同轴导体结构12的第二端部的hf交流电流凭借端接阻抗zterm与外部导体16的外侧在同轴导体结构12的第二端部处耦合，以生成hf交流电流，所述hf交流电流从同轴导体结构12的第二端部发起并且通过外部导体16在外部导体16的外侧上传播，以及

-当接收时，通过外部导体16传播、在外部导体16的外侧上流动并且到达同轴导体结构12的第二端部的hf交流电流凭借端接阻抗zterm与内部导体14在同轴导体结构12的第二端部处耦合，以生成hf交流电流，所述hf交流电流从同轴导体结构12的第二端部发起并且通过内部导体14传播。

双极子z(及其“等效电路图”)优选地包括至少一个电容器和至少一个电感。如果双极子z还包括一个或多个欧姆电阻器，则优选将这些电阻器的电阻值设置为小于同轴导体结构12的“波阻”的0.5倍或大于同轴导体结构12的“波阻”的2倍。在有利的实施例中，端接阻抗zterm的值与同轴导体结构12的波阻至少大体相同。

假定在使用情况下相对较高频率的hf交流电流和“行波”(travellingwave)相遇，通常实际上端接阻抗zterm不只由双极子阻抗z(即zterm＝z)限定，而是双极性布线布置36、38本身还引起了不可忽视的阻抗或阻抗，因此这些与双极子阻抗z相结合来确定端接阻抗zterm的值。

在以下对其他实施例的描述中，相同附图标记将用于等效组件，其中在每种情况下都使用小写字母区分实施例。在这种情况下，基本上仅对与已经描述的实施例的不同之处进行讨论，读者可明确地参考对先前实施例的描述。

图2至图4示出了天线设备10a、10b和10c的几个示例性的实施例，由于图2至图4中的这些示例中的每个示例均表示实际物理设计的双极子z的电路图(或等效电路图)，因此其在这方面可以视作图1的示例的物理实现。

图2示出了本发明范围内的具有(至少)一个电感l和(至少)两个电容器c的双极子z的有利实施例。

图3示出了本发明范围内的具有(至少)三个电感l和(至少)四个电容器c的双极子z的有利实施例。

图4示出了本发明范围内的具有(至少)两个电感l和(至少)四个电容器c的双极子z的有利实施例。图4进一步说明了在本发明的范围内在双极子z的电路中提供至少一个欧姆电阻r(在图4中由虚线指示)的选择，其中如果这个或每个这样的电阻器r均明显小于或明显大于所讨论的同轴导体结构12c的波阻，则这对于避免电损耗是特别有利的。

在本发明的范围内根据图2至图4的所有示例的其他有利特征在于，在双极子z处终止的导体36a、36b和36c以及38a、38b和38c的端部通过双极子z内部的电容器c彼此互相连接，其中优选地，所讨论的导体(36a、36b和36c和/或38a、38b和38c)通过电感l(在所讨论的导体的延伸部中)从该电容器c上的对应连接点的(至少)一个延伸。

虽然应主要以电路图的形式来理解图2至图4的每个图中所表示的双极子z，但这些附图中表示的电容器c、电感l和电阻器r实际上可以实现为相应“组件”(例如，电容器、线圈，电阻器)，且在所述组件之间具有相应导体连接。这种导体连接可以实现为电路载体(例如电路载体板)上的导体路径，其中相同的电路载体也支撑所述组件。然而替代地或此外，电路图中所示的元件c、l和r也可以在电路载体特别是电路载体板上以电路布置的形式实现，例如通过相应的几何形状以及导电但相互绝缘的区域(例如导体路径、导电区域、直通连接等)的相互布置实现。还可以在电路载体上或在电路载体内设置这种导电区域以实现供电导体36a、36b和36c以及38a、38b和38c的至少一部分。

图5示出了端接阻抗zterm在电路载体板40d上实现为电路布置的实施例。在这种情况下，导体36d、38d全部或部分地由在本实施例中设置于一侧的组件的相应导体路径表示，以实现所表示的电感l和所表示的电容器c。可选择地，两端焊接的短电缆段可以设置在导体路径和端子触点28d、30d之间。替代地，端子触点28d、30d中的至少一个也可以作为焊接点直接同形整合(conformed)在所讨论的导体路径上(导体36d和/或导体38d)。

与图5相比，端子触点28d、30d也可以是可拆卸连接的形式，而非作为焊接点。例如，电路载体板40d可能例如通过合适的连接设备(例如，同轴插头连接)可连接到同轴导体结构12d。如果同轴导体结构12d由已经配备有同轴连接器的传统同轴电缆形成，则可为此在电路载板40d上提供合适的配合连接器。

根据图5的实施示例显然适于实现如先前参考图2所描述的天线设备。

如图5所示，如果设置相对较长的导体36d、38d以将同轴导体结构12d连接到双极子z，假定为高信号频率，则可以选择性地实现导体36d和38d的各自电感的效果。当然，这种“馈电线”36d、38d也可以非常短，以与图5中的表示不同。

图6示出了在两个方面用于实现与图5不同的端接阻抗zterm的实施例。与图5的示例不同，在图6的示例中，电感l和电容器c不是相应组件的形式，而是与这种组件以及在电路载体板40e上的导体路径的布置等效的几何形状。此外，在根据图6的示例中，使用了电路载体板40e的两侧。虽然从端子触点28e到双极子z的导体36a在图6中可见的电路载体板40e的平坦上侧上通过，但另一个导体在图6中的下平坦侧(未见)上具有(在这种情况下为全部表面)电涂层的形式。图6中的白点表示直通连接，通过所述直通连接，图6中的布置在上侧的端子接触点和电容器c的各自下部端子电连接到电路载体板40e的底面。

图7示出了用于实现端接阻抗zterm的另一实施例，其中组合了来自图5的示例和来自图6的示例的细节。因此，在图7的示例中，分立组件也布置在电路载体板40f的上侧，以实现电感l和电容器c。同时，在图7的示例中提供了，在同轴导体结构12f的第二端部与双极子z之间实现如在图6的示例中的两个导体。与该示例不同的l和c的其他组合是可以想到的，并且可以设计成考虑所需的带宽和操作频率。

图8和9均示出了用于实现端接阻抗zterm的另一实施例，其基本上与图5的示例一致，但是改变了每个电感l和电容器c的数量和布置。另外，如图9的示例所示，在形成双极子z的电路布置中提供了欧姆电阻器r。

图10至12再次说明了依据馈电导体36i、38i和36j、38j和36k、38k的设计，端接阻抗zterm的值可能与双极子z的阻抗值或多或少不同。图10至图12均示出了导体36i、36j和36k和38i、38j和38k的不同路径的示例。如果端接阻抗zterm的值旨在以某种方式度量(例如，至少大致相当于同轴导体结构12i、12j或12k的波阻)，则应考虑两个导体36i、38i和36j、38j和36k、38k对端接阻抗zterm所获得的值的影响。

图13示出了根据另一实施例的与图2至4的示例类似的天线设备10。与这些示例不同，示例图13提供了用于形成双极子z的简化电路布置。此电路布置由串联电路、电感l和电容器c组成。

图14(侧视图)和图15(俯视图)示出了以图13中的电路图的形式表示的端接阻抗zterm的物理实现。

正如图14和15所示，双极子z同样在电路载体板40m上由电路布置形成。布置在顶侧(图14中最上方)的导体36m依靠其相应长度形成电感l。导体36m的远端部分与图15中右侧以虚线勾画的电路载体板40m的底面上的导电涂层(并且电路载体板40m的材料作为电介质)一起形成电容器c。底面上的该(例如金属的)涂层继续形成导体38m，如图15中也由虚线示出。

图14和15还揭示了总体上对本发明有利的实现细节，其特征在于这就是说允许作为单个部分(例如，直线)的内部导体14m作为“内部导体延伸”在同轴导体结构12m的第二端部处从同轴导体结构12m(并且从外部导体16m的端部)突出，使得可以简单地实现这里提供的其它变型(参见例如图13中的28l)的端子触点和导体36m(其中图14和15的示例中的导体36l再次甚至同时实现电感l)。

图16示出了根据另一实施例的天线设备10n，其基本上与图13中的示例对应。与图13的示例和之前描述的另一个实施例不同的是，在图16的示例中，双极子z直接连接(在同轴导体结构12n的第二端部处)以及“通过所述短路径”仅连接到一个导体(在这种情况下是导体36n)，而源自双极子z的第二导体38n直接连接到接地布置触点(电质(electricalmass)，例如金属设备壳体等)。从图16中可知，发射器26n的端子还连接到接地布置触点和外部导体16n上的端子触点24n。就此而言，也可以说源自双极子z的第二导体38n通过接地布置(电质)并且进一步在同轴导体结构12n的第一端部处连接到外部导体16n(在端子触点24n上)。

图17(侧视图)和图18(俯视图)示出了以图16中的电路图的形式表示的实施例的物理实现。

从图17和图18可知，布置在电路载体板40o上侧的导体36o依靠其相应长度形成电感l。导体36o的远端部分与电路载体板40o(且电路载体板40o的材料作为电介质)的底面上的导电(例如金属)涂层一起形成电容器c。

然而，与图14和图15的示例不同的是，在图17和18的示例中，形成“下电容器板”的电路载体板40o的涂层区域不是通过相应的导体路径通向同轴导体结构12o的第二端部，而是直接连接到接地触点(电质)。

图19示出了根据另一实施例的天线设备10p，其中实现了根据图5的示例的端接阻抗zterm。天线设备10p的特征在于，当从同轴导体结构12p的纵向方向观察时，表面波衰减设备布置在距同轴导体结构12p的第二端部一定距离处。在示出的示例中，这采用了纵向上一个接一个地布置的多个(此处为三个)铁氧体环50p-1、50p-2和50p-3的形式。将要发射或接收的信号在天线信号端子58p(这里：双极的螺纹连接器)处分别被馈入或馈出。

铁氧体环50p-1至50p-3布置的优点在于，例如当发射时，可以沿着同轴导体结构12p很好地限定从同轴导体结构12p的第二端部返回的“返回行波”的区域。这种铁氧体环用于以已知方式吸收进入的返回行波的大量能量。

在图19中，除了同轴导体结构体12p的实际长度k1之外，还指出了该同轴导体结构12p的“活跃”或“有效”长度k1'。行波可以在这个“活跃段”中传播。

在一个实施例中，多个铁氧体环，例如图19中所示的铁氧体环50p-1至50p-3沿着长度k1(有或没有相互分离)布置在固定位置。替代地，可以提供多个铁氧体环中的单个或全部以便其可沿着同轴导体结构(以使天线设备的性能能够得到调节)移位。此外，可以使用同轴导体结构上的铁氧体环(诸如在图19的示例中描述的铁氧体环50p-1至50p-3)进一步有利地影响和/或设定根据本发明的设备的天线阻抗至期望范围。

图20示出了天线设备10q的另一实施例，其结构和功能基本上与图19的示例对应。与图19的示例不同的是，替代了铁氧体环，在图20的示例中，电路载体板52q上仅设有集成在同轴导体结构12q中的单个变换器54q，这足以在此实现“共模电流滤波器”(同时提供“表面波衰减设备”的效果)。可以提供变换器54q，例如作为装配有电路载体板52q的组件，其中变换器54q的电气端子通过相应的端子触点利用连接到同轴导体结构12q的内部导体14q和外部导体16q的导体路径来实现。在该示例中，在一个点处对同轴导体结构12q进行了一定程度的分离，并且通过由电路载体板52q形成的电路布置(这里：变换器54q)再次组装。

与图20的表示不同的是，装配有变换器54q的电路载体板52q也可以是集成的，例如作为可更换的单元(例如，可插拔和/或可螺旋)。

如所示，同轴导体结构12q的总长度k1再次被划分，一方面划分为具有长度k1'的有效(承载行波)段，另一方面是仅用于引导信号(例如，从发射器或到接收器)的剩余段。

图21示出了具有与图2、5和19的示例相似的构造的天线设备10r的另一实施例，但是与其他实施例的区别在于天线设备10r的进一步发展还包括：

-第二细长的双极同轴导体结构60r，具有内部导体62r和同轴地围绕内部导体62r的外部导体64r，

-在第二同轴导体结构60r的第一端部(图21的左侧)的发射器/接收器端子58r，其由内部导体62r上的端子触点和外部导体64r上的端子触点形成，以连接发射器和/或接收器(图21中未示出)，以便利用天线设备发射信号和/或通过天线设备10r接收信号，

-具有同轴导体结构12r的第一端部的信号交叉耦合器66r，其在第二同轴导体结构60r的第二端部(图21的中间)上，通过所述交叉耦合器，第二同轴导体结构60r的内部导体62r与同轴导体结构12r的外部导体16r耦合并且第二同轴导体结构60r的外部导体64r与同轴导体结构12r的内部导体14r耦合。优选地，在所涉及的导体之间提供流电连接作为耦合器。

在根据图21的进一步发展中，天线发射信号在同轴导体结构12r的第一端部处不直接被馈入，且天线接收信号也不在该处直接被馈出(通过连接的发射器或接收器)，而是通过额外设置的第二同轴导体结构60r，其中所述第二同轴导体结构60r通过信号交叉耦合器66r连接。

在这个示例中，内部导体62r和外部导体16r以及外部导体64r和内部导体14r之间的电连接实现为相应的焊接点。电插头连接(这里为交叉触点)也可以代替这种焊接点。在这种情况下，信号交叉耦合器66r可有利地安装成用于装配天线设备的“模块”。

图22示出了根据另一实施例的天线设备10s，其中如图21的示例中，提供了第二同轴导体结构60s，并且所述第二同轴导体结构60s通过信号交叉耦合器连接到同轴导体结构12s。如所表示，信号交叉耦合通过将内部导体62s以流电方式连接外部导体16s并且将外部导体64s以流电方式连接内部导体14s再次建立。然而，与图21的示例不同的是，例如，对于这种连接，使用了电路载体板52s，在所述电路载体板上这些流电连接作为导体路径来规划路线(routed)，且相应的内部导体和外部导体通过焊接点结合。

图23示出了根据另一实施例的类似于图22的示例的天线设备10t。图23的示例可被认为是对图22中的示例的一定程度的物理实现，即就实施而言，以更物理的方式表示了在天线设备10t上的端接阻抗zterm(实际上大致与图5中的示例对应)。

图24和25示出了表示两个另外的实施例的天线设备10u和10v，每个实施例的构造类似于图16中的示例。其与图16示例的不同之处在于(类似于图20中的示例)变换器54u和54v在每个示例中同样是集成的，并且具有共模电流滤波器和表面波衰减设备的效果。变换器54u和54v均可以合并作为可更换单元或模块(例如，可插拔和/或可螺旋)。

根据图24和25的示例的不同之处在于，附图右侧的变换器绕组的“极性”不同。图24表示同轴导体结构12u的两个段之间的“非信号交叉”耦合，在图25中，在同轴导体结构12v和第二同轴导体结构60v之间产生“信号交叉耦合”。

总之，利用本发明，可以创建一种用于传输信息和能量的有利同轴行波导体。为了建立“有源天线区域”，可以使用特别是例如现有技术中已知的柔性同轴结构，以达到很好的效果，虽然不同于现有技术，但是这种同轴导体结构不仅用于简单的信号传输，而且由于其终端具有合适的端接阻抗，其功能也被扩展和“重新利用”。端接阻抗能够有利地以非常低的电损耗提供进行发射和接收所需的信号耦合。特别是当由电感和/或电容器(和/或相对较小或相对较大的欧姆电阻器)形成网络时，待发射或接收的信号不会在端接阻抗的区域中显着衰减。天线设备的工作原理是基于以下事实：在同轴导体结构的外部导体的外侧上承载非补偿(共模)信号作为表面波或外壳波。

最后，参考图26和图27，应该使用比较示例来说明本发明的基本思想。

图26示出了用于信号传输的传统同轴导体结构的示例。在图26中的底部，在第一端部，发射器的hf信号被馈入到内部导体中。在该第一端部，外部导体被连接到质/接地。示出该连接仅仅是出于示例性的目的，因此在此未使用例如标准同轴插头连接器的正确再现。

在图26的顶部，在第二端部，端子电阻器r被“正确地”连接(电阻器r通常根据同轴导体结构的波阻选择，通常例如是50ω的电阻器)。同轴结构在该第二端部继续，且外部导体在任何点处(电流的连接)均不中断。以这种方式，通过终端(第二端部)获得屏蔽效果；外部导体的功能类似于法拉第筒。

图26中的箭头以记号表现通过内部导体传播的hf交流电流的瞬像。由于内部导体中的电流，覆盖在外部导体上的电流均匀地保持平衡，但是正好以相反的方向流动。由于趋肤效应，这种“回流”只能穿透外部导体至最小深度，并且由于密封的金属屏蔽而不能逃逸到外面。

为了进行比较，图27示出了根据本发明的概念的类似构造和供电同轴导体结构的示例，其端子在第二端部处已经被修改。

在图27的示例中，代替同轴端子电阻器r的双极导体结构直接连接到外部导体和内部导体，在根据现有技术的所有情况下均应避免这种情况(参见图26)。外导体的开口使得附加路径沿着外部导体的外部打开，用于将回流电流覆盖在外部导体的内部。趋肤效应现在允许两个电流流动，而不会完全溢流外部导体。

正如在图27中清楚地示出，该耦合有效地对应于“转向”外部，其中“流动方向偏转180°”。令人惊讶的是，“外部电流”现在与内部导体中的原始“信号电流”同相。就好像这个电流直接被连接到外部导体的外侧一样。由于两个电流是同相的，所以可将此描述为共模耦合。在这种情况下，本发明范围内的优选目的是首先创建损耗尽可能少的(在第二端部)的终端，其次，给定这样的终端，以便使外部电流外侧的电流最大化，因此理想的是，除了相位同步几乎均衡之外，在外部导体的外侧上也占优势。

在外部导体外侧“转向”的hf交流电流作为表面波或外波沿着同轴导体结构传播，并且在外部导体周围产生电磁场，其可用于例如无线通信和/或能量传输的示例。

由于实际上(优选低损耗或无损耗)端接阻抗是恒定的，所以在几乎所有条件下，以这种方式创建的“近场天线”的阻抗几乎是恒定的，并且可以在任何几何形状/环境中进行安装和操作。同轴导体结构的路径中的曲率，优选地相对较小的曲率，有益于波输出，从而增大天线的射程。

本发明所基于的这种方法与现有技术形成鲜明的对比。这种近场天线的惊人、简单、多样化的性能尚未知晓。因此例如，根据本发明的天线可以例如在充电站中的地板上以蜿蜒图形行进，以对停放在其顶部的汽车的蓄电池充电(例如对车辆的可充电电池进行电容性充电)。与电感充电系统相比，由于不需要将线圈彼此精确地定位，因此这提供了巨大的优点。在大多数情况下，对于车辆来说足以在天线上方“随意”停止。它可以用于对例如宽阔的马路区域或整个停车场“通电”。