带有改进的天线方向图特性的双突脊和四突脊喇叭形天线制造技术

如本文中所提供的，一双突脊或四突脊的宽带喇叭形天线可包括一对彼此相对布置的导电的天线元件，以便沿纵向方向导向电磁波通过喇叭形天线。在某些情形中，成对的导电天线元件可以包括基本上凸出的内表面和合适成形的外表面。凸出的内表面通常起作引导或导向辐射的电磁能，而不扰动所要求的辐射图形。为了保持要求的辐射图形，宽带喇叭形天线还可包括一对锥形的延伸元件，各在其一端部处偶联到天线元件的不同的元件的外表面。在某些情形中，磁性材料可布置在天线元件的至少一部分上，以约束表面电流仅沿内表面流动。在某些情形中，纵向槽可形成在内表面内，以约束表面电流沿横向于纵向方向的方向流动。

【技术实现步骤摘要】
带有改进的天线方向图特性的双突脊和四突脊喇叭形天线
本专利技术涉及天线的设计，具体来说，涉及双突脊的和四突脊的宽带喇叭形天线。
技术介绍
以下的描述和实例借助于本节内的内容不能认为是现有的技术。天线是可辐射或接受电磁(EM)能的装置。一理想的发射天线从一源中(例如，功率放大器)接受功率并将接受的功率辐射到空间中。即，电磁能从天线扩散，如果不被反射或驱散，则电磁能不会返回。然而，一实际的天线产生辐射的和不辐射的EM场分量。不辐射EM场分量的实例可以是返回到源内的被接受的功率的部分，或者在一阻抗的载荷中耗散。天线的特性可以用各种方法来表征。首先，一天线的辐射效率(或“天线效率”)可定义为被天线辐射的功率量对天线(从一功率源)接受的功率量之比。被天线接受的功率部分(但未辐射)可以热的形式耗散。其它天线性能的特征包括操作频率的带宽、增益、方向性和天线传输图形。如本文中所使用的，术语“天线辐射图形”一般地可定义为一量的空间分布，它表征由天线产生的电磁场。天线图形通常给定为以下量之一的角度分布(在球坐标中，θ和φ，以及离天线的一固定点R)的图形：功率通量密度、辐射密度、方向性、增益、相位、极化和场强(电场或磁场)。例如，一天线的“辐射图形”可表示为远场(即，角度场分布基本上独立于离天线区域内的一特定点的距离的天线场的区域)内的辐射的功率通量密度的角度分布。对于正弦稳态场，辐射图形可通过绘出坡印廷(Poynting)矢量的径向分量的实部而形成：[方程1]-->其中，E和H是分别表示电场和磁场的相位复矢量。换句话说，辐射图形可描述为一天线辐射电磁能(包括电场和磁场分量)的趋势，其是远场区域内的方向的函数。尽管天线的辐射图形可表示为一对于所有球形角的3-D的图，但在检查量方面的信息时，通常有利地提供辐射图形的2-D“剪辑”。这些“剪辑”通常沿远场区域内的EM场的所谓的E平面和H平面进行。对于线性极化的天线，E平面是包含电场矢量(E)和最大辐射方向的平面。H平面情况类似，但正交于E平面。下面将详细描述一特定类型的天线的示范的辐射图形。天线的方向性、增益和极化可用天线辐射图形的知识进行计算。天线的“方向性”一般可以定义为最大辐射的方向。例如，大部分方向性天线的辐射图形可包括一主瓣(指向最大辐射的方向)，但也可包括若干个较小的旁瓣(例如，由于在天线内的反射或交叉极化)。通过减小沿要求方向辐射的EM能量，这些旁瓣通常从天线的全部特性中转移。因此，天线增益将小于天线设计的方向性，其提供小于100％的辐射效率(即，真正天线)。如上所述，电磁场以矢量从天线辐射。电磁场的矢量特性的行为通常称之为天线的“极化”或“极化状态”。用于电磁相容性(EMC)试验的大部分天线设计是线性极化的，这意味着电场(或磁场)分量限制在一个平面。另一方面，某些天线设计可显示一椭圆形的极化，或辐射的极化主要地在一个带有稍微的交叉极化分量的平面内，它是带有主分量的平面外。在椭圆形极化中，电场矢量的末端可追溯一椭圆形图形，其在与传播方向相交和正交的任何固定的平面内。一椭圆形极化波可分解为两个相位正交的线性极化波，以使它们的极化平面彼此垂直。一双突脊喇叭形天线或四突脊波导是线性极化天线的一个实例。当重加载时，双突脊波导可提供一显著宽的带宽(例如，从约1GHz至约18GHz)。如图1和2所示，一双突脊喇叭形100可包括一对天线元件110(通常称之为“突脊”或“翅片”)，它们彼此相对地布置在一矩形的喇叭形天线内。各个天线元件110可具有一大致凸出的内表面112和一大致直的外表面114。在大多数情形中，各个外表面114可固定地附连到形成喇叭形天线100的诸侧壁120之一。当偶联在一起时，侧壁120可形成一矩形锥结构，其具有一基本上大于底部140的孔130。在某些情形中，一矩形盒(或“空腔结构”)150可偶联到类似形状的底部140。空腔结构可包括一功率连接器160，以便通过一同轴传输线(未示出)从功率源(未示出)对成对的天线元件供应电流。也可设置一导电的馈送线170将电流从同轴传输线传输-->到喇叭形天线的成对的天线元件110。从传输线到导电馈送线170的过渡是喇叭形的一重要的部分，重要性在于它包括喇叭形馈送区域(即，功率供应到天线元件的区域)的部分。当供应功率时，天线元件的内表面112起作锥形的波导，以便随着能量从底部140通过喇叭形天线的“喉部”前进而导向该辐射能，并通过天线的“嘴”或孔130辐射出去。用于EMC试验系统内的传统的宽带喇叭形天线通常显示的操作频率范围在1GHz至18GHz。然而，高频率范围通常受辐射图形内不规则性的困扰。随着频率的增加，这些所谓的不规则性出现为旁瓣(180，图3)的增加、背瓣(185)的增加，或甚至分裂或修改主瓣(190)。在频率范围的最高端处，辐射图形主要地喇叭形的受馈送区域特性所控制。例如，随着频率增加，电磁能趋于逐步地拉离天线元件的内表面112。这样的拉离开始在天线的“嘴”处，并逐渐地增加直到能量以成功的较短的距离开始拉离馈送区域。这趋于增加天线元件的内表面上的横向电流量，以及在馈送区域内形成的较高阶的模量。在某些情形中，通过将一相当的能量重新引导到旁瓣和/或背瓣，较高阶模量可从要求的辐射图形中转移。至少一个喇叭形天线设计已被提出，其中，一用来抑制馈送区域内的较高阶模量的装置已经包括在该设计内。该装置基本上安装在一放置在喇叭形天线的两个突脊(即，天线元件110)之间的带形导体上。该装置在抑制较高阶模量上稍许有效，并代表对不能解决总共的模量抑制的早期设计的一种改进。然而，由于公差的限制，带形导体不能对辐射图形的不规则性始终提供一可行的解决方案。例如，带形导体必须对称地布置在带有异常紧的公差的突脊之间。这不仅在双突脊天线设计中难于实现，而且在四突脊天线元件设计中变得尤其困难，因为在馈送区域内赋予甚至更加紧的空间限制。一四突脊喇叭形天线基本上是一双极化型的双突脊喇叭形天线，并在理想的情形中通过使用在四突脊波导中的两个模量的正交性发挥其功能。换句话说，四突脊喇叭形天线组合两个线性极化的波，以产生一椭圆形极化的波导。如上所述，一椭圆形极化波是主要在一平面内极化的，该平面带有的一稍许的交叉极化分量与主分量不同相。尽管细心的设计可将交叉极化分量减到最小，但不能完全地消除它。在实际的情形中，两个模量之间的偶联，尤其是在馈送区域内，是不可避免的并减损喇叭形天线的特性。因为在实施馈送区域(例如，空间约束)中的各种困难，所以四突脊喇叭形不能提供如双突脊、单一极化喇叭形的那样的带宽。最好的是，传统的四突脊喇叭形天线可提供一约1GHz至约10GHz的操作频率范围。-->除了减小的操作频率范围，传统的双突脊和四突脊喇叭形天线通常受低频范围内的不规则性困扰。在操作频率范围的低端处，“嘴”的特性趋于控制双突脊和四突脊喇叭形天线的辐射图形。此外，从“嘴”的反射可造成“喉部”阻抗的大的波动和大的脉冲畸变。在频率范围的最低端处，电流可围绕“嘴”的边缘流动以增加辐射图形中的旁瓣和背瓣的数量。这最终可毁坏喇叭形的单向特性。因此，需要改进双突脊和四突脊喇叭形天线的设计，它们在一最大的操作频率范围上提供对要求的辐射图形的提高的控制。
技术实现思路
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【技术保护点】
一宽带喇叭形天线，它包括：　　　　第一对彼此相对布置的导电的天线元件，其中，成对的导电天线元件各包括一用来导向电磁波的内表面，以及与内表面相对布置的外表面；以及　　　　第一对锥形的延伸元件，各在其一端部处偶联到成对的导电天线元件的不同的元件的外表面，其中，成对的锥形延伸元件从相对方向的各自外表面沿着一轴线延伸，该轴线垂直于分离成对的导电天线元件的纵向轴线。

【技术特征摘要】
US 2004-4-20 60/563,9651.一宽带喇叭形天线，它包括：第一对彼此相对布置的导电的天线元件，其中，成对的导电天线元件各包括一用来导向电磁波的内表面，以及与内表面相对布置的外表面；以及第一对锥形的延伸元件，各在其一端部处偶联到成对的导电天线元件的不同的元件的外表面，其中，成对的锥形延伸元件从相对方向的各自外表面沿着一轴线延伸，该轴线垂直于分离成对的导电天线元件的纵向轴线。2.如权利要求1所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，第一对锥形的延伸元件固定地附连到第一对导电的天线元件的外表面。3.如权利要求1所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，第一对锥形的延伸元件与第一对导电的天线元件的外表面一体地形成。4.如权利要求1所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，除了锥形的延伸元件之外没有附加的结构偶联到第一对导电的天线元件的外表面。5.如权利要求1所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，第一对导电的天线元件的内表面基本上呈凸出的形状，其中，外表面基本上是直的。6.如权利要求5所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括一布置在成对的导电天线元件的至少一部分上的磁性材料，以便约束表面电流仅沿第一对导电的天线元件的内表面流动。7.如权利要求5所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括形成在第一对导电的天线元件的内表面内的纵向槽，其中，纵向槽从第一对导电的天线元件的底部向上延伸，并起作阻止表面电流沿着第一对导电的天线元件沿横向方向流动。8.如权利要求5所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括一空腔结构，它一体地形成或以其它方式偶联到第一对导电的天线元件的底部，其中，空腔结构包括至少一个输入连接器，以便对第一对导电的天线元件供应电流。9.如权利要求8所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括一形成在空腔结构内的磁性材料，以抑制空腔共振和辐射图形的扰动。10.如权利要求8所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括一偶联到至少一个输入连接器的平衡的输入馈送，并构造成对成对的导电天线元件供应相等的和相对的电流水平。-->11.如权利要求10所述的宽带喇叭形天线，其特征在于，还包括一第二对导电的天线元件，其类似于第一对并彼此相对地布置，并包括凸出的内表面和基本上直的外表面，其中，第二对导电的天线元件包括一类似于第一对的第二对锥形元件，其中，第一和第二对导电天线元件布置成提供一双极化的电磁波。12.一宽带喇叭形天线，它包括：成对的彼此相对布置的导电天线元件，其中，成对的导电天线元件包括用来导向电磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS迈克利恩，RA萨顿，
申请(专利权)人：TDK股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]