这里提供一种具有内嵌阻抗匹配网络的双脊或四脊喇叭天线。根据一个实施例，喇叭天线可包括彼此相对设置以在其间引导电磁波的至少一对脊。传输线耦合于诸脊中的第一个以向喇叭天线的馈电区供电或从其接收信号。为了减小传输线和脊之间的阻抗失配，在馈电点将阻抗匹配网络内嵌到的第二脊内。阻抗匹配网络通过在馈电区的传输线和脊之间提供足够量的串联电容减少了阻抗失配并扩展了喇叭天线的工作频率范围。如本文所述，阻抗匹配网络较佳地实现为开路传输线接线柱或电容性接线柱。
【技术实现步骤摘要】
具有改进工作频率范围的集成阻抗匹配网络的喇叭天线
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及天线设计且更具体地涉及具有集成的阻抗匹配网络的宽带喇叭天线。2. 关联技术的说明下面的说明和示例不因为它们包含在这部分而被认为是现有技术。天线是辐射或接收电磁(EM)能量的装置。理想的传输天线从信号源(例如功放)接收功率并将所接收的功率辐射至空中。即，电磁能从天线逸出，除非被反射或散射，否则不会返回。然而，实践中的天线产生辐射和非辐射的两种EM场分量。一例非辐射EM场分量可以是返回信号源的已接收功率的一部分，或者在阻性负载中被消耗。天线的性能可以多种方式表征。首先，天线的辐射效率(或"天线效率")可定义为由天线辐射的功率量与由天线(从电源)接收到的功率量之比。由天线接收到的但不辐射出的功率部分可能以热形式消耗。其它天线性能特征包括辐射图案、工作频率带宽、增益和方向性。如本文所使用，天线的"辐射图案"可定义为量的空间分布，表征天线产生的电磁场。辐射图案一般作为下列量之一的角分布(在球面坐标中，在离天线固定径向距离R处的e和v)的表征而给出功率通量密度、辐射强度、方向性、增益、相位、极化或场强(电或磁)。天线的方向性、增益和极化可通过获知天线的辐射图案而计算出。例如，天线的"方向性"可定义为最大辅射的方向。对于多数定向天线来说，辐射图案包括一个主瓣(指向最大辐射的方向)和若干个较小的侧瓣(例如由于天线内的反射或横向极化)。侧瓣往往有损于定向天线的总体性能，因的量。定向天线的"增益"可定义为方向性乘以天线的辐射效率。就此而言，天 线增益将小于实际天线设计的方向性，它提供100%以下的辐射效率。电磁场是矢量场。电磁场的矢量特征的行为经常被称为天线的"极化"或"极化状态"。用于电磁兼容性(EMC)测试的多数天线设计是线性极化的。双脊喇叭天线或锥形双脊波导是线性极化天线的一个例子，因为喇叭在主轴和 主平面上产生的电磁场是线性极化的。当重载时，双脊喇叭天线能够提供相当大的工作频率带宽(例如从大约lGHz至18GHz)。"工作频率带宽"典型地被 定义为提供可接受性能的频率范围。双脊喇叭天线100的一个实施例示出于附图说明图1和图2中。在所示实施例中， 该双脊喇叭天线包括彼此相对地设置在矩形外壳内的一对天线元110 (或称其 为"脊"或"鳍")。每个天线元110形成为具有基本凸起的内表面112和基 本平直的外表面114。天线元的外表面114牢固地附连于喇叭天线100的壁120。 当耦合在一起时，壁120形成具有比底部140明显更大的孔130的矩形圆锥结 构。在一些情形下，矩形盒体(或"空腔结构")150可耦合于类似形状的底 部140。 一般包括空腔结构150以在喇叭天线的馈电区后面提供分流电感，该 分流电感在馈电区提供高通匹配并防止能量从天线后面辐射出。如图1所示， 一个或多个电源连接器160可耦合于底部140以经由同轴传 输线(未示出)从电源(未示出)向天线元110提供电流。包含导电馈电线170 以将电流从同轴传输线传至天线元110。从同轴传输线至导电馈电线170的过 渡段是喇叭的重要部分，它包括喇叭的馈电区部分(即将电源提供给天线元的 区域或点)。当对馈电区供电时，电磁能产生并辐射到喇叭天线的外部。天线 元10的内表面112被配置成当辐射能量从底部140通过喇叭天线的"咽喉" 运行并通过天线的"嘴"或孔130离开时引导辐射能量。如上所述， 一些双脊喇叭天线能够工作在相当大的频率范围内。例如，用 于EMC测试系统的一些双脊喇叭天线可提供将近1-18GHz的工作频率带宽。然 而，传统双脊喇叭设计目前无法在明显大于18:1的带宽上提供可用辐射图案。 这种带宽限制在四脊喇叭设计中进一步加剧。四脊喇叭天线基本上是双脊喇叭天线的双极化形式并在理想情形下通过利用四脊波导中的两个波型的正交性发挥功能。通过保持四脊波导两个端口处的进入信号的相位和振幅之间的正确关系，可产生循环极化的远场。更一般地说，该天线与开关一起使用以提供两种正交的线性极化。在实践情形下，两波型之间尤其在馈电区的耦合是不可避免的并因此有损于四脊喇叭天线的性能。由于制造馈电区存在的各种困难(例如空间约束)，四脊喇叭已无法提供与双脊、单极化喇叭相同的带宽。最多，传统的四脊喇叭天线可提供大约lGHz至10GHz的工作频率范围。因此，需要提供一种改进的双脊和四脊喇叭设计，它能够扩展可用工作频率范围以使其超过当前可得的工作频率范围。专利技术概述上面列出的问题很大一部分可通过包括彼此相对设置以在其间引导电磁波的至少一对脊的双脊或四脊喇叭天线来解决。传输线耦合于诸脊中的第一个以向喇叭天线的馈电区供电或从中接收信号。为了减少传输线和脊之间的阻抗失配，将阻抗匹配网络在馈电区内嵌于诸脊的第二个中。 一般来说，可通过在传输线和馈电区的脊之间提供串联电容而配置阻抗匹配网络以减少失配。在一个实施例中，阻抗匹配网络可包含导电引脚，该导电引脚从传输线伸出、穿过第一脊进入形成在第二脊内的凹口。需要设置在馈电区以减少阻抗失配的串联电容由导电引脚部分提供，所述导电引脚内嵌在凹口中。导电引脚的嵌入部分或者被称为"开路传输线接线柱"或"电容性接线柱"。如本文所述那样，可增加电容性接线柱的直径和/或长度以增大由接线柱提供的电容量。在一些情形下，导电引脚可仅为传输线中央导体的延伸，以使导电引脚的直径基本等于中央导体的直径。在其它情形下，导电引脚与传输线的中央导体截然不同，但与之附连。这使导电引脚具有比中央导体明显更大的直径。例如，导电引脚包括具有恒定、但是更大直径的连续导体。又如，导电引脚可形成为两个独立部分，这两部分稍后耦合在一起。例如，导电引脚可包括从传输线伸出通过第一脊直至凹口边界的第一部分。导电引脚也可包括直接与第一部分相连并约束在凹口中的第二部分。在一些情形下，第二部分的直径可大于第一部 分的直径。在一些实施例中，阻抗匹配网络可包括用于将导电引脚固定在馈电区并防 止导电引脚和脊之间产生物理接触的介电材料。在一些情形下，介电材料可从 传输线伸出、透过第一脊伸入形成在第二脊中的凹口。在其它情形下，介电材 料可约束在凹口中以嵌入导电引脚的端子端。在任一情形下，可包括介电材料 以增加接线柱提供的电容量。为了提供足够量的电容，该介电材料可从相对介 电常数大于或等于约2.0的介电材料中选取。例如，该介电材料可从包括合成 含氟聚合物、交联聚苯乙烯和陶瓷材料的介电材料中选取。本文还探讨了制造喇叭天线的方法。 一般来说，该方法可包括提供一对脊 以使这对脊的内表面定位以引导它们之间的电磁能量。在一些情形下，该方法 接下来是将导电引脚插入贯穿诸脊的第一个延伸的孔。该导电引脚可如本文所 述地配置。接着，导电引脚的一端可连接于喇叭天线的电源连接器或输入/输 出(I/O)连接器。在一些情形下，导电引脚和连接器组件可前进通过孔，直 到导电引脚的端子端位于形成在诸脊的第二个中的凹口内且连接器基本与诸 脊的第一个的外表面齐平为止。在其它情形下，可在导电引脚和连接器组件前 进并穿过孔前将介电材料或"介电塞"插入凹口。如果有的话，可配置介电塞 以将导电引脚的端子端固定在凹口中，防止导电引脚和脊之间产生物理接触并 增加内嵌在凹口中的导电引脚部分提本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种喇叭天线，包括： 一对脊，这对脊彼此相对设置以引导其间的电磁波； 传输线，所述传输线耦合于诸脊中的第一个以向所述喇叭天线的馈电区供电或从那里接收信号；以及 阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络在馈电区内嵌于诸脊中的第二个以减少所述传输线和脊之间的阻抗失配。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：JS麦克利恩，
申请(专利权)人：TDK股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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