專利名稱：具有改進(jìn)工作頻率范圍的集成阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的喇叭天線的制作方法
具有改進(jìn)工作頻率范圍的集成阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的喇叭天線
背景技術(shù)：
1. 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及天線設(shè)計且更具體地涉及具有集成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的寬帶喇叭天線。
2. 關(guān)聯(lián)技術(shù)的說明
下面的說明和示例不因?yàn)樗鼈儼谶@部分而被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。天線是輻射或接收電磁(EM)能量的裝置。理想的傳輸天線從信號源(例如功放)接收功率并將所接收的功率輻射至空中。即，電磁能從天線逸出，除非被反射或散射，否則不會返回。然而，實(shí)踐中的天線產(chǎn)生輻射和非輻射的兩種EM場分量。一例非輻射EM場分量可以是返回信號源的已接收功率的一部分，
或者在阻性負(fù)載中被消耗。
天線的性能可以多種方式表征。首先，天線的輻射效率(或"天線效率")可定義為由天線輻射的功率量與由天線(從電源)接收到的功率量之比。由天線接收到的但不輻射出的功率部分可能以熱形式消耗。其它天線性能特征包括輻射圖案、工作頻率帶寬、增益和方向性。
如本文所使用，天線的"輻射圖案"可定義為量的空間分布，表征天線產(chǎn)生的電磁場。輻射圖案一般作為下列量之一的角分布(在球面坐標(biāo)中，在離天線固定徑向距離R處的e和v)的表征而給出功率通量密度、輻射強(qiáng)度、方向性、增益、相位、極化或場強(qiáng)(電或磁)。天線的方向性、增益和極化可通過獲知天線的輻射圖案而計算出。
例如，天線的"方向性"可定義為最大輔射的方向。對于多數(shù)定向天線來說，輻射圖案包括一個主瓣(指向最大輻射的方向)和若干個較小的側(cè)瓣(例如由于天線內(nèi)的反射或橫向極化)。側(cè)瓣往往有損于定向天線的總體性能，因的量。
定向天線的"增益"可定義為方向性乘以天線的輻射效率。就此而言，天 線增益將小于實(shí)際天線設(shè)計的方向性，它提供100%以下的輻射效率。
電磁場是矢量場。電磁場的矢量特征的行為經(jīng)常被稱為天線的"極化"或
"極化狀態(tài)"。用于電磁兼容性(EMC)測試的多數(shù)天線設(shè)計是線性極化的。
雙脊喇叭天線或錐形雙脊波導(dǎo)是線性極化天線的一個例子，因?yàn)槔仍谥鬏S和 主平面上產(chǎn)生的電磁場是線性極化的。當(dāng)重載時，雙脊喇叭天線能夠提供相當(dāng)
大的工作頻率帶寬(例如從大約lGHz至18GHz)。"工作頻率帶寬"典型地被 定義為提供可接受性能的頻率范圍。
雙脊喇叭天線100的一個實(shí)施例示出于

圖1和圖2中。在所示實(shí)施例中， 該雙脊喇叭天線包括彼此相對地設(shè)置在矩形外殼內(nèi)的一對天線元110 (或稱其 為"脊"或"鰭")。每個天線元110形成為具有基本凸起的內(nèi)表面112和基 本平直的外表面114。天線元的外表面114牢固地附連于喇叭天線100的壁120。 當(dāng)耦合在一起時，壁120形成具有比底部140明顯更大的孔130的矩形圓錐結(jié) 構(gòu)。在一些情形下，矩形盒體(或"空腔結(jié)構(gòu)")150可耦合于類似形狀的底 部140。 一般包括空腔結(jié)構(gòu)150以在喇叭天線的饋電區(qū)后面提供分流電感，該 分流電感在饋電區(qū)提供高通匹配并防止能量從天線后面輻射出。
如圖1所示， 一個或多個電源連接器160可耦合于底部140以經(jīng)由同軸傳 輸線(未示出)從電源(未示出)向天線元110提供電流。包含導(dǎo)電饋電線170 以將電流從同軸傳輸線傳至天線元110。從同軸傳輸線至導(dǎo)電饋電線170的過 渡段是喇叭的重要部分，它包括喇叭的饋電區(qū)部分(即將電源提供給天線元的 區(qū)域或點(diǎn))。當(dāng)對饋電區(qū)供電時，電磁能產(chǎn)生并輻射到喇叭天線的外部。天線 元10的內(nèi)表面112被配置成當(dāng)輻射能量從底部140通過喇叭天線的"咽喉" 運(yùn)行并通過天線的"嘴"或孔130離開時引導(dǎo)輻射能量。
如上所述， 一些雙脊喇叭天線能夠工作在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)。例如，用 于EMC測試系統(tǒng)的一些雙脊喇叭天線可提供將近1-18GHz的工作頻率帶寬。然 而，傳統(tǒng)雙脊喇叭設(shè)計目前無法在明顯大于18:1的帶寬上提供可用輻射圖案。 這種帶寬限制在四脊喇叭設(shè)計中進(jìn)一步加劇。四脊喇叭天線基本上是雙脊喇叭天線的雙極化形式并在理想情形下通過利用四脊波導(dǎo)中的兩個波型的正交性發(fā)揮功能。通過保持四脊波導(dǎo)兩個端口處的進(jìn)入信號的相位和振幅之間的正確關(guān)系，可產(chǎn)生循環(huán)極化的遠(yuǎn)場。更一般地說，該天線與開關(guān)一起使用以提供兩種正交的線性極化。
在實(shí)踐情形下，兩波型之間尤其在饋電區(qū)的耦合是不可避免的并因此有損于四脊喇叭天線的性能。由于制造饋電區(qū)存在的各種困難(例如空間約束)，四脊喇叭已無法提供與雙脊、單極化喇叭相同的帶寬。最多，傳統(tǒng)的四脊喇叭
天線可提供大約lGHz至10GHz的工作頻率范圍。
因此，需要提供一種改進(jìn)的雙脊和四脊喇叭設(shè)計，它能夠擴(kuò)展可用工作頻率范圍以使其超過當(dāng)前可得的工作頻率范圍。
發(fā)明概述
上面列出的問題很大一部分可通過包括彼此相對設(shè)置以在其間引導(dǎo)電磁波的至少一對脊的雙脊或四脊喇叭天線來解決。傳輸線耦合于諸脊中的第一個以向喇叭天線的饋電區(qū)供電或從中接收信號。為了減少傳輸線和脊之間的阻抗失配，將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在饋電區(qū)內(nèi)嵌于諸脊的第二個中。 一般來說，可通過在傳輸線和饋電區(qū)的脊之間提供串聯(lián)電容而配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以減少失配。
在一個實(shí)施例中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可包含導(dǎo)電引腳，該導(dǎo)電引腳從傳輸線伸出、穿過第一脊進(jìn)入形成在第二脊內(nèi)的凹口。需要設(shè)置在饋電區(qū)以減少阻抗失配的串聯(lián)電容由導(dǎo)電引腳部分提供，所述導(dǎo)電引腳內(nèi)嵌在凹口中。導(dǎo)電引腳的嵌入部分或者被稱為"開路傳輸線接線柱"或"電容性接線柱"。如本文所述那樣，可增加電容性接線柱的直徑和/或長度以增大由接線柱提供的電容量。
在一些情形下，導(dǎo)電引腳可僅為傳輸線中央導(dǎo)體的延伸，以使導(dǎo)電引腳的直徑基本等于中央導(dǎo)體的直徑。在其它情形下，導(dǎo)電引腳與傳輸線的中央導(dǎo)體截然不同，但與之附連。這使導(dǎo)電引腳具有比中央導(dǎo)體明顯更大的直徑。例如，導(dǎo)電引腳包括具有恒定、但是更大直徑的連續(xù)導(dǎo)體。又如，導(dǎo)電引腳可形成為兩個獨(dú)立部分，這兩部分稍后耦合在一起。例如，導(dǎo)電引腳可包括從傳輸線伸出通過第一脊直至凹口邊界的第一部分。導(dǎo)電引腳也可包括直接與第一部分相連并約束在凹口中的第二部分。在一些情形下，第二部分的直徑可大于第一部 分的直徑。
在一些實(shí)施例中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可包括用于將導(dǎo)電引腳固定在饋電區(qū)并防 止導(dǎo)電引腳和脊之間產(chǎn)生物理接觸的介電材料。在一些情形下，介電材料可從 傳輸線伸出、透過第一脊伸入形成在第二脊中的凹口。在其它情形下，介電材 料可約束在凹口中以嵌入導(dǎo)電引腳的端子端。在任一情形下，可包括介電材料 以增加接線柱提供的電容量。為了提供足夠量的電容，該介電材料可從相對介 電常數(shù)大于或等于約2.0的介電材料中選取。例如，該介電材料可從包括合成 含氟聚合物、交聯(lián)聚苯乙烯和陶瓷材料的介電材料中選取。
本文還探討了制造喇叭天線的方法。 一般來說，該方法可包括提供一對脊 以使這對脊的內(nèi)表面定位以引導(dǎo)它們之間的電磁能量。在一些情形下，該方法 接下來是將導(dǎo)電引腳插入貫穿諸脊的第一個延伸的孔。該導(dǎo)電引腳可如本文所 述地配置。接著，導(dǎo)電引腳的一端可連接于喇叭天線的電源連接器或輸入/輸 出(I/O)連接器。在一些情形下，導(dǎo)電引腳和連接器組件可前進(jìn)通過孔，直 到導(dǎo)電引腳的端子端位于形成在諸脊的第二個中的凹口內(nèi)且連接器基本與諸 脊的第一個的外表面齊平為止。在其它情形下，可在導(dǎo)電引腳和連接器組件前 進(jìn)并穿過孔前將介電材料或"介電塞"插入凹口。如果有的話，可配置介電塞 以將導(dǎo)電引腳的端子端固定在凹口中，防止導(dǎo)電引腳和脊之間產(chǎn)生物理接觸并 增加內(nèi)嵌在凹口中的導(dǎo)電引腳部分提供的串聯(lián)電容。
附圖簡述
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀下面的詳細(xì)說明和參照附圖而變得 清楚，在附圖中-
圖1是傳統(tǒng)雙脊喇叭天線的側(cè)視圖； 圖2是傳統(tǒng)雙脊喇叭天線的俯視圖3A是示出雙脊喇叭天線的實(shí)施例的橫截面圖，其中導(dǎo)電饋電線通過直 接歐姆連接而耦合于波導(dǎo)；
圖3B是圖3A所示的雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面8圖4A是示出由圖3A — 3B所示雙脊喇叭天線提供的頻率傳遞函數(shù)的量級的 曲線圖4B是示出由圖3A-3B所示雙脊喇叭天線提供的頻率傳遞函數(shù)的相位的 曲線圖5A是示出雙脊喇叭天線的較佳實(shí)施例的橫截面圖，其中導(dǎo)電饋電線通 過間接電容耦合而耦合于雙脊波導(dǎo)；
圖5B是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出用來增強(qiáng)
導(dǎo)電饋電線和雙脊波導(dǎo)之間的電容耦合的介電材料的一個實(shí)施例；
圖5C是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出用來增加
導(dǎo)電饋電線和雙脊波導(dǎo)之間的電容耦合的介電材料的另一實(shí)施例；
圖5D是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出導(dǎo)電饋電
線(或"導(dǎo)電引腳")的一個可行配置；
圖5E是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出導(dǎo)電饋電
線(或"導(dǎo)電引腳")的另一可行配置；
圖5F是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出導(dǎo)電饋電
線(或"導(dǎo)電引腳")的又一可行配置；
圖5G是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出從連接器 延伸至凹口的錐形孔的一個實(shí)施例；
圖5H是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出從連接器 延伸至凹口的錐形孔的另一實(shí)施例；
圖51是圖5A所示雙脊喇叭天線的底部的放大橫截面圖，其示出從連接器 延伸至凹口的錐形孔和錐形導(dǎo)電引腳的一個實(shí)施例；
圖6A是示出由圖5A所示雙脊喇叭天線("具有尺寸減小的空腔和在饋電 處的串聯(lián)電容")提供的輸入電壓駐波比(VSWR)相比由圖3A所示雙脊喇叭 天線("具有尺寸減小的空腔和直接饋電")提供的輸入電壓駐波比(VSWR) 的改善的曲線圖6B是示出圖5A所示雙脊喇叭天線("具有尺寸減小的空腔和在饋電處 的串聯(lián)電容")的回波損耗相比圖3A所示雙脊喇叭天線("具有尺寸減小的空腔和直接饋電")提供的回波損耗的改善的曲線圖6C是示出由圖5A所示雙脊喇叭天線(減小的空腔和串聯(lián)電容)提供的 頻率傳遞函數(shù)相比由圖3A所示雙脊喇叭天線("減小的空腔")提供的頻率 傳遞函數(shù)的改善的曲線圖6D是示出由圖5A所示雙脊喇叭天線(減小的空腔和串聯(lián)電容)提供的 增益相比由圖3A所示雙脊喇叭天線("減小的空腔")提供的增益的改善的 曲線圖7是示出用來制造圖5A所示雙脊喇叭天線的方法的一個實(shí)施例的流程圖。
盡管本發(fā)明可以有多種變化和代替形式，但在附圖中通過示例示出其特定 實(shí)施例并在本文中予以詳細(xì)說明。然而要理解，附圖及其詳細(xì)說明不旨在將本 發(fā)明限制在具體公開的形式，相反，本發(fā)明覆蓋落在本發(fā)明如所附權(quán)利要求所 定義的精神和范圍內(nèi)的所有變化、等效物和替代形式。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明
參照附圖，圖3和圖5示出雙脊喇叭天線的示例性實(shí)施例。如下文更詳細(xì) 地表述的那樣，本文提供的天線設(shè)計通過將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)嵌入雙脊或四脊喇叭 天線中的至少一個"脊"而改進(jìn)了傳統(tǒng)設(shè)計。該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)通過在饋電點(diǎn)處 減少同軸傳輸線和脊之間的阻抗失配而改善了低頻段的工作頻率范圍。在一般 實(shí)施例中，阻抗失配網(wǎng)絡(luò)可包括從同軸傳輸線伸出、經(jīng)過諸脊中的第一個并伸 入形成在諸脊中的第二個中的凹口的導(dǎo)電饋電線或?qū)щ娨_。導(dǎo)電引腳的長度 和直徑可選，以使導(dǎo)電引腳不與脊形成物理接觸，而是通過電容耦合間接地耦 合。在一些實(shí)施例中，可在凹口中包括介電材料以增強(qiáng)電容耦合并將導(dǎo)電引腳 固定在凹口中。
要理解，上述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可與其它寬帶喇叭天線改進(jìn)相結(jié)合。這些改進(jìn) 可在本文中給出或在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明人的各項(xiàng)專利和專利申請中披露。例如，本 文所提到的改進(jìn)可與共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No. 7,161,550中闡述的一種或多種 改進(jìn)相結(jié)合。然而，不需要包括本發(fā)明所有實(shí)施例中披露的所有改進(jìn)。相反，本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括僅一種或可能若干種前面提到的改進(jìn)。本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員能夠輕易理解本發(fā)明的各個方面如何結(jié)合以產(chǎn)生替代實(shí)施例，這些實(shí)施 例沒有明確地示出于附圖中或記載于本文中。本發(fā)明旨在覆蓋所有這些可能的
么士 A 5口 口 0
圖3A是具有彼此相對定位以引導(dǎo)從喇叭天線輻射出或由其接收的電磁 (EM)能量的至少兩個"脊"或"鰭"210的喇叭天線200的橫截面圖。脊210 可具有被認(rèn)為適合"引導(dǎo)"EM波通過天線的幾乎任何幾何形狀。例如，如圖 3A所示，脊可具有曲面形的內(nèi)表面212和基本平直的外表面214。盡管外表面 的配置似乎較不重要(并且可以是平直的以簡化設(shè)計)，然而內(nèi)表面的輪廓較 佳地發(fā)揮引導(dǎo)或?qū)驈睦忍炀€輻射出的電磁能量的功能。也可使用未在本文 中具體說明的脊的其它幾何形狀。 一旦確定一種幾何形狀，則脊可由幾乎任何 導(dǎo)電材料構(gòu)造而成。鋁是用來構(gòu)造脊的材料的一個例子。也可使用在本文中沒 有具體提到的其它材料。
在一個實(shí)施例中，脊可形成為各塊導(dǎo)電板，這些導(dǎo)電板以所描述方式組裝 在一起。在另一實(shí)施例中，可剪裁彼此相對定位的兩個脊的外形或以其它方式 將其形成為導(dǎo)電材料的連續(xù)片材。如果如圖3A所示包括兩個脊，則可將這兩 個脊與其它天線部件(下文描述)組合以形成雙脊喇叭天線或雙脊波導(dǎo)。盡管 在本文中沒有具體示出，但可通過將兩個雙脊喇叭定位在一起而提供四脊喇 叭，以使相鄰的脊基本錯開90°地排列或形成。四脊喇叭典型地具有兩個輸入 /輸出端口。
不管提供雙脊喇叭還是四脊喇叭，可配置脊210以使它們緊密地耦合在天 線的底部220并相互彎曲離開以形成一稍大的空腔230。在一些實(shí)施例中，矩 形盒體(或"空腔結(jié)構(gòu)")240可一體地形成或以其它方式耦合于相同形狀的 底部220。如果有的話，空腔結(jié)構(gòu)可配置成提供在喇叭天線的饋電區(qū)后面提供 分流電感。分流電感防止能量從喇叭天線的后面輻射出并對位于饋電區(qū)的阻抗 匹配網(wǎng)絡(luò)有利。可進(jìn)一步如本文所述地配置空腔結(jié)構(gòu)。
如圖3A所示，至少一個連接器260可耦合于天線200的底部220。總地 來說，可耦合連接器260以向脊210供電或從脊210接收信號。在發(fā)送模式下，
11可耦合連接器260以經(jīng)由同軸傳輸線250將電流從電源(未示出)提供給脊210。 在接收模式下，可耦合連接器260以在接收到輻射信號時接收脊產(chǎn)生的電流。 連接器260可認(rèn)為是"電源連接器"或"輸入/輸出連接器"。如果使用一個 連接器，則導(dǎo)電饋電線或"導(dǎo)電引腳"270可用來在饋電區(qū)280在同軸傳輸線 250和脊210之間傳遞電流。如本文所使用的那樣，"饋電區(qū)"是向脊供電的 點(diǎn)。
在圖3A和3B中，導(dǎo)電引腳270從連接器260伸出、經(jīng)過在將第一脊和第 二脊隔開的間隙之間諸脊中的第一個對直至第二脊的內(nèi)表面212。導(dǎo)電引腳270 的一端連接于連接器260，以將電流傳遞至/自同軸傳輸線250。導(dǎo)電引腳的另 一端(即"端子端")連接于第二脊的內(nèi)表面212以將電流傳遞至/自饋電區(qū) 280。更具體地，導(dǎo)電引腳270的端子端被配置成與第二脊的內(nèi)表面212形成 直接的物理接觸。該接觸可通過將導(dǎo)電引腳的端子端在期望的焊接點(diǎn)焊接至脊 的內(nèi)表面212而實(shí)現(xiàn)。
盡管對一些實(shí)施例來說是足夠的，然而圖3A和3B所示實(shí)施例可能無法針
對所有應(yīng)用提供最佳解決方案。例如，盡管當(dāng)前實(shí)施例提供明顯寬的帶寬(例 如18:1)，然而工作頻率范圍在高頻段和低頻段被兩個主要機(jī)制限制。這對于 一些特別的寬帶應(yīng)用(即超過18: l寬帶的應(yīng)用)來說是不理想的。
在低頻段，工作頻率范圍受波導(dǎo)幾何形狀(即脊的幾何形狀)以及位于饋 電點(diǎn)后面的空腔240的尺寸和幾何形狀的限制。例如，當(dāng)工作頻率低于其基諧 波型的截止頻率時，圖3A和3B所示的雙脊波導(dǎo)往往退化成DC短路(例如接 近零的輸入阻抗)?？涨唤Y(jié)構(gòu)240也在足夠低的頻率下退化成DC短路。然而， 同軸傳輸線250向饋電區(qū)280提供非零輸入阻抗(一般大約為50Q)。這造成
饋電點(diǎn)的明顯阻抗失配，對工作頻率范圍的低頻段形成限制。
在工作頻率范圍的高頻段處，在饋電點(diǎn)后面的空腔240表現(xiàn)出在饋電處提
供幾乎短路的輸入阻抗。更具體地，隨著喇叭的工作頻率無限增高，空腔240 表現(xiàn)出多次(實(shí)際上是無限次)諧振。感興趣的特定諧振不是作為開路諧振的 基頻諧振，而是在饋電點(diǎn)附近表現(xiàn)出零電場的特定模態(tài)。該模態(tài)在喇叭的頻率 響應(yīng)中產(chǎn)生顯著的凹陷(例如圖4A和4B所示)，這對工作頻率范圍的高頻段
12造成限制。由于基本上所有輸入功率都被近零輸入阻抗反射，該凹陷也可在喇 叭的輸入回波損失中(未示出)看到。
在一些情形下，可通過減小位于饋電區(qū)后面的空腔尺寸而增高發(fā)生凹陷所 在的頻率。然而，這往往會因?yàn)轲侂娞幾杩故涞脑龃蠖茐南露祟l率響應(yīng)。
即，當(dāng)空腔的尺寸減小時，代表空腔穴低于其基頻諧振的等效分流電感減小。
這種分流電感的減小通過使從饋電側(cè)看來的輸入阻抗在比較大尺寸的空腔有
關(guān)的較高頻率下退化為短路而限制了喇叭天線的低頻響應(yīng)。
圖4A和4B以曲線圖示出由雙脊喇叭天線200提供的頻率響應(yīng)的振幅和相 位。該曲線圖示出盡管該喇叭提供明顯大的帶寬(將近l-18GHz)，工作帶寬 的高頻段和低頻段仍然受到若干因素的限制，包括在饋電點(diǎn)后面的空腔的行為 以及在饋電點(diǎn)表現(xiàn)出低阻抗的空腔諧振(這造成反射并因此減小輻射功率)。
除了有限的帶寬，圖3A和3B所示的雙脊喇叭在導(dǎo)電引腳和脊之間提供直 接的物理連接。因?yàn)閮蓚€原因，這是成問題的。首先，引腳和脊之間的物理連 接某種程度上難以制造。如上面所提到的，物理連接一般是通過將導(dǎo)電引腳270 的端子端焊接于第二脊的內(nèi)表面212而制成的。然而，導(dǎo)電引腳和脊經(jīng)常由不 同材料制成(例如導(dǎo)電引腳可以是鍍金的黃銅或銅，而脊是鋁)，當(dāng)使用焊接 技術(shù)來連接這兩個表面時，可能無法形成強(qiáng)(或?qū)щ娦詮?qiáng))的接合。為了匹配， 必須在脊的表面形成接觸而不是不利地形成帶有其伴隨電感的凹進(jìn)的同軸孔。
圖3A和3B中提供的直接物理連接的另一問題是連接器260上的任何縱向
力可使連接器的槽口發(fā)生位移，從而導(dǎo)致連接器處的阻抗失配。即使非常高質(zhì) 量的連接器也無法忍受引腳上的縱向力。這嚴(yán)重地限制了在導(dǎo)電引腳270和第 二脊之間形成直接的物理接觸的手段。
圖5A — 5F中示出改善的雙脊喇叭天線300的各實(shí)施例。 一般來說，圖5A 一5F所示的雙脊喇叭天線300通過將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌入喇叭天線的至少一 個"脊"而改進(jìn)了之前的天線設(shè)計。如下所述，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)通過在饋電點(diǎn)處 減少(和/或消除)可能存在于同軸傳輸線和喇叭之間的任何阻抗失配而提高 工作頻率范圍的低頻段。在一些情形下，減少的失配允許例如通過減小位于饋
電點(diǎn)后面的空腔結(jié)構(gòu)的尺寸而擴(kuò)展工作頻率范圍的高頻段。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，網(wǎng)絡(luò)以消除在導(dǎo)電引腳和脊之間產(chǎn)生直接的物理連接的需要的方 式實(shí)現(xiàn)。這使制造大為簡化并消除了例如由于連接器上的縱向力造成的機(jī)械和
電氣干擾。
在一些實(shí)施例中，圖5A所示的喇叭天線300可類似于圖3A所示的喇叭天 線200。例如，喇叭天線300可包括彼此相對定位以引導(dǎo)從喇叭天線輻射出或 由喇叭天線接收的電磁(EM)能的至少兩個脊310。如上面提到的，脊310基 本上可由任何材料形成并具有基本上任何被認(rèn)為適于"引導(dǎo)"EM波通過天線的 幾何形狀。脊可構(gòu)造成各導(dǎo)電板，它們以所述方式組裝在一起或形成為導(dǎo)電材 料的連續(xù)片材?？砂ê线m數(shù)量的脊以形成圖5A所示的雙脊喇叭天線或四脊 喇叭(本文中未具體示出)。
不管提供雙脊還是四脊喇叭，配置脊310以使它們緊密地耦合在天線的底 部320并相互彎曲離開以形成一稍大的空腔330。在一些實(shí)施例中，矩形盒體 (或"空腔結(jié)構(gòu)")340可一體地形成或以其它方式耦合于相同形狀的底部320 以在喇叭的饋電區(qū)后面提供分流電容。如上所述，并聯(lián)電感在饋電區(qū)提供高通 匹配并防止能量從天線的后面輻射出?？涨唤Y(jié)構(gòu)可進(jìn)一步如本文所述地配置。
如圖5A所示，至少一個連接器360可耦合于底部320以向脊310供電或 從其接收信號。例如，當(dāng)喇叭天線被配置成發(fā)送模式時，可耦合連接器360以 將電流經(jīng)由同軸傳輸線350從電源(未示出)提供給脊310。如之前實(shí)施例所 述那樣，提供導(dǎo)電饋電線或"導(dǎo)電引腳"370以將電流從同軸傳輸線350傳遞 至饋電區(qū)380處的脊310。導(dǎo)電引腳370的一端連接于連接器360以從同軸傳 輸線350接收電流。然而，與前面的實(shí)施例不同，導(dǎo)電引腳370的相反端(即 "端子端")不被配置成與第二脊的內(nèi)表面312形成直接的物理連接。
相反，導(dǎo)電引腳370從連接器360伸出、經(jīng)過諸脊中的第一個、在分離第 一和第二脊的間隙之間并伸入形成在第二脊中的凹口 390。"凹口"可以幾乎 任何形式形成并具有任何被認(rèn)為合適的幾何配置。在一個實(shí)施例中，凹口390 可通過鉆孔形成，孔通過第一脊伸入第二脊的一部分。在另一實(shí)施例中，凹口 390和/或孔可在最初的脊幾何結(jié)構(gòu)中預(yù)先制造(例如當(dāng)脊最初被切割或模制 時)。不管形成凹口的方式如何，可配置凹口和導(dǎo)電引腳以使導(dǎo)電引腳不與脊
310的表面形成接觸。不是提供圖3A和3B中使用的直接物理連接，圖5A—5F 中所示的導(dǎo)電引腳370在饋電點(diǎn)380在同軸傳輸線350和脊310之間提供電容 性連接。換句話說，引腳370嵌入凹口中的部分構(gòu)成"開路傳輸線接線柱"或 "電容性接線柱"，這在饋電點(diǎn)在同軸傳輸線和的脊之間提供串聯(lián)電容。由接 線柱提供的串聯(lián)電容使當(dāng)前實(shí)施例提供在低頻段改善工作頻率范圍所需的阻 抗匹配。
在一些實(shí)施例中，可能需要相對大的電容以在工作頻率范圍的低頻段提供 足夠的、但不過大的電容性電抗。可以若干方式獲得適量大的電容。首先，如 果使用凹進(jìn)接線柱，則可通過使凹進(jìn)接線柱的內(nèi)徑(cU和外徑(d。)的值相 對接近而實(shí)現(xiàn)相對大的電容。這(通過使表面積最大)增強(qiáng)了電容耦合，并通 過如等式1所示減小由導(dǎo)電引腳370及其各個外壁形成的傳輸線的特征阻抗 (Z。stub)而改善饋電點(diǎn)處的匹配。
例如，由導(dǎo)電引腳370形成的傳輸線接線柱的特征阻抗(Z。stub)通過下式 給出<formula>formula see original document page 15</formula>
其中L,和d分別為分布電感(H/m)和分布電容(F/m)。接線柱表現(xiàn)出以下相 位速度
<formula>formula see original document page 15</formula>
當(dāng)接線柱具有空氣電介質(zhì)時，相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是1且相位速度就是光在 自由空間中的速度Co。因此，導(dǎo)電引腳370的分布電容(d)可表示為
<formula>formula see original document page 15</formula>
等式3示出使導(dǎo)電引腳370的內(nèi)徑(d,)和外徑(d。)彼此接近會增加每單位 長度的電容并降低接線柱的特征阻抗(Z。stub)。這減少了接線柱的"驅(qū)動點(diǎn)"或"輸入"阻抗(zstub)，如等式4所示
z遍=—7'z。遍COt= 等式4
等式4所示的輸入阻抗(zstub)是電容性的并且當(dāng)接線柱的長度小于四分之一
波長時等效于Cstub的電容。
在一些示例中，至電容性接線柱(即導(dǎo)電引腳370內(nèi)嵌入第二脊的部分) 的輸入阻抗(zstub)可通過增加接線柱的長度而減小，如等式5所示
z他a =-yz。c。t(戶/遍) 等式5
盡管這增大了接線柱表現(xiàn)出的有效電容(Cstub)(見等式4)，加長接線柱降
低了接線柱的半波諧振頻率或開路傳輸線接線柱變?yōu)榻咏_路的頻率。這降低 了電容性結(jié)構(gòu)的頻率上限，從而降低了喇叭天線的頻率上限。為了確保喇叭天 線的頻率上限不受影響，可較佳地選擇接線柱的長度以使半波諧振高于喇叭天 線期望的頻率上限。
由于接線柱的內(nèi)徑一外徑比一般受到加工能力的限制，因此限制接線柱的 長度經(jīng)常會限制接線柱提供的可實(shí)現(xiàn)電容。然而，在一些實(shí)施例中，可通過利 用其它形式的電容而增大電容。
在實(shí)踐中，電容性接線柱370提供有效的電容性，它可包括三個迥異的分 量。首先，電容性接線柱在接線柱370的表面和凹口 390的表面之間沿接線柱 長度提供分布電容(上面已論述)。這種電容形式直接取決于接線柱的長度， 并因此隨長度增加和減小。另外，有效電容包括在接線柱370端部和凹口 390 的內(nèi)表面端部之間的平行板電容?？赏ㄟ^增加/減小接線柱和凹口的相對表面 之間的間隙而調(diào)整該平行板電容。最后，有效電容包括來自于接線柱的"角部" 附近的邊緣場(稱其為"邊緣電容")的貢獻(xiàn)。在一些情形下，可通過向接線 柱提供更尖/更圓的角部而增加/減小邊緣電容。根據(jù)接線柱的幾何形狀和長 度，可使用這三種貢獻(xiàn)中的任意一個以增大接線柱的有效電容。
在一些實(shí)施例中，可通過如圖5B和5C所示地將介電材料添加至電容性結(jié) 構(gòu)而進(jìn)一步增加電容。例如，介電材料400可約束在形成于第二脊內(nèi)的凹口 390
16中，如圖5B所示。又如，介電材料400延伸通過孔和凹口，如圖5C所示。換 句話說，介電材料可從連接器360伸出、穿過第一脊并伸入形成在第二脊中的 凹口 390。盡管可使用任一實(shí)施例，然而圖5B所示實(shí)施例是較佳的，因?yàn)樗?強(qiáng)健一些并避免在間隙中使用介電材料400 (這某種程度上是有害的)。
除了將導(dǎo)電引腳370的端子端固定在凹口 390中并防止導(dǎo)電引腳和脊310 之間的物理接觸，介電材料400發(fā)揮作用以通過增加電容性結(jié)構(gòu)的相對介電常 數(shù)(sR)而增加電容性接線柱的可實(shí)現(xiàn)電容?？墒褂脤挿秶慕殡姴牧稀Ｈ欢?， 為了提供足夠的電容，在本發(fā)明的至少一些實(shí)施例中較佳地選用相對介電常數(shù) 大于約2. 0的介電材料。介電材料400的可行選擇包括合成含氟聚合物(例如 PTEE)、交聯(lián)聚苯乙烯(例如Rexolite)和陶瓷材料(例如氧化鋁、氧化鈹或 鈦酸鋇)。也可使用在本文中沒有具體提到的其它介電材料。
如上所述，電容性接線柱的長度(lstub)可增加以減少輸入阻抗(Zstub)并 增大由接線柱提供的串聯(lián)電容。然而，接線柱長度不僅能夠用來優(yōu)化電容的尺 寸，同時確保半波諧振保持高于喇叭天線的理想上限頻率。如下文所述和如圖 5D-5F所示，也可利用導(dǎo)電引腳370的直徑。
在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電引腳370可以是具有固定直徑的單個導(dǎo)體，從導(dǎo)體 360伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口 390。在一個實(shí)施例中(見 例如圖5D)，導(dǎo)電引腳370的直徑可基本上等于包含在同軸傳輸線350中的中 央導(dǎo)體350a的直徑。在該實(shí)施例中，導(dǎo)電引腳370只是中央導(dǎo)體350a的延伸。 在另一實(shí)施例中(例如參見圖5E)，導(dǎo)電引腳370的直徑明顯大于中央導(dǎo)體 350a的直徑。盡管這一實(shí)施例可能需要導(dǎo)電引腳370在連接器360處電耦合于 中央導(dǎo)體350a，然而希望用較大直徑引腳370以增大接線柱的電容。然而在選 擇導(dǎo)電引腳370的直徑和長度時要注意，由于直徑和長度都會影響電容性結(jié)構(gòu) 的半波諧振。
盡管由單個導(dǎo)體形成的引腳具有較大的機(jī)械穩(wěn)定性，本發(fā)明的一些實(shí)施例 可以分塊方式制造導(dǎo)電引腳370。例如，圖5F示出導(dǎo)電引腳370可包括兩個導(dǎo) 體，這些導(dǎo)體可單獨(dú)形成后(例如通過焊接)耦合在一起。盡管這會令制造變 得復(fù)雜，然而圖5F所示實(shí)施例允許端子端(即電容性接線柱部分370b)的直徑大于導(dǎo)電引腳的剩余部分(即延伸通過第一脊和間隙的部分370a)。這增加 了電容性接線柱部分370b提供的電容，同時簡化了導(dǎo)電引腳370a的剩余部分 和連接器360之間的連接。
要注意，部分370a的直徑在圖5F中示出為大于中央導(dǎo)體350a的直徑。 然而，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可選擇導(dǎo)體350a、 370a和370b的直徑以 使制造簡單并優(yōu)化中央導(dǎo)體350a和脊310之間的阻抗匹配。
在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電引腳370和/或其延伸穿過的通孔(即延伸通過第 一和第二脊的孔)可錐形化以在同軸傳輸線350和喇叭天線300的饋電點(diǎn)380 之間提供寬帶阻抗變換器。例如，它(有時)有利于減小在饋電點(diǎn)處喇叭天線 的脊310之間存在的間隙。減小間隙利于抑制饋電區(qū)中的較高階模并減小工作 頻率范圍的下頻段(通過降低雙脊波導(dǎo)中的TE10混合波型、要求的工作波型 的截止頻率)。
較小的間隙在饋電點(diǎn)表現(xiàn)出較低的阻抗水平，需要寬帶阻抗變換器將同軸 傳輸線阻抗(一般為50Q )減至較低的水平。為了獲得這一阻抗變換器，可使 導(dǎo)電引腳370和/或延伸通過的通孔的直徑在引腳/孔從連接器360向著凹口 390前進(jìn)時形成錐形。該錐形體可配置成平滑或臺階式過渡。然而，錐形體的 實(shí)際機(jī)構(gòu)可以各種不同方式實(shí)現(xiàn)。
寬帶阻抗變換器的各實(shí)施例示出于圖5G—51。尤其，圖5G示出從連接器 360延伸至凹口 390的孔實(shí)現(xiàn)為相對平滑過渡的方式。圖5H示出從連接器360 延伸至凹口 390的孔實(shí)現(xiàn)為臺階過渡的方式。圖51示出孔和導(dǎo)電引腳370皆 為錐形的一種方式。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道如何通過以完全不同于本文中 明確示出的方式錐形化導(dǎo)電引腳370和/或孔而提供合適量的阻抗變換。在一 個實(shí)施例中，例如導(dǎo)電引腳370和/或孔可以指數(shù)方式錐形化。在另一實(shí)施例 中，僅錐形化一部分導(dǎo)電引腳370和/或孔。例如，導(dǎo)電引腳370延伸通過第 一脊和間隙的部分被錐形化，而引腳設(shè)置在凹口中的部分390可基本為均一形 狀。存在多種其它可能性，用以實(shí)現(xiàn)本文描述的寬帶阻抗變換器。
圖6A-6D示出的曲線圖示出由雙脊喇叭300提供的優(yōu)于那些由雙脊喇叭 200提供的各種改進(jìn)。用來獲得圖6A-6D所示曲線圖的天線設(shè)計基本上相似，
18不同的是雙脊喇叭300被修改為包括上述的串聯(lián)電容。每個天線實(shí)現(xiàn)為具有尺 寸減小的空腔以在工作頻率范圍的高頻段處提供可接受響應(yīng)。盡管減小饋電區(qū) 后面的空腔尺寸必定增加回波損耗，然而尺寸減小是提供改善的高頻段性能的 必要條件。
圖6A和6B將喇叭天線200 ("尺寸減小的空腔和直接饋電")與喇叭天 線300("尺寸減小的空腔和在饋電點(diǎn)具有串聯(lián)電容")提供的電壓駐波比(VSWR) 和回波損耗(RL)進(jìn)行比較。VSWR和RL都指示反射了多少進(jìn)入到喇叭輸入端 口的功率。低的VSWR和RL值表示更好的性能。如圖6A和6B所示，在喇叭天 線300的饋電區(qū)處利用串聯(lián)電容減小了 VSWR和RL兩者。
圖6C和6D將(分別)由雙脊喇叭300 ("尺寸減小的空腔和串聯(lián)電容") 與雙脊喇叭200 ("尺寸減小的空腔")提供的頻率傳遞函數(shù)和增益的大小進(jìn) 行比較。如圖6C所示，利用于喇叭天線300中的串聯(lián)電容橫跨范圍的低頻部 分提供將近1-2dB的改善。串聯(lián)電容還在大部分工作頻率范圍內(nèi)提高增益(圖 6D)。尤其，圖6D示出由每個天線提供的"失配增益"的量。相比之前提到
的"增益"，"失配增益"(Gef細(xì)ve)是增益(G)乘以所謂的"匹配效率"，或
該匹配效率是l減去回波損耗并表示天線接收了多少功率。如圖6D所示，雙 脊喇叭天線300提供比天線200多出將近1-2dB的(失配)增益。
根據(jù)本發(fā)明的制造雙脊或四脊喇叭天線的示例性方法示出于圖7。具體地 說，所示出的方法提供將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌在雙脊或四脊喇叭天線的脊中的一 種方式。然而，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本文中未具體提到的其它方法如何 用來形成圖5A—5F所示的雙脊或四脊喇叭天線。
在一些情形下，該方法可開始于500，即提供一對脊以使這對脊的內(nèi)表面 的位置能夠引導(dǎo)位于它們之間的電磁能。如上所述，脊可構(gòu)造成單獨(dú)的若干導(dǎo) 電板，這些導(dǎo)電板以已描述方式組裝在一起或形成為導(dǎo)電材料的連續(xù)片材。另 外，脊可由幾乎任何材料形成并具有被認(rèn)為適合"引導(dǎo)"EM波通過天線的幾乎 任何幾何形狀。在一個實(shí)施例中，脊通過切割或加工一塊厚度為9ram的鋁板而
屮 \ 1, /
efficiency ^-v-^
(thermodynamic) matdiing efficiency
等式6構(gòu)成。然而，重要的是注意可根據(jù)許多不同制造工藝(例如在一個實(shí)施例中可 使用澆鑄工藝)和材料形成脊。上述加工工藝僅表示許多不同制造實(shí)施例中的 一個。
在一些情形下，該方法繼續(xù)于510，即將導(dǎo)電引腳插入延伸通過諸脊的第 一個的孔。該孔可以幾乎任何方式形成。例如，可通過加工或鉆孔通過第一脊 并進(jìn)入第二脊的一部分而形成孔。又如，可在脊的最初幾何形狀中(即當(dāng)脊一 開始被切割或模制成形時)預(yù)制該孔。導(dǎo)電引腳可包括幾乎任何其它導(dǎo)電材料， 它表現(xiàn)出高電導(dǎo)率(尤其是在工作頻率范圍的高頻段)。在一個示例中，導(dǎo)電 引腳可由鈹青銅制造而成，它被加熱處理至高溫回火并隨后鍍銀。
在一些情形下，該方法可繼續(xù)于520，即將導(dǎo)電引腳的一端連接于電源連 接器或喇叭天線的輸入/輸出(I/O)連接器。例如，連接步驟可包括通過焊接、 釬焊或粘合技術(shù)將導(dǎo)電引腳的一端牢固地連接于連接器。在一個實(shí)施例中，導(dǎo) 電引腳的一端可焊接至從N或APC-3. 5連接器的后面凸出的槽口 、引腳或插座。
導(dǎo)電引腳可通過使中央導(dǎo)體滑入連接器的插孔或夾頭連接于同軸傳輸線的中 央導(dǎo)體。然而，須指出可使用許多其它連接器來代替上面提到的N或APC-3.5 連接器。在這些實(shí)施例中，導(dǎo)電引腳可略為不同地連接于同軸傳輸線的中央導(dǎo) 體。
在一些情形下，該方法可繼續(xù)于540，即使導(dǎo)電引腳和連接器組件進(jìn)給通 過孔，直到導(dǎo)電引腳的端子端位于形成在諸脊的第二個中的凹口內(nèi)且連接器與 諸脊的第一個的外表面齊平為止。如上面提到的那樣，導(dǎo)電引腳較佳地定位成 使端子端提供與脊的電容性而不是物理連接?？勺屑?xì)選擇引腳所提供的電容量 以最小化饋電區(qū)處的電阻失配并優(yōu)化喇叭天線的頻率響應(yīng)。
在一些情形下，可通過調(diào)整導(dǎo)電引腳的配置而提供要求的電容量。如上面 提到的那樣，導(dǎo)電引腳可包括單個導(dǎo)體(參見例如圖5D-5E)或多個導(dǎo)體，這 些導(dǎo)體之后耦合在一起以形成導(dǎo)電引腳(參見例如圖5F)。在一些情形下，可 選擇導(dǎo)體的長度和/或直徑以提供要求的電容量。在一些情形下，例如導(dǎo)體的 長度可增加(至不影響高頻范圍的程度)以減少輸入阻抗并增加電容性接線柱 提供的電容。在一些情形下，可調(diào)整導(dǎo)體的直徑(結(jié)合調(diào)整其長度或以調(diào)整長度以外的方式)以提供要求的電容量。在一些實(shí)施例中(參見例如圖5D)，導(dǎo) 電引腳的直徑可基本上等于包含在同軸傳輸線中的中央導(dǎo)體的直徑。在其它實(shí)
施例中(參見例如圖5E-5F)，可使導(dǎo)電引腳的直徑明顯大于中央導(dǎo)體的直徑 以增加電容性接線柱提供的電容。在一個實(shí)施例中，可選擇內(nèi)、外導(dǎo)體直徑之 間的關(guān)系以及電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，將喇叭天線的輸入阻抗匹配至50歐姆 的同軸傳輸線。
在一些情形下，可在進(jìn)給步驟前執(zhí)行一個或多個步驟。在一個示例中，該 方法可包括選用步驟530，將介電材料或"介電塞"插入形成在諸脊中的第二 個中的凹口內(nèi)。如上面提到的，介電材料可約束在凹口內(nèi)，或從連接器伸出、 通過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口。在任一情形下，介電材料可配置成 將導(dǎo)電引腳的端子端固定在凹口中并防止導(dǎo)電引腳和脊之間的物理接觸。
如果有的話，介電材料也可增加"電容性接線柱"(即內(nèi)嵌在凹口中的導(dǎo) 電引腳的端子端)提供的電容。盡管可使用寬范圍的介電材料，然而本發(fā)明的 多數(shù)實(shí)施例較佳地釆用相對介電常數(shù)大于約2. 0的介電材料。介電材料的可行 選擇包括合成含氟聚合物(例如PTFE)、交聯(lián)聚苯乙烯(例如Rexolite)和陶 瓷材料(例如氧化鋁、氧化鈹或鈦酸鋇)。也可使用在本文中未明確提到的其 它介電材料。
已描述了具有改進(jìn)的頻率響應(yīng)的喇叭天線以及制造該喇叭天線的方法的 各個實(shí)施例。簡言之，本文所描述的喇叭天線和方法通過內(nèi)嵌具有至少一個 "脊"的雙脊或四脊喇叭天線的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)而改進(jìn)了傳統(tǒng)天線設(shè)計。在一較 佳實(shí)施例中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)被實(shí)現(xiàn)為"開路傳輸線接線柱"或"電容性接線柱"。 電容性接線柱可以多種方式配置以提供減少或消除饋電點(diǎn)處的阻抗失配所需 的電容量，由此改善和/或擴(kuò)展喇叭天線的工作頻率范圍。
在一些情形下，本文所述的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可與一個或多個額外的改進(jìn)結(jié) 合。如上所述，例如可減小空腔結(jié)構(gòu)的尺寸以擴(kuò)展上頻段頻率響應(yīng)(例如越過 高于圖6C所示的上限頻率18GHz)。由于空腔尺寸影響到低頻段的頻率響應(yīng)， 因此可增大電容性接線柱提供的電容以保持所要求的頻率下限(例如圖6C所 示的大約800MHz)。也可采用其它擴(kuò)展高頻段頻率響應(yīng)的手段。如上所述，在一些實(shí)施例中，可通過減小喇叭天線300的脊310之間的間
隙而擴(kuò)展工作頻率范圍的低頻段。然而，減小間隙尺寸會減低喇叭天線的總輸
入阻抗，并且必定需要阻抗變換器(即減低同軸傳輸線的阻抗(一般為50Q) 至較低的水平)。如前所述，可使導(dǎo)電引腳370和/或其延伸通過的通孔的直 徑錐形化(例如有平滑過渡或階梯過渡)以提供合適的阻抗變換量。
在一些情形下，本文所述的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可與共同享有的美國專利No. 7，161，550中闡述的一種或多種改進(jìn)結(jié)合。例如，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可結(jié)合(i ) 在天線的嘴部錐形化的延伸部分、(ii)磁性負(fù)載脊、(iii)形成在脊中的縱向 槽、(iv)磁性負(fù)載空腔和/或(v)使用互補(bǔ)的平衡饋電以將相等和相反量的電
流提供給脊。將這些改進(jìn)中的一種或多種結(jié)合于當(dāng)前披露的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 將導(dǎo)致具有優(yōu)異工作帶寬和輻射特征的雙脊或四脊天線。在一些情形下，
阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可與本文未明確提到的其它改進(jìn)相結(jié)合。
在一些情形下，本文所述的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以與本文描述方式略為不同地 實(shí)現(xiàn)。在一個替代性實(shí)施例中，上述電容性接線柱可用"現(xiàn)成的"電容器代替， 例如在饋電區(qū)插入在同軸傳輸線和脊之間的多層片狀電容器。盡管這種替代看 上去是無關(guān)緊要的，然而與芯片的連接往往表現(xiàn)出很小的寄生行為，該寄生行 為將限制喇叭天線的高頻段頻率范圍。
已通讀本公開的本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明相信能夠提供具有配 置成最大化工作頻率范圍的內(nèi)嵌阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的雙脊和四脊喇叭天線。本發(fā)明 各方面的進(jìn)一步修正和替代性實(shí)施例對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言受本說明書啟 發(fā)是明顯的。因此，下列權(quán)利要求書旨在解釋為涵蓋所有這些修正和變化并因 此說明書和附圖被認(rèn)為是示例性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種喇叭天線，包括一對脊，這對脊彼此相對設(shè)置以引導(dǎo)其間的電磁波；傳輸線，所述傳輸線耦合于諸脊中的第一個以向所述喇叭天線的饋電區(qū)供電或從那里接收信號；以及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在饋電區(qū)內(nèi)嵌于諸脊中的第二個以減少所述傳輸線和脊之間的阻抗失配。
2. 如權(quán)利要求1所述的喇叭天線，其特征在于，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在饋 電區(qū)被配置成在傳輸線和脊之間提供串聯(lián)電容。
3. 如權(quán)利要求2所述的喇叭天線，其特征在于，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括 導(dǎo)電引腳，所述導(dǎo)電引腳從傳輸線伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的 凹口。
4. 如權(quán)利要求3所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳的直徑大 于所述傳輸線的中央導(dǎo)體的直徑。
5. 如權(quán)利要求3所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳的直徑在 從傳輸線伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口時以平滑或階梯方式 錐形化。
6. 如權(quán)利要求3所述的喇叭天線，其特征在于，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一 步包括介電材料以(i)將導(dǎo)電引腳固定在饋電區(qū)，(ii)防止導(dǎo)電引腳和脊之間的物理接觸以及(m)增加串聯(lián)電容。
7. 如權(quán)利要求6所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電材料從傳輸線 伸出、穿過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口。
8. 如權(quán)利要求6所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電材料被約束在 凹口中以嵌入導(dǎo)電引腳的端子端。
9. 一種喇叭天線，包括一對脊，這對脊彼此相對地設(shè)置以在其間引導(dǎo)電磁波； 導(dǎo)電引腳，所述導(dǎo)電引腳從喇叭天線上的輸入/輸出(I/O)連接器伸出、 穿過諸脊中的第一個并伸入凹口 ，所述凹口在喇叭天線的饋電區(qū)處形成在諸脊中的第二個內(nèi)；以及介電材料，所述介電材料配置成將導(dǎo)電引腳的端子端固定在凹口中并防止 導(dǎo)電引腳和脊之間的物理接觸。
10. 如權(quán)利要求9所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電材料從I/0連接器伸出、穿過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口。
11. 如權(quán)利要求9所述的喇叭天線，其特征在于，所述介電材料被約束在 凹口中。
12. 如權(quán)利要求9所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳包括耦合 于1/0連接器的同軸傳輸線的中央導(dǎo)體。
13. 如權(quán)利要求9所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳不同于但 附連于同軸傳輸線的中央導(dǎo)體，所述同軸傳輸線耦合于I/O連接器。
14. 如權(quán)利要求13所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳包括直 徑大于中央導(dǎo)體直徑的連續(xù)導(dǎo)體。
15. 如權(quán)利要求13所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳包括 第一部分，所述第一部分從I/0連接器伸出、經(jīng)過第一脊并直至凹口的邊界；第二部分，所述第二部分直接連接于第一部分并約束在凹口中；并且 其中第二部分的直徑大于第一部分的直徑。
16. 如權(quán)利要求9所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳被貫設(shè)在 一孔中，所述孔從I/0連接器伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口 中。
17. 如權(quán)利要求16所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳隨著從 I/O連接器伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口，其直徑以平滑或 階梯方式錐形化。
18. 如權(quán)利要求16所述的喇叭天線，其特征在于，所述孔隨著從I/0連接 器伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口，其直徑以平滑或階梯方式 錐形化。
19. 如權(quán)利要求16所述的喇叭天線，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳和所述 孔隨著其從I/0連接器伸出、經(jīng)過第一脊并伸入形成在第二脊中的凹口，其直徑各自以平滑或階梯方式錐形化。
20. —種制造喇叭天線的方法，所述方法包括 提供一對脊，以使這對脊的內(nèi)表面定位成在其間引導(dǎo)電磁能； 將導(dǎo)電引腳插入并使其穿過孔，所述孔延伸過諸脊中的第一個； 將導(dǎo)電引腳的一端連接于輸入/輸出(I/O)連接器；以及 使導(dǎo)電引腳和I/0連接器組件進(jìn)給通過孔，直到所述導(dǎo)電引腳的端子端位于形成在諸脊中的第二個中的凹口內(nèi)且所述1/0連接器與諸脊中的第一個的外 表面齊平為止。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述連接步驟包括通過釬 焊、焊接或粘合技術(shù)將導(dǎo)電引腳的一端牢固地附連于I/O連接器。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電引腳的直徑大于 耦合于I/O連接器的傳輸線的中央導(dǎo)體的直徑。
23. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在所述進(jìn)給步驟前，所述 方法包括使導(dǎo)電引腳的直徑和/或孔的直徑錐形化。
24. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在所述進(jìn)給步驟前，所述 方法還包括將介電塞插入形成在諸脊中的第二個內(nèi)的凹口中，其中所述介電塞 被配置成將導(dǎo)電引腳的端子端固定在所述凹口內(nèi)并防止導(dǎo)電引腳和脊之間的 物理接觸。
25. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述介電塞選自相對介電 常數(shù)大于或等于約2.0的一組介電材料。
26. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述介電塞選自包括合成 含氟聚合物、交聯(lián)聚苯乙烯和陶瓷材料的一組介電材料。
全文摘要
這里提供一種具有內(nèi)嵌阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的雙脊或四脊喇叭天線。根據(jù)一個實(shí)施例，喇叭天線可包括彼此相對設(shè)置以在其間引導(dǎo)電磁波的至少一對脊。傳輸線耦合于諸脊中的第一個以向喇叭天線的饋電區(qū)供電或從其接收信號。為了減小傳輸線和脊之間的阻抗失配，在饋電點(diǎn)將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌到的第二脊內(nèi)。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)通過在饋電區(qū)的傳輸線和脊之間提供足夠量的串聯(lián)電容減少了阻抗失配并擴(kuò)展了喇叭天線的工作頻率范圍。如本文所述，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)較佳地實(shí)現(xiàn)為開路傳輸線接線柱或電容性接線柱。
文檔編號H01Q13/02GK101662073SQ200910159290
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者J·S·麥克利恩 申請人:Tdk股份有限公司