CN101841081A - 具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线 - Google Patents

Abstract

一种抑制具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线，包括：一对彼此相对安置的上下脊，上下脊的每一个具有引导电磁波的内表面和与内表面相对安置的外表面；固定地附着到上下脊的各自的外表面的上下喇叭部；耦合到上下喇叭部的左右喇叭部以形成矩形椎体结构；以及对称地安置在上下脊以及左右喇叭部之间的金属导体。

Description

具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线

技术领域

本发明的示例性实施例涉及双脊喇叭天线，更特别地，涉及具有配置用于改善天线的发射和宽带特征的高阶模态抑制器的双脊喇叭天线。

背景技术

双脊喇叭天线或者双脊波导管是线性极化天线的一个例子。使用脊的宽带喇叭天线已经早在20世纪初就被提出，并且是一种广泛使用至今的宽带天线模式。

图1-3分别是传统的双脊宽带喇叭天线的侧视图、前视图和顶视图。将参照图1-3描述传统的双脊宽带喇叭天线100的工作原理。上下喇叭部112A和11B以及左右喇叭部114A和114B配置为传送喇叭中的电场并保持喇叭天线100的形状。输入到功率连接器130的能量传递到金属导体120，该金属导体120短路连接到上脊110A。结果，上脊110A被正(+)充电，与功率连接器130的接地表面连接的下脊110B被负(-)充电。脊110之间建立的电场向着喇叭开口传送。上下脊110A和110B之间的距离根据指数阻抗变换而增大以使得其逐渐汇集为喇叭开口的阻抗(宽带阻抗匹配)。

由于脊式喇叭天线的结构，在脊110之间建立非常高的电场，但是在脊110和左右喇叭部114A和114B之间建立低的电场。该发现已经使得模型改进，从而使得没有左右喇叭部114A和114B也不会明显降级操作性能。与传统的喇叭天线相反，脊110安装在喇叭内部以为了增大喇叭天线的工作频率范围。脊的插入降低起始频率，基模(TE10模态)建立于该起始频率，脊的插入还增大到高阶模态的距离，从而保证在整个宽带均匀的辐射图。如在此所用的，高阶模态是指TE20模态或者更高的。TE20模态在具有关于馈电器左右对称的结构中通常被抑制，这样，TE30模态变为第一高阶模态。考虑到此，从TE10到出现TE30的范围可以被认为是宽带喇叭天线的工作频率范围。

但是，不同于基于回波损耗计算工作频率的其它情形，已经注意到，在实际的脊式天线的情形下，越靠近频率上限，发生越差的辐射图干扰。正在研究解决该问题。

名称为“Dual-and quad-ridged horn antenna with improved antennapattern characteristics”的美国专利No.7,161,550(2005年10月20日公布，在此及后称作参考文献1)公开了一种双脊和四脊喇叭天线，其具有改善宽带脊喇叭天线辐射特性的额外结构，并且其采用磁性材料和凹槽。参考文献1没有详细公开相应的喇叭天线带来的辐射图的改善程度，从而使得难以量化性能改善度。即便如此，为了更好的市场性以及易于制造的要求而进行的结构简化不利地影响改善度。具体地说，磁性材料的性能和应用严重影响天线辐射图，其不利地影响再生属性。

TE30模态的抑制是指辐射图干扰的抑制，并能够导致实现一种在比传统的双脊喇叭天线更宽的带宽操作的天线。因此，存在对用于抑制TE30模态的结构的需求，该结构适合用于具有提高的工作频带的新式天线模式。

美国专利No.4,692,723(1985年7月8日公布，在此及后称为参考文献2)和美国专利No.4,890,117(1989年12月26日公布，在此及后称为参考文献3)公开一种用于通过窄的带通电介质滤波器去除高阶模态的技术(参考文献2)以及一种用于在天线的馈电器处将TM模态转换为TE模态的技术(参考文献3)。尽管这些技术可以被理解为背景技术，但是，在参考文献2和3中的用于去除或者转化高阶模态的技术特征不同于本发明致力于解决的现有技术中存在的问题或者本发明致力于实现的新颖特征。

发明内容

本发明的实施例涉及具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线，其能够方便地安装在脊式波导管上并且能够有效地抑制高阶模态，从而解决传统的宽带脊式喇叭天线中发生的辐射图干扰的问题。

本发明的其它目的和优点能够通过下面的描述进行理解，并参照本发明的实施例变得明显。再者，对于本发明所属领域的技术人员来说，明显的是，本发明的目的和优点可以通过本发明的所要求保护的装置及其组合实现。

根据本发明的实施例，具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线包括：一对彼此相对地安置的上下脊，该上下脊的每一个具有导引电磁波的内表面和与内表面相对安置的外表面；上下喇叭部，其固定地附着到上下脊的各自的外表面；左右喇叭部，其耦合到上下喇叭部以形成矩形椎体结构；以及金属导体，其对称地定位在上下脊以及左右脊之间。

具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线可以进一步包括功率连接器以从外部功率源供应电流给上下脊；以及馈电导体以从外部功率源通过功率连接器将电流传送到上下脊。

金属导体可以被安装为短路连接到上下喇叭部。

金属导体可以抑制在上下脊以及左右喇叭部之间产生的高电场的传播并抑制TE30模态并将其转化为TE10模态以使得从喇叭开口输出接近于TE10模态的辐射图。所产生的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线可以方便地安装在脊式波导管上并能够有效地抑制高阶模态。

附图说明

图1是传统的双脊宽带喇叭天线的侧视图。

图2是传统的双脊宽带喇叭天线的前视图。

图3是传统的双脊宽带喇叭天线的顶视图。

图4是根据本发明的实施例的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的侧视图。

图5是根据本发明的实施例的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的前视图。

图6是根据本发明的实施例的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的顶视图。

图7示出当TE30模态输入到传统的双脊宽带喇叭天线时在xz平面的辐射图。

图8示出当TE30模态输入到根据本发明的实施例的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线时在xz平面的辐射图。

具体实施方式

下面将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施例。但是，本发明能够以不同的形式实施，并且不应构造为限制到在此所提出的实施例。更确切地，提供这些实施例以使得这些公开的内容将会是充分的且完全的，并且将完全地传送本发明的范围给本领域技术人员。在整个公开的内容中，在本发明的各个附图以及实施例中相同的附图标记表示相同的部件。

在此及后，将参照附图详细描述根据本发明的特定实施例的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线。

图4是根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的侧视图。图5是根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的前视图。图6是根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线的顶视图。

参照图4-6，根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线200包括一对脊210，具体地，是彼此相对地安置在矩形喇叭天线内的上下脊210A和210B。上下脊210A和210B的每一个可以具有大致凸起的内表面和大致平坦的外表面。在大多数情形下，每个外表面可以固定地附着到上下喇叭部212A和212B以及左右喇叭部214A和214B，其构成喇叭天线200。当耦合在一起时，上下喇叭部212A和212B以及左右喇叭部214A和214B可以形成具有比底座实质上更大的开口的矩形椎体结构。在一些情形中，矩形箱(或者“腔体结构”)可以以类似的形状耦合到底座。腔体结构可以包括功率连接器230用于从功率源(未示出)经由同轴传输线(未示出)供应电流到脊210。

还可设置馈电导体220以将电流从同轴传输线传递到喇叭天线200的脊210。从同轴传输线到馈电导体220的过渡是喇叭天线的重要的一部分，因为其包括喇叭天线的馈电区域的部分(也就是，供给功率到脊的地方)。当供给功率时，脊的内表面用作锥形波导以随着辐射能的传递将辐射能从底座，通过喇叭天线200的“咽喉”，并通过天线200的“口”或者开口导出。

根据本发明的双脊喇叭天线200的高阶抑制器的特征在于，如图4-6所示，金属导体240对称地定位在双脊波导管的上下脊210A和210B以及左右喇叭部214A和214B之间。金属导体240安装为以使得它们短路连接到上下喇叭部212A和212B。馈电导体220产生的电场以TE10模态传送，但是如果频率高，TE10和TE30模态共存。由于双脊结构的特点，高电场产生在上下脊之间，但是，低电场产生在脊210和左右喇叭部214A和214B之间并以TE10模态传送。在TE30模态的情形下，高电场产生在脊210和左右喇叭部214A和214B之间并传送。

因此，在脊210和左右喇叭部214A和214B之间插入金属导体240抑制传播不仅导致TE30模态的抑制，而且使其转化为TE10模态，以使得从喇叭开口输出接近于TE10模态的辐射图。

通过如图4-6所示的根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线200改进辐射图干扰的程度示出在图7和8中。

图7示出当TE30模态输入到传统的双脊宽带喇叭天线中时在xz平面的辐射图。图8示出当TE30模态输入到根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线时在xz平面的辐射图。在图7和8中，横轴表示关于图6所示的Z轴的角度变化θ。关于Z轴在X轴方向的角度变化θ，也就是在逆时针方向，具有正值，并且顺时针角度变化θ具有负值。角度变化的单位为度(°)。在每个附图中的纵轴表示双脊喇叭天线发出的无线电波的强度，特别是强度的变化，假定最大值为0(单位：分贝)。

从图7和8清楚的是，根据本发明的具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线抑制发生在传统的双脊宽带喇叭天线中的TE30模态，并改善辐射图干扰以使得天线能够工作在更宽的频带。

根据本发明的示例性实施例，具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线是有利的，因为其可以抑制发生在传统的双脊宽带喇叭天线中的TE30模态，并改善辐射图干扰以使得天线能够工作在更宽的频带。

此外，本发明的双脊喇叭天线具有简单结构以使得其不仅能够方便地安装在传统的双脊宽带喇叭天线的脊式波导管上，并且还能够容易地进行制造，同时保证辐射图的改善。

尽管已经参照特定实施例描述本发明，但是，对于本领域技术人员来说，明显的是，可以进行各种变化和修改而不超出如本发明的权利要求所限定的精神和范围。

Claims (4)

1.一种具有高阶模态抑制器的双脊喇叭天线，包括：

一对彼此相对地安置的上脊和下脊，该上脊和下脊的每一个具有引导电磁波的内表面和与该内表面相对的外表面；

固定地附着到所述上脊和下脊的各自的外表面的上喇叭部和下喇叭部；

左喇叭部和右喇叭部，其耦合到所述上喇叭部和下喇叭部以形成矩形椎体结构；以及

金属导体，其对称地定位在所述上脊和下脊以及所述左喇叭部和右喇叭部之间。

2.一种如权利要求1所述的双脊喇叭天线，进一步包括：

功率连接器，其从外部功率源供应电流到所述上脊和下脊；以及

馈电导体，其将通过功率连接器从外部功率源供应的电流传递到所述上脊和下脊。

3.如权利要求2所述的双脊喇叭天线，其中，所述金属导体安装为以使得短路连接到所述上喇叭部和下喇叭部。

4.如权利要求3所述的双脊喇叭天线，其中，所述金属导体抑制在所述上脊和下脊以及所述左喇叭部和右喇叭部之间产生的高电场的传送，并抑制TE30模态并将TE30模态转化为TE10模态以使得从喇叭开口输出接近干TE10模态的辐射图。

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