宽带短锥形条天线制造技术

公开了有关的系统和方法，提供一种锥形导体条以适应于宽带无线通信。实施例中给出一个沿其表面弯曲的导体条，借此提供一种孔径锥。构造上能提供孔径锥的导体条可放置于一个平面基底板上，以形成一种宽带的锥形条天线单元。实施例中还给出一种沿其一个边缘或多个边缘弯曲的导体条，借此提供一种阻抗锥。阻抗锥的尺寸可取地选择成针对在这里形成的天线单元而言，能给出所需的特性阻抗。实施例中可进一步包括一个短针或短板配置，以产生另外的模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带短锥形条天线
本专利技术一般涉及无线通信，尤其涉及锥形条天线单元配置，用于提供宽带信号通信。
技术介绍
信号的无线通信通常涉及应用规定频谱的频带，供载波信号使用。许多无线通信系统使用的频带比较窄，容许将天线调谐到谐振于通信系统的比较窄频带内所接收和/或发送的特定频率上。此类天线一般不提供良好的宽带频率响应。过去，对于特定用途诸如包括雷达在内的军事应用和空间应用场合，已经开发各种宽带天线配置。例如，锥形隙缝天线、喇叭形天线、螺旋天线、锥体天线、对数周期天线和平面环形单极天线等，它们已使用于宽带通信中。锥形隙缝天线最初于1974年引入，后来在1979年作出改进，采用指数锥形配置，使之具有较好的宽带阻抗匹配。锥形隙缝天线的指数锥形配置通常称为Vivaldi天线，示明于图1A至图1C中。这些天线具有宽带特性，能以方向性辐射图给出高的天线增益。从图1A至图1C中可见，锥形隙缝天线的物理结构具有“刀片”模样，其中，阴极(如图1A中单元101所示)和阳极(如图1A中单元102所示)导体布置成平面，它们之间有锥形隙缝。锥形隙缝起波导的作用，能建立有效辐射的电磁场。在隙缝末端(图1B中标志为R)提供信号输入/输出，由隙缝的锥部确定天线孔径(图1B中标志为A)。从图1A至图1C中可见，锥形隙缝天线包括两个区域：设定区和张口区。通常，天线设计上要求长的设定区以提供方向性，这导致锥形隙缝天线在轴向一般地比较长。因此，天线长度(图1B中标志为L)-->典型地在2λ0＜L＜12λ0的范围内，式中，λ0是天线最低谐振频率的自由空间波长。此种比较长的天线配置在提供十分纯净的电波极化上是有利的。然而，如此长的天线配置所需的空间使得其天线特性对天线的放置较为敏感，因此，它们在各种移动通信和其他通信系统中的应用受到限制。孔径(A)的宽度决定最低谐振频率(也就是，A≥λ0/2，式中，λ0是最低谐振频率的自由空间波长)。然而，在较低频率上，阻抗终接往往成为问题。具体地，如上面所示，孔径等于天线最低谐振频率的半波长，而在此频率上，由于电流没有适当的阻抗终接，天线不能很好地匹配。由上述可以知道，在较低工作频率上天线到达其张口孔径的最大值时，锥形隙缝天线匹配情况差。在大的频率范围内，锥形隙缝天线的阻抗不是恒定值。因此，优化的锥形隙缝天线对于隙缝内激励的电流矢量应呈现“自相似”形的性能。因不平衡造成的不对称电流也会使一定频率上的电波传播质量下降，由此降低宽带性能和辐射效率。所以，锥形隙缝天线中采用平衡馈电系统，以确保对辐射方向图的控制。例如，通常实施对阴极和阳极的平衡馈电以使孔径辐射等效于偶极子天线。为此，需要平衡的馈电机制。在尝试提供较平衡的电磁场上，已经开发对映的Vivaldi天线配置。图1C示明一种对映Vivaldi天线配置。虽然，就电磁场平衡而言得到改进，但此种配置仍存在上述Vivaldi天线配置所关联的其他缺点。平面环形单极天线中包括一个盘形板作为单极，可提供全方向性通信。平面环形单极天线的一个例子示明于图2，其中，盘形板201布置成与基座平板202垂直。此种天线的使用通常限制于室内场合。平面环形单极天线在设计上典型地能提供很宽频带的通信。然而，在较高工作频带上，电波辐射开始出现显著的多源供电。因此，平面环形单极天线的辐射方向图在这些频率上开始变坏。所以，此类天线的工作频率因辐射方向图变坏而实际上受限制，大致限制于天线所设-->计的最低频率之上的二三倍上。按照平面环形单极天线的设计，盘的高度尺寸典型地对应于天线所设计的最低频率的四分之一波长。因此，平面环形单极天线的尺寸通常比较大。并且，在该最低频率上，由于电流的阻抗终接问题而匹配不良。在颁发给Glabe等人美国专利No.5,748,152中，详细示明一种宽带平行板天线，该公开件引入于此作为参考，它是一种在有导体板的基底材料上形成的隙缝天线单元。如图3中所示，隙缝310包括张口的两个隙缝段311和312，它们分别处在阴极301和阳极302两者上，朝张口的背后延伸。这些隙缝内填充入吸收材料，主要使总的孔径尺寸最小化，并对电流提供较好的阻抗终接。此种天线呈现比较复杂的结构配置，要求额外的制造成本和较大的天线尺寸。
技术实现思路
本专利技术涉及天线系统和制造方法，它包括短的锥形导体条，适应于宽带无线通信。按照优选实施例，使导体条沿其表面弯曲借此形成锥体(这里，称为孔径锥)，其特性选择成适合于宽带无线通信。导体条在配置上形成一个处于平面基底板上的孔径锥，导体条起阳极的作用，基底板起对应的阴极的作用，构成一种按照本专利技术优选实施例的宽带锥形条天线单元。本专利技术的实施例适应于用一个信号馈电机制激励产生电流，可取地，该馈电机制的位置布置于导体条与基底板之间空隙最小的地方，信号传输至宽带锥形条天线单元的孔径上，并保持于自缩放的状态，确保天线的宽带性能。使优选实施例的导体条沿其一个边缘或几个边缘弯曲借此形成锥体(这里，称为阻抗锥)，其特性选择成适合于宽带通信。一个实施例锥体的阻抗锥中，导体条的边缘沿着具有前述孔径锥的表面，以使比较细的导体条部分保持其位置最接近信号馈电机制点，当趋向前面所述孔径锥表面处时导体条逐渐变宽。可取地，阻抗锥尺寸可选择成针对在这里所形成的天线单元来说，具有所需的特性抗阻。例如，可-->将阻抗锥选择成确保宽带锥形条天线单元与常规的50Ω端口匹配，并给出定向的辐射方向图。应理解到，本专利技术优选实施例的宽带性能是结合不平衡馈电配置得到的。因此，按照本专利技术的实施例中不需要宽带的平衡-不平衡转换器，从而与各种现有技术的宽带天线配置诸如Vivaldi锥形隙缝天线相比较，本天线配置的尺寸可做到小得多。本专利技术的实施例中包括短针或短板配置，以产生另外的模式。应用这样的短针，本专利技术的宽带锥形条天线单元的最低谐振频率不受孔径大小的制约。所以，可利用此类实施例便于做到进一步减小天线配置的尺寸。例如，采用短针的本专利技术实施例能给出大约0.14λ0尺寸的宽带锥形条天线单元，这里，λ0是最低谐振频率的自由空间波长。上面，大略地概述了本专利技术的特性和技术优点，有助于对下面的本专利技术详细说明得以良好理解。后面，结合本专利技术权利要求书中的主题内容，说明本专利技术的附加特性和优点。本
内的熟练人员知道，可以方便地以公开的概念和具体实施例为基础，用以修改和设计其它的结构来实现与本专利技术相同的目的。本
内的熟练人员应认识到，此类等效构造偏离不开在所附权利要求书中提出的本专利技术的精神和范围。从结合附图阅读下面的说明中，可以确信本专利技术所具有特性的新特点，包括它的组成和工作方法两方面，并能较好地了解此外的目的和优点。然而，应该明确地知道，给出的每张附图目的只在于示例和解释，并非意在规定本专利技术的界限。附图说明为了更全面地了解本专利技术，现在，结合附图参考下面的说明。图1A至图1C示明现有技术的Vivaldi天线配置；图2示明现有技术的平面环形单极天线配置；图3示明现有技术的宽带平行板天线配置；图4A至图4D示明按照本专利技术实施例的宽带锥形天线的不同视图；-->图5A和图5B示明图4A至图4D中宽带锥形条天线的等角视图；图6示明本专利技术的宽带锥形条天线实施例中测得的输入回波损耗曲线图；图7A、7B和7C示明本专利技术的宽带锥形条天线实施例在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线单元，包含：　　　　导体条，具有锥形面，借此确定一个孔径锥，以及　　　　基底板，布置成平行于至少一部分的所述导体条锥形面，其中，在所述至少一部分的所述导体条锥形面处，一个信号馈电隙缝位于所述导体条与所述基底板之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-28 10/377,1281.一种天线单元，包含：导体条，具有锥形面，借此确定一个孔径锥，以及基底板，布置成平行于至少一部分的所述导体条锥形面，其中，在所述至少一部分的所述导体条锥形面处，一个信号馈电隙缝位于所述导体条与所述基底板之间。2.根据权利要求1所述的天线单元，其中，由所述孔径锥的大小和形状确定所需的工作频带。3.根据权利要求2所述的天线单元，其中，所述所需的工作频带为宽带频带。4.根据权利要求2所述的天线单元，其中，所述所需的工作频带包括从大约1.7GHz到大约14GHz的频率范围。5.根据权利要求1所述的天线单元，其中，所述导体条的所述孔径锥包含一部分环形曲面。6.根据权利要求1所述的天线单元，其中，由所述天线单元辐射的信号所关联的波前传播矢量角自所述基底板表面上以大约45°角传播。7.根据权利要求1所述的天线单元，其中，所述导体条的所述孔径锥包含一部分椭圆曲面。8.根据权利要求7所述的天线单元，其中，所述椭圆曲面的椭圆布置成平行于所述基底板表面。9.根据权利要求8所述的天线单元，其中，由所述天线单元辐射的信号所关联的波前传播矢量角自所述基底板表面上以小于45°角传播。10.根据权利要求7所述的天线单元，其中，所述椭圆曲面的椭圆布置成垂直于所述基底板表面。11.根据权利要求10所述的天线单元，其中，由所述天线单元辐射的信号所关联的波前传播矢量角自所述基底板表面上以大于45°角-->传播。12.根据权利要求1所述的天线单元，其中，所述导体条进一步具有所述锥形面的至少一个边缘，借此确定一个阻抗锥。13.根据权利要求12所述的天线单元，其中，所述阻抗锥的大小和形状使得在所需的整个工作频带内具有近似恒定的阻抗。14.根据权利要求12所述的天线单元，其中，所述阻抗锥在所述导体条锥形面的所述至少一部分处，可使所述导体条的宽度减小到一个最小值上。15.根据权利要求12所述的天线单元，其中，所述阻抗锥在与信号馈电机制相接口的地方，具有大约50Ω的阻抗。16.根据权利要求1所述的天线单元，进一步包含：一个短针，使所述基底板到所述至少一部分所述导体条锥形面上远处的所述导体条末端之间，实现电连接。17.根据权利要求16所述的天线单元，其中，所述短针对于所需工作频带中的较低频率提供阻抗终接。18.根据权利要求16所述的天线单元，其中，所述短针对于所述天线单元提供短环路工作模式。19.根据权利要求18所述的天线单元，其中，所述短环路工作模式在所述天线单元之所需工作频带内最低谐振频率之下，能给出一个谐振频率。20.根据权利要求19所述的天线单元，其中，所述所需的工作频带包含大约14∶1的带宽。21.根据权利要求16所述的天线单元，其中，所述短针包含一个短板，具有的宽度对应于所述导体条的宽度。22.根据权利要求16所述的天线单元，其中，所述短针包含一短条，具有的宽度小于所述导体条的宽度。23.根据权利要求16所述的天线单元，其中，所述短针包含信号延时机制。24.根据权利要求23所述的天线单元，其中，所述信号延时机制-->包含短针的曲折。25.根据权利要求16所述的天线单元，进一步包含：短针选择电路，工作中选择性地应用所述短针。26.根据权利要求25所述的天线单元，其中，所述短针选择电路包含：至少一个PIN二极管，布置于所述短针的信号路径内。27.根据权利要求1所述的天线单元，进一步包含：一种电介质材料，布置于所述信号馈电隙缝中。28.根据权利要求1所述的天线单元，其中，与所述孔径锥关联的孔径A小于所需工作频带内最低频率的四分之一波长，也即A＜λ0/4，式中，λ0是所需工作频带内最低谐振频率的自由空间波长。29.根据权利要求28所述的天线单元，其中，所述孔径A大约为0.14λ0。30.根据权利要求1所述的天线单元，其中，与所述信号馈电隙缝关联的长度L小于所需工作频带内最低频率的四分之一波长，也即L＜λ0/4，式中，λ0是所需工作频带内最低谐振频率的自由空间波长。31.根据权利要求30所述的天线单元，其中，所述长度L大约为0.19λ0。32.一种天线单元，包含：导体条，具有锥形面，借此确定一个孔径锥，其中，所述孔径锥的大小和形状给出所需的工作频带，所述导体条进一步具有所述锥形面的至少一个边缘，借此确定一个阻抗锥，其中，所述阻抗锥的大小和形状使得在所需的整个工作频带内具有近似恒定的阻抗。33.根据权利要求32所述的天线单元，其中，所述所需的工作频带为宽带频带。34.根据权利要求32所述的天线单元，其中，所述所需的工作频带包含大约14∶1的带宽。35.根据权利要求32所述的天线单元，其中，与所述孔径锥关联的孔径A小于所述所需的工作频带内最低频率的四分之一波长，也即-->A＜λ0/4，式中，λ0是所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋浚哲，罗斯D墨奇，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]