專利名稱：孔徑模式濾波器的制作方法
孔徑模式濾波器本申請要求2011年2月25日提出的美國臨時申請No. 61/446，609的權益，其整體通過參考合并于此。
背景技術：
天線輻射元件可以在柵瓣發(fā)射電磁輻射。這些旁瓣通過在不希望的方向輻射，在通信系統(tǒng)內造成干擾，還造成期望方向上的功率損失和增益損失。

發(fā)明內容
本申請涉及一種用于具有至少ー個元件孔徑的天線的模式濾波器。該模式濾波器包括至少ー個波導延伸，以延伸該至少ー個元件孔徑，以及四元脊波導段的至少ー個2X2陣列，連接至相應的至少ー個波導延伸。當該至少一個波導延伸定位于該至少ー個元件孔徑和該四元脊波導段的至少ー個2X2陣列之間，不希望的天線電磁模式得到抑制。


圖IA為根據本發(fā)明的具有單個天線輻射元件和孔徑模式濾波器的天線的ー個實施例的橫截面圖；圖IB為圖IA天線的至少ー個層的一部分的放大圖；圖IC為圖IA天線的實施例的頂視圖；圖2為根據本發(fā)明的具有天線陣列和孔徑模式濾波器陣列的天線的ー個實施例的斜視圖；圖3為圖2所示天線的天線陣列的斜視圖；圖4為配置有延伸陣列的圖3喇叭天線陣列的斜視圖；圖5為圖2天線的頂視圖；圖6為根據本發(fā)明的四元脊波導段的2X2陣列的四元脊波導陣列的一個實施例的放大圖；圖7A和7B示出根據本發(fā)明配置的分別具有和不具有孔徑模式濾波器的示例性1X5天線陣列的仿真增益；圖8為根據本發(fā)明的一個或多個天線輻射元件的不希望的電磁模式的抑制方法的一個實施例；以及圖9為根據本發(fā)明的具有單個天線輻射元件的天線的ー個實施例的橫截面圖；根據普通慣例，各種說明特征不是按比例繪制，而是用于強調與本發(fā)明有關的特征。相同附圖標記貫穿圖和文本中代表同類元件。
具體實施例方式在以下詳細說明中，參考附圖，附圖構成此處的一部分，附圖以發(fā)明可被實踐的特定說明性實施例的圖解形式示出。這些實施例以足夠的細節(jié)進行說明，以使得本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，且應該理解到可以利用其他實施例，可以進行邏輯上、機械上和電學上的改變，而不脫離本發(fā)明的范圍。下列詳細說明因此不是用于限制的意義。此處說明的天線配置為具有孔徑模式濾波器，以降低在旁瓣(柵瓣)發(fā)射的電磁輻射。此處示出的天線包括喇叭(horn)元件和孔徑模式濾波器。此處描述的孔徑模式濾波器以附著到其他類型的天線元件(例如波導天線元件)時相似的方式起作用，本領域技術人員閱讀本文獻時能夠理解這一點。圖IA為根據本發(fā)明的具有單個天線輻射元件220和孔徑模式濾波器230的天線11的一個實施例的橫截面圖。圖IB為圖IA的天線11的至少ー個層280的ー個部分280-1的放大圖。在圖IB中，至少ー個層280的各層181-185是可見的。該至少ー個層280在此處還稱作“層280”、“匹配層280”、或“電抗性匹配層280”。圖IC為圖IA天線11的實施例的頂視圖。圖IA橫截面圖所取的平面由圖IC中截面線1A-1A指示。天線11包括天線元件220和孔徑模式濾波器230?？讖侥Ｊ綖V波器230構造為從由天線11發(fā)射的電磁輻射消除或減小不希望的旁瓣。在這種方式中，更多功率以平行于Z軸傳播的模式從天線11寬闊面(broadside)發(fā)射?！翱讖侥Ｊ綖V波器230”在此處還被稱為“模式濾波器”。如圖IA所示，輻射電磁輻射的天線元件220，包括輸入波導221和喇叭元件222。喇叭元件222具有通常由231表示的橫跨x-y平面的開ロ或孔徑。該“孔徑231”還在此處被稱為“元件孔徑231”和“喇叭孔徑231”。模式濾波器230包括一個或多個波導延伸251和四元脊(quad-ridged)波導段270的2X2陣列240。模式濾波器230還包括至少ー個層280，其定位為鄰近四元脊波導段270的2X2陣列240的孔徑側285或定位于孔徑側285的上方并與之隔開。該至少一個層280配置為至少降低天線11的反射系數。在本實施例的一個實現中，層280包括至少一個電介質層。在本實施例的另ー實現中，層280包括至少ー個電介質層，和至少ー個金屬貼片。在圖IB所示的實施例中，層280包括電介質(例如，圖IB所示層181-185)和至少ー個金屬貼片81-84(圖1C)。電介質181-185和金屬貼片81-84表現為天線11的并聯(lián)電容性電抗。模式濾波器230定位為鄰近天線輻射元件220的元件孔徑231。此處所用的“鄰近”，基于接近、靠近或毗鄰的標準詞典定義，因此元件彼此鄰近為彼此接觸或者彼此接近。波導延伸251使用方波導的短段延伸喇叭孔徑231，這產生模式盒或脈沖編碼裝置(moder)。因此，“波導延伸251”還在此處稱為“脈沖編碼裝置251”。在本實施例的ー個實現中，具有不同x-y尺寸的兩個或多個脈沖編碼裝置被堆疊，如圖9所示，將在以下進行說明。波導延伸251具有方形橫截面尺寸(Lx，Ly)，兩個波長(2 λ )左右，由此し=Ly 2λ。波導延伸251傳播高次模式，如果允許輻射的話，其將耦合到非意圖的方向輻射的高次弗洛蓋(Floquet)模式。因此，模式濾波器230緩和呈現在孔徑231的高次模式(其從喇叭元件222和波導221出現)，以防止它們耦合到高次弗洛蓋模式。由于模式濾波器 230的設置,柵瓣減小,天線的遠場圖樣(far field pattern)改善了旁瓣水平和方向性。在圖IC中，2X2陣列240的左上四元脊波導段由數字標號270指示的虛線畫出輪廓。四元脊波導段270每個包括從四元脊波導段270的側壁275延伸的四個金屬脊271-274。四個金屬脊271-274在此處還被稱為“脊271-274”。在圖IC中，層280圖示為
虛線方形。在圖IA的橫截面圖中，只有兩個四元脊波導段270和兩個金屬貼片81-82是可見的。天線11從喇叭元件222發(fā)射電磁輻射，電磁輻射通過元件孔徑231到孔徑模式濾波器230。電磁輻射傳播通過孔徑模式濾波器230，通過橫跨x-y平面(其在橫截面中由圖IA中虛線291所示)的開ロ或孔徑290從天線11輸出。四元脊波導段270的2X2陣列240的孔徑側285為四元脊波導段270的2X2陣列240離波導延伸251最遠的表面。波導延伸251定位于元件孔徑231和四元脊波導段270的2X2陣列240的孔徑側285之間。四元脊波導段270的2X2陣列240的側壁241與波導延伸251的側壁252 (圖1A)接觸。虛線295 (圖1A)指示2X2陣列240的側壁241與波導延伸251的側壁252 (圖1A)彼此接觸的x-y平面的橫截面視圖。
如圖IA所示，四元脊波導段270的2X2陣列240的一部分75延伸到被波導延伸251所包圍的空間中。特別地，部分75穿過平面295，如圖IA所示。部分75圖示為在z方向延伸波導段251的高度“h”的大約一半；但是這僅是ー個例子。在本實施例的一個實現中，部分75在z方向延伸少于進入波導延伸251所包圍的區(qū)域的一半路徑。在本實施例的另ー個實現中，部分75在z方向延伸多于進入波導延伸251所包圍的區(qū)域的一半路徑。在本實施例的又一個實現中，四元脊波導段270的2X2陣列240不穿過平面295，且不延伸進入波導延伸251所包圍的區(qū)域。電抗匹配層280為多個層181-185(圖1B)，其結合至或機械附著至四元脊波導段270在孔徑290暴露的表面，其橫跨在圖IA中由虛線291在橫截面圖中示出的χ-y平面。在本實施例的另ー個實現中，電抗匹配層280由支座支撐在孔徑290上方，支座在電抗匹配層280和孔徑290之間提供氣隙(air space)。在本實施例的又一個實現中，電抗匹配層280結合至或機械附著至包圍孔徑290的2X2陣列240的側壁241。金屬貼片81、82、83和84定位于電抗匹配層280內并形成陣列，以致金屬貼片81、82、83和84定位于相應四元脊波導段270的中心區(qū)域的上方。如圖IB所示，電抗匹配層280包括多個層181、182、183、184和185，及金屬貼片81、82、83和84。第一金屬貼片81在圖IB中不出。在本實施例的一個實現中，第一層181為聚酰亞胺材料層，第二層182為粘結劑材料層，第三層183為相對低的介電常數材料層，第四層184為粘結劑材料層，第五層185為聚酰亞胺材料層。第一層181與四元脊波導段270接觸。第二層182覆蓋第一層181，以致第一層181在四元脊波導段270和第二層182之間。第三層183覆蓋第二層182。第四層184覆蓋第三層183。第五層185覆蓋第四層184和金屬貼片81，以致金屬貼片81夾在聚酰亞胺材料第五層185粘結劑材料的第四層184之間。在本實施例的一個實現中，第一層181為2密耳(mil)Kapton層，第二層182為I. 5密耳雅龍(Arlon)粘結劑層，第三層183為羅哈攝(Rohacell)泡沫厚層(54密耳)，第四層184為I. 5密耳雅龍粘結劑層，第五層185為在ー側或另ー側具有銅貼片的2密耳Kapton層。銅貼片81-84通過標準電路板蝕刻エ藝形成。所有這些層的厚度近似且其他層厚度也是可能的。在本實施例的另ー個實現中，貼片81-94由其他金屬材料形成。如圖IA和IC所示，波導延伸251的x方向尺寸(長度)Lx與元件孔徑231的x方向尺寸(長度)Lx近似相同(大小大約相同)。相似地，波導延伸251的y方向尺寸(長度)Ly與元件孔徑231的y方向尺寸(長度)Ly近似相同(大小大約相同)。Lx和Ly都大致為天線輻射元件220發(fā)射的電磁輻射波長的兩倍，2 λ。許多天線系統(tǒng)由天線(例如圖IA和IC所示的天線11)陣列形成，其中陣列中天線元件包括孔徑模式濾波器。天線陣列通過對每個天線元件的電磁場的疊加來増加天線的方向性。陣列天線和相關聯(lián)的孔徑模式濾波器陣列的實施例設置為各種尺寸和形狀，包括IXN陣列、NXM陣列、或NXN陣列，其中N和M為正整數。圖2為根據本發(fā)明的具有天線陣列20和孔徑模式濾波器陣列30的天線10的一個實施例的斜視圖。如圖2所示，天線10為天線11的5X5陣列。天線陣列20為通常由21-25表示的天線輻射元件陣列?？讖侥Ｊ綖V波器陣列30 (圖2)為圖IA和IC所示的孔徑模式濾波器230的陣列?！翱讖侥Ｊ綖V波器陣列30”在此處還被稱為“模式濾波器30”。模式濾波器30定位于天線 陣列20的天線輻射元件21-25之上或上方，以抑制天線輻射元件21-25的不希望的電磁模式。模式濾波器30包括延伸陣列50和四元脊波導陣列60。延伸陣列50定位于四元脊波導陣列60和天線輻射元件21-26的天線陣列20之間.圖2所示的天線10的模式濾波器30還包括定位為鄰近四元脊波導陣列60的孔徑側130的匹配層80。匹配層80降低了天線陣列20的反射系數。匹配層80具有上面參考圖1A-1C說明的圖IB所示的匹配層280的結構和功能。圖3為圖2所示天線10的天線陣列20的斜視圖?！疤炀€陣列20”在此處還稱為“天線的陣列20”。如圖2和3所示，天線元件陣列20為通常21-25表示的喇叭天線的陣列，它們在結構和功能上與圖IA所示喇叭天線220相似。喇叭天線21-25(在此處還稱為“天線輻射元件21-25”)具有相應的元件孔徑121-125。圖4為配置為具有延伸陣列50的圖3的喇叭天線20的陣列的斜視圖。延伸陣列50為通常51-55表示的波導延伸的陣列。波導延伸51-55與圖IA和IC所示波導延伸251在結構和功能上類似。如圖4所示，喇叭天線21-25和波導延伸51-55具有一一對應的關
系O圖5為圖2的天線10的頂視圖。圖6為根據本發(fā)明的四元脊波導段70的2X2陣列40的四元脊波導陣列60的一個實施例的放大圖。2X2陣列40與圖IA和IC中2X2陣列240在結構和功能上類似。因此，四元脊波導段70與圖IA和IC的四元脊波導段270在結構和功能上類似。在圖2、5和6中，僅匹配層80中的貼片81-84示出。匹配層80的電介質層181-185(圖1B)并未示出，以允許查看四元脊波導陣列60。示例四元脊波導段70的孔徑側130(即頂表面)由虛線70給出輪廓。四元脊波導段70的示例2X2陣列40的孔徑側由雙點劃線40給出輪廓。如圖2所示，孔徑模式濾波器30應用在大喇叭(或其他)天線輻射元件陣列的上方，以抑制不希望的柵瓣。由于柵瓣可造成通信系統(tǒng)中不希望的干擾以及降低在期望方向上的輻射功率(増益)，因此希望減小或消除柵瓣?？讖侥Ｊ綖V波器30直接集成在喇叭天線21-25的上方。喇叭天線21_25包括較小的輸入方波導221和喇叭222 (圖1A)，喇叭222漸變至方形輸出尺寸，該方形輸出尺寸大約為天線輻射元件20以最高工作頻率發(fā)射的電磁輻射的兩個波長，2 λ。沒有孔徑模式濾波器30，喇叭陣列20將在除了孔徑模式濾波器30的寬闊面的指定方向(即沿ζ軸)外的方向輻射。喇叭21-25的喇叭孔徑231 (圖1Α)利用脈沖編碼裝置或延伸陣列50延伸，脈沖編碼裝置或延伸陣列50具有方形截面段(即波導延伸51-55)陣列，尺寸Lx、Ly均在天線10發(fā)射的電磁輻射的兩個波長2 λ左右，_Lx = Ly 2A。因此，如上所述，波導延伸51-55為模式濾波器30的重要部分，其允許高次模式的減小，否則高次模式將耦合至高次弗洛蓋模式。在本實施例的一個實現中，孔徑模式濾波器陣列30包括具有不同的x-y尺寸的兩個或更多個延伸陣列50，其堆疊在天線陣列20和四元脊波導陣列60之間(在ζ方向)。如圖2所示，模式濾波器30包括直接連接至脈沖編碼裝置或延伸陣列50的四元脊波導段70的2X2陣列40的四元脊波導陣列60。在一些情況下，四元脊波導陣列60的部分75 (圖1A)至少部分延伸進入延伸陣列50的相應波導延伸51-55中。四兀脊波導段70的脊部分，在圖1C、5和6中通常由271-274表示，稍微延伸進入脈沖編碼裝置的空氣區(qū)域(即穿過圖IA橫截面所示的平面295)，而四元脊波導陣列70的壁，通常由275表示(圖5和6)保持在延伸陣列50中波導延伸51-55的側壁的頂部(通常由241 (圖4)表示)的 水平。孔徑模式濾波器陣列30將較大多模(overmoded)方波導喇叭222(圖1A)的輸出分為四個相等的方形四元脊波導段70，每個具有I λ = 1/2LX = l/2Ly左右的橫截面尺寸。為實用的目的，2λ和1λ的尺寸是近似的，實際尺寸可以微小地變化。四元脊波導段270延伸進入波導延伸51所包圍的區(qū)域，使得天線10能夠支持兩個正交線性極化。沒有脊271-274，結構將為低于截止的方波導，將不能傳播-些感興趣的較低頻率。沒有脊271-274，四元脊波導段70實際的金屬厚度側壁275限制模式濾波器30的較低工作頻率。脊271-274提供克服這些限制的設計自由。設計為在較高頻段的寬闊面輻射(在ζ方向)同時最小化柵瓣的雙極化雙頻天線陣列需要天線元件的柵格間距不大于I個波長I λ。但是，這樣密集的元件間距帶來封裝和元件饋電的極大挑戰(zhàn)。模式濾波器30使得具有相鄰天線輻射元件之間中心至中心間距大約為2 λ的較大天線元件21-25能夠使用。天線10與現有技術雙極化雙頻天線陣列相比需要更少的天線元件21-25及相關聯(lián)的饋電。模式濾波器30還減小功率分配的剰余數量。模式濾波器30為雙極化雙頻天線孔徑(例如用于K帶(20GHz)和Ka帶(30GHz)的那些)降低成本及降低制造風險。在本實施例的一個實現中，沒有從四元脊波導段270的側壁275延伸的金屬脊271-274。在這個實施例中，模式濾波器包括至少ー個波導延伸，以延伸至少ー個元件孔徑；以及連接至相應的至少ー個波導延伸的至少ー個矩形波導段的2X2陣列，以致當至少ー個波導延伸定位于至少一個元件孔徑和至少ー個矩形波導段的2X2陣列之間時，不希望的天線電磁模式被抑制。在本實施例的另ー個實現中，矩形波導段的2X2陣列被電介質材料填充。至少ー個層80 (在此處還稱為“匹配層陣列80”)定位為鄰近四元脊波導陣列60的孔徑側130，至少減小了天線陣列20的反射系數。匹配層陣列80的其他功能是可能的。匹配層陣列80包括至少ー個電介質層，在實施例中，包括通常由81-84表示的金屬貼片陣列，表現為并聯(lián)電容性電抗。在本實施例的一個實現中，該至少ー個層80包括表現為并聯(lián)電容性電抗的電介質層(例如，圖IB所示電介質層181-185)和表現為并聯(lián)電容性電抗的金屬貼片81-84的陣列。如圖2、5和6所示，金屬貼片81、82、83和84與相應的四元脊波導段70相關聯(lián)，以致每個2X2陣列40與四個金屬貼片81-84相關聯(lián)。在本實施例的另ー個實現中，天線陣列20中的天線輻射元件21-25為波導天線。圖7A和7B示出配置為根據本發(fā)明配置的分別具有和不具有孔徑模式濾波器30的示例性1X5天線陣列的仿真增益。如圖7A所示，曲線165為配置為具有孔徑模式濾波器的1X5天線陣列發(fā)射的右旋圓極化的増益(dB)相對于角度Θ (度)的繪圖。如圖7A所示，曲線166為配置為具有孔徑模式濾波器的1X5天線陣列發(fā)射的左旋圓極化的増益(dB)相對于角度Θ (度)的繪圖。如圖7B所示，曲線167為配置為不具有孔徑模式濾波器的1X5天線陣列發(fā)射的右旋圓極化的增益(dB)相對于角度Θ (度)的繪圖。如圖7B所示，曲線168為配置為不具有孔徑模式濾波器的1X5天線陣列發(fā)射的左旋圓極化的増益(dB)相對于角度Θ (度)的繪
圖。設置模式濾波器30，圖7B中的柵瓣170和172減小，這從圖7A中旁瓣171和173可以明顯看出，因此天線陣列遠場圖樣具有可接受的旁瓣水平和方向性。圖7B曲線167中的柵瓣170(第四旁瓣)比圖7A曲線165中的旁瓣171大得多，這是由于孔徑模式濾波器降低了 1X5天線陣列發(fā)射的右旋圓極化的旁瓣功率。相似地，圖7B曲線168中的柵瓣172比圖7A曲線166中的柵瓣173大得多，這是由于孔徑模式濾波器降低了 1X5天線陣列發(fā)射的左旋圓極化的旁瓣功率。換句話說，天線陣列到高次弗洛蓋模式的耦合減小。圖8示出方法800，其代表根據本發(fā)明抑制一個或多個天線輻射元件20-25的不希望的電磁模式的方法。在方塊802，一個或多個波導延伸51-54定位為鄰近一個或多個天線輻射元件21-25(圖4)的相應的一個或多個兀件孔徑121-125。一個或多個波導延伸51-54在平行于元件孔徑121-125的平面(x-y)的平面(x-y)中的尺寸Lx與元件孔徑121-125的尺寸Lx基本上相同。相似地，一個或多個波導延伸51-54的在平行于元件孔徑121-125的平面(x-y)的平面(x-y)中的尺寸Ly與元件孔徑121-125的尺寸Ly基本上相同。在本實施例的一個實現中，一個或多個波導延伸51-54定位為鄰近喇叭元件20的ー個或多個元件孔徑121-125。在本實施例的另ー實現中，一個或多個波導延伸51-54定位為鄰近波導天線元件的ー個或多個元件孔徑121-125。在本實施例的又ー實現中，模式濾波器包括兩個或更多個延伸陣列50(或兩個或更多個波導延伸251)，一個堆疊在另ー個的頂部。這個實施例示于圖9。圖9為根據本發(fā)明的具有單個天線輻射元件220的天線14的一個實施例的橫截面圖。天線14包括單個天線輻射元件220和孔徑模式濾波器330?？讖侥Ｊ綖V波器330包括四元脊波導段270的2X2陣列240,第一波導延伸251-1和第二波導延伸251-2。第一波導延伸251-1和第二波導延伸251-2在x-y平面中具有不同尺寸。第一和第二波導延伸251-1和251-2 —個堆疊在另ー個的頂部(在垂直于元件孔徑231的ζ方向上)以形成波導延伸351。特別地,第二波導延伸251-2定位于第一波導延伸251-1和四元脊波導段270的2X2陣列240之間。第一和第二波導延伸251-1和251-2每個在ζ方向具有高度“h”，因此波導延伸351具有高度“2h”。在本實施例的另ー實現中，第一波導延伸251-1和第二波導延伸251-2具有不同高度。波導延伸251-1具有尺寸Lx和Ly (僅X尺寸在圖9中示出)。波導延伸251_2具有尺寸LX+2ALX和Ly+2ALy。由于x-y平面中略微不同的尺寸，波導延伸251-1和251-2具有不同的傳播常數，其由橫向尺寸(即Lx、Ly@置)。這些波導延伸251-1和251-2在不同模式的前向和反向波之間調節(jié)相位，以消除不想要的模式。波導延伸351定位于四元脊波導段270的2X2陣列240和元件孔徑231之間。模式濾波器330還包括電抗性匹配層280，其定位為鄰近四元脊波導段270的2X2陣列240的孔徑側285或在孔徑側285上方并與之隔開。在本實施例的另ー實現中，孔徑模式濾波器330包括三個波導延伸，每個具有略微不同的橫向尺寸，沿ζ方向ー個堆疊在另ー個頂部。在本實施例的又ー實現中，孔徑模式 濾波器330包括三個波導延伸，其中具有相同橫向尺寸的兩個波導延伸堆疊(沿ζ方向)以將具有不同橫向尺寸的第三波導延伸夾在中間。在本實施例的再ー實現中，天線至少包括具有第一橫向尺寸的第一波導延伸251-1的第一延伸陣列和具有第二橫向尺寸的第二波導延伸251-2的第二延伸陣列。在后者的實施例中，第一波導延伸251-1的第一延伸陣列和第二波導延伸251-2的第二延伸陣列在垂直于橫向尺寸的方向(即在ζ方向)一個堆疊在另ー個之上。在模式濾波器包括兩個或多個延伸陣列50 (或波導延伸251)并且ー個堆疊在另一個頂部的實施例中，方塊802通過將ー個或多個第一波導延伸251-1定位為鄰近ー個或多個天線輻射元件20的相應ー個或多個元件孔徑231，且將ー個或多個第二波導延伸
251-2定位為鄰近相應的ー個或多個第一波導延伸251-1來實現。在方塊804中，四元脊波導段70的ー個或多個2X2陣列40連接至相應的ー個或多個波導延伸51-54，以致天線輻射元件21-25發(fā)射的電磁輻射的高次模式減少。一個或多個波導延伸51-54附著至天線輻射元件21-25的相應的ー個或多個元件孔徑121-125。在本實施例的一個實現中，四元脊波導段70的ー個或多個2X2陣列40連接至相應的ー個或多個波導延伸51-54，以致四元脊波導段70的2X2陣列40的部分75至少部分延伸進入相關聯(lián)的波導延伸51-54中。在方塊806，一個或多個電抗性匹配層定位為鄰近四元脊波導段70的ー個或多個2X2陣列40的孔徑側130，以減小一個或多個天線輻射元件20的反射系數。
在這種方式中，天線輻射元件21-25發(fā)射的電磁輻射的高次模式減少。特別地，模式濾波器30緩和來自天線陣列20的高次模式，以防止它們耦合到高次弗洛蓋模式。設置模式濾波器30，柵瓣減小，且天線陣列的遠場圖樣具有可接受的旁瓣水平和方向性。示例實施例示例I包括用于具有至少ー個元件孔徑的天線的模式濾波器，該模式濾波器包括延伸至少ー個元件孔徑的至少ー個波導延伸；以及至少ー個連接至相應的至少ー個波導延伸的四元脊波導段的2X2陣列，其中，當該至少一個波導延伸定位于該至少ー個元件孔徑和四元脊波導段的至少ー個2X2陣列之間時，不希望的天線電磁模式被抑制。在示例2中，示例I的模式濾波器可選地包括其中四元脊波導段的至少ー個2X2陣列的部分至少部分延伸進入相應的至少一個波導延伸中。在示例3中，示例I和2中任一的模式濾波器，可選地包括至少ー個層，該至少ー個層定位為鄰近四元脊波導段的至少ー個2X2陣列的孔徑側，該至少ー個層配置為至少減小天線的反射系數。在示例4中，示例3的模式濾波器可選地包括其中至少ー個層由至少ー個電介質層或至少ー個電介質層和至少ー個金屬貼片構成。在示例5中，示例14中任一的模式濾波器，可選地包括其中至少ー個波導延伸包括至少兩個波導延伸，其具有至少兩個互不相同的相應的橫向尺寸，其中具有至少兩個相應的橫向尺寸的該至少兩個波導延伸在垂直于由至少ー個元件孔徑橫跨的平面的方向上堆疊。
在示例6中，示例1-5中任一的模式濾波器，可選地包括其中天線包括至少ー個喇叭元件。在示例7中，示例1-6中任一的模式濾波器，可選地包括其中至少ー個波導延伸包括波導延伸的延伸陣列，其中四元脊波導段的至少ー個2X2陣列包括四元脊波導段的2X2陣列的四元脊波導陣列，且其中天線包括具有相應的元件孔徑陣列的輻射元件的天線陣列，因此，當延伸陣列定位于元件孔徑陣列和四元脊波導陣列之間時，不希望的天線電磁模式被抑制。示例8包括不希望的電磁模式被抑制的天線,該天線包括具有相應的元件孔徑陣列的天線輻射元件的天線陣列；波導延伸的延伸陣列鄰近天線輻射元件的天線陣列的元件孔徑陣列；且四元脊波導段的2X2陣列的四元脊波導陣列連接至延伸陣列，其中延伸陣列定位于四元脊波導陣列和天線輻射元件的天線陣列之間。在示例9中，示例8中任何的天線，可選地包括其中四元脊波導陣列的部分至少部分延伸進入延伸陣列的相應波導延伸中。在示例10中，示例8或9中任一的天線，可選地包括至少ー個層，該至少ー個層定位為鄰近四元脊波導陣列側的孔徑側，該至少ー個層配置為至少減小于線的反射系數。在示例11中，示例8-10中任一的天線，可選地包括其中至少ー個層由至少ー個電介質層或至少ー個電介質層和至少ー個金屬貼片構成。在示例12中，示例8-11中任一的天線，可選地包括其中波導延伸的延伸陣列至少包括具有第一橫向尺寸的波導延伸的第一延伸陣列；和具有第二橫向尺寸的波導延伸的第ニ延伸陣列，其中波導延伸的第一延伸陣列和波導延伸的第二延伸陣列在與元件孔徑橫跨的平面垂直的方向上堆疊。在示例13中，示例8-12中任一的天線，可選地包括其中波導延伸的尺寸，在平行于元件孔徑橫跨的平面的平面中，與相關聯(lián)元件孔徑的尺寸基本上相同。在示例14中，示例8-13中任一的天線，可選地包括其中天線陣列中相鄰天線輻射元件之間中心至中心間距為天線輻射元件發(fā)射的電磁輻射的波長的大約兩倍。在示例15中，示例8-14中任一的天線，可選地包括其中天線陣列的天線輻射元件具有的孔徑尺寸為天線輻射元件發(fā)射的電磁輻射的波長的大約兩倍。在示例16中，包括一種用于抑制一個或多個天線輻射元件的不希望的電磁模式的方法，該方法包括將ー個或多個波導延伸定位為鄰近一個或多個天線輻射元件的相應的一個或多個元件孔徑；以及連接四元脊波導段的ー個或多個2X 2陣列至相應的ー個或多個波導延伸。
在示例17中，包括用于抑制示例8-15中任一的一個或多個天線輻射元件的不希望的電磁模式的方法，該方法包括將ー個或多個波導延伸定位為鄰近ー個或多個天線輻射元件的相應的ー個或多個元件孔徑；以及連接四元脊波導段的ー個或多個2X2陣列至相應的ー個或多個波導延伸。在示例18中，示例16和17中任一的將ー個或多個波導延伸定位為鄰近相應的ー個或多個元件孔徑可選地包括將ー個或多個波導延伸附著至相應的ー個或多個元件孔徑。在示例19中，示例16-17任一的方法，可選地包括將ー個或多個層定位為鄰近四元脊波導段的ー個或多個2X2陣列的孔徑側，以減小一個或多個天線輻射元件的反射系數。在示例20中，示例16-19中任一的連接四元脊波導段的ー個或多個2X2陣列至相應的ー個或多個波導延伸，可選地包括連接四元脊波導段的ー個或多個2X2陣列至相應的ー個或多個波導延伸，以致四元脊波導段的ー個或多個2X2陣列的部分至少部分延伸進入相應的ー個或多個波導延伸中。在示例21中，示例16-20中任一的將ー個或多個波導延伸定位為鄰近ー個或多個天線輻射元件的相應的ー個或多個元件孔徑，可選地包括將ー個或多個第一波導延伸定位為鄰近一個或多個天線輻射元件的相應的ー個或多個元件孔徑；以及將ー個或多個第二波導延伸定位為鄰近相應的ー個或多個第一波導延伸。盡管此處圖解和說明了特定實施例，本領域技術人員將意識到計算為實現相同目的的任何裝置可替代圖示的特定實施例。這樣的應用意欲覆蓋本發(fā)明的任何改變或變化。因此，顯然本發(fā)明僅由權利要求和其等同物所限定。
權利要求
1.一種用于具有至少ー個元件孔徑(121)的天線(10)的模式濾波器(30)，該模式濾波器包括 延伸該至少ー個元件孔徑(20)的至少ー個波導延伸(50);以及 連接至相應的至少ー個波導延伸的四元脊波導段(70)的至少ー個2X2陣列(40)，其中，當該至少一個波導延伸定位于該至少ー個元件孔徑和四元脊波導段的至少ー個2X2陣列之間時，不希望的天線電磁模式(170，172)被抑制。
2.根據權利要求I所述的模式濾波器(30)，其中四元脊波導段(70)的至少ー個2X2陣列(40)的部分(75)至少部分延伸進入相應的至少一個波導延伸(50)中。
3.根據權利要求I所述的模式濾波器(30)，進ー步包括 鄰近四元脊波導段(70)的至少ー個2X2陣列(40)的孔徑側(130)定位的至少ー個層(80)，該至少ー個層配置為至少減小天線(10)的反射系數，其中該至少一個層由至少ー個電介質層或至少ー個電介質層和至少ー個金屬貼片構成。
全文摘要
提供了用于具有至少一個元件孔徑的天線的模式濾波器。該模式濾波器包括延伸至少一個元件孔徑的至少一個波導延伸，以及連接至相應的至少一個波導延伸的四元脊波導段的至少一個2×2陣列。當至少一個波導延伸定位于至少一個元件孔徑和四元脊波導段的至少一個2×2陣列之間時，不希望的天線電磁模式被抑制。
文檔編號H01P1/20GK102683772SQ20121010526
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月25日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者J·P·蒙哥馬利, M·G·古勒, S·D·羅杰斯 申請人:霍尼韋爾國際公司