CN108023185B - 喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法 - Google Patents

喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108023185B
CN108023185B CN201711057255.1A CN201711057255A CN108023185B CN 108023185 B CN108023185 B CN 108023185B CN 201711057255 A CN201711057255 A CN 201711057255A CN 108023185 B CN108023185 B CN 108023185B
Authority
CN
China
Prior art keywords
attenuator
feedhorn
attenuation
radio frequency
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711057255.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108023185A (zh
Inventor
D·P·摩根
B·E·佩里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN108023185A publication Critical patent/CN108023185A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108023185B publication Critical patent/CN108023185B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
    • H01Q5/55—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation for horn or waveguide antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/0283—Apparatus or processes specially provided for manufacturing horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/001—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems for modifying the directional characteristic of an aerial
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H01Q19/132—Horn reflector antennas; Off-set feeding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Abstract

本申请涉及叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法。具体地，该喇叭天线包括：导电壳体，该导电壳体具有内表面；腔，该腔形成在所述壳体中；孔口，该孔口限定在所述腔的一个端部处；喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体；以及空间与频率相关射频RF衰减器，该空间与频率相关射频RF衰减器设置在所述腔内，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加。

Description

喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法
技术领域
本公开总体上涉及高增益天线，并且更具体地说，涉及喇叭天线(horn antenna)。
背景技术
通常有两种类型的孔口天线。第一类型的孔口天线是通常包括有：用于直接发送和/或接收射频(RF)信号的群集或阵列的喇叭天线。第二类型的孔口天线是反射器天线，其通常包括抛物面反射器，该抛物面反射器由用于发送和/或接收RF信号的一个或多个馈电喇叭来补充。
有益的是，孔口天线的波束宽度尤其在空间应用中，在其操作频率范围内尽可能均匀，使得由天线生成的希望辐射图案大致不变。可以通过按更高操作频率欠照射反射器表面来修改反射器天线，以在其操作范围内生成恒定波束宽度。由于抛物面反射器与馈电喇叭之间的自补偿关系，因而这种经修改的反射器天线的波束宽度将固有地与频率无关，从而导致其操作频率范围内的大致均匀波束宽度。即，以较小孔口天线馈电线来馈送显著超大尺寸的反射器表面。由于馈电天线的波束宽度随频率而减小，因而反射器表面的被照射部分也随之减小，从而导致减小该组合的有效孔口。这提供了与频率恒定的电气孔口尺寸(提供了恒定的波束宽度)。然而，欠照射(under-illuminating)反射器表面导致反射器比应用所需的大得多，其具有几个缺点(增加了尺寸、重量以及复杂性)。用于提供随着频率的恒定波束宽度的其它解决方案涉及对反射器表面进行修改(通过可变尺寸孔或者通过利用具有可变间距的网孔)，以提供随着频率的反射率变化。
与这种修改的反射器天线形成对比的是，喇叭天线的波束宽度是频率相关的。即，喇叭天线的波束宽度在波长上与电气孔口尺寸成反比(即，更大的电气孔口尺寸转变成更小的波束宽度)。对于具有固定物理孔口尺寸的喇叭天线来说，在波长上的电气尺寸随着波长的减小(即，随着频率的增加)而增加。即，随着RF信号的频率增加，波束宽度减小，而随着RF信号的频率降低，波束宽度增加。
虽然可以将反射器天线修改成在其操作频带上展现均匀的波束宽度，但其需要使用体积大、重且超大尺寸的反射器结构，因此可能不适合于空间应用，遭受因空间温度差别大而造成的热变形，并且需要相对复杂的制造工艺。与此相反，喇叭天线相对紧凑轻巧，结构上稳定，不受热影响，并且只需要简单的构造和调整。然而，如从上面的讨论可以清楚，常规喇叭天线具有频率相关的波束宽度，并且由于其宽带宽，而可以在其操作频带上展现出波束宽度的极大变化。
因此，仍然需要恒定波束宽度、宽带、高增益天线。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种喇叭天线，该喇叭天线包括：具有内表面的导电壳体和形成在所述壳体中的腔，形成在所述壳体中的腔，限定在所述腔的一个端部处的孔口，以及喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体。在一个实施方式中，所述导电壳体的内表面是平滑的。所述导电壳体例如可以是圆锥形的，或者其例如可以是金字塔形，扇形或异形。
所述喇叭天线还包括设置在所述腔内的空间与频率相关射频(RF)衰减器，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而沿朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向更快速增加。所述RF衰减器可以被配置成，与所述RF能量的频率成反比地改变所述孔口的电有效尺寸。
在一个实施方式中，所述RF衰减器由RF吸收材料组成，使得入射到所述RF衰减器上的所述RF能量具有相对低的反射系数。在另一实施方式中，所述RF衰减器由RF反射材料组成。所述RF衰减器可以由商业可获材料(如负载碳粉的聚氨酯材料)组成。或者，所述RF衰减器可以由定制设计的超材料(如包含电感性部件、电容性部件和/或电阻性部件的蜂窝芯材料)组成。喇叭壳体和RF衰减器沿着平行于所述孔口的平面的横截面可以在几何上相似。所述RF衰减器可以包括中空中心区。
在又一实施方式中，所述RF衰减器沿所述向外方向递增且离散地增加衰减。例如，所述RF衰减器可以包括按一方式嵌套的多个离散区，使得它们沿所述向外方向递增地增加衰减。所述离散区例如可以分别具有每单位长度不同的衰减，使得所述离散区的沿着垂直于所述孔口的平面的所述长度可以相等。或者，所述离散区可以具有沿垂直于所述孔口的平面的、沿所述向外方向相应增加的长度，使得所述离散区可以分别具有每单位长度相同的衰减。在又一实施方式中，所述RF衰减器沿所述向外方向连续增加衰减。
所述喇叭天线可以具有在可操作频带上大致均匀的波束宽度。例如，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于20％，其例如可以是至少10:1的带宽。作为另一实施例，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于10％，其例如可以是至少4:1的带宽。作为又一实施例，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于5％，其例如可以是至少2:1的带宽。所述RF衰减器可以减少所述喇叭天线在可操作频带上的波束宽度相对于没有所述RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差(variance)。
根据本公开的第二方面，一种射频(RF)系统，该射频系统可以包括前述喇叭天线和联接至所述喇叭天线的所述喉部的RF电路。所述RF电路被配置成，向所述喇叭天线发送所述RF能量和/或从所述喇叭天线接收RF能量。
根据本公开的第三方面，提供一种通信系统，该通信系统包括：结构主体(例如，通信卫星的结构)，和安装至所述结构主体的所述RF系统。
根据本公开的第四方面，提供了一种根据性能要求制造喇叭天线的方法，该性能要求限定可操作频带和标称波束宽度，和相对于所述标称波束宽度的最小可允许偏差。所述方法包括以下步骤：确定所述喇叭天线的孔口尺寸，该孔口尺寸在所述可操作频带内的第一频率下展示所述标称波束宽度，并且制作导电壳体，该导电壳体具有腔，并且限定具有所选定孔口尺寸的孔口。所述第一频率例如可以是所述可操作频带中的最低频率。在一个实施方式中，所述导电壳体的内表面是平滑的。所述导电壳体例如可以是圆锥形的，或者其例如可以是金字塔形、扇形或异形。
所述方法还包括以下步骤：制作RF衰减器，该RF衰减器具有从所述RF衰减器的最内区起向所述RF衰减器的最外区逐渐增加的衰减。所述RF衰减器的外围符合所述导电壳体的内表面。一种方法还包括以下步骤：基于所述可操作频带的宽度选择相对于最小衰减的最大衰减，在这种情况下，所述RF衰减器可以在外围具有等于所选择的最大衰减的最大衰减。所述RF衰减器可以由例如RF吸收材料或RF反射材料组成。所述RF衰减器可以包括中空中心区。
在一个实施方式中，所述RF衰减器由RF吸收材料组成，使得入射到所述RF衰减器上的所述RF能量具有相对低的反射系数。在另一实施方式中，所述RF衰减器由RF反射材料组成。所述RF衰减器可以由商业可获材料(如负载碳粉的聚氨酯材料)组成。或者，所述RF衰减器可以由定制设计的超材料(如包含电感性部件、电容性部件和/或电阻性部件的蜂窝芯材料)组成。喇叭壳体和RF衰减器沿着平行于所述孔口的平面的横截面可以在几何上相似。所述RF衰减器可以包括中空中心区。
在一个实施方式中，可以按所述衰减沿向外方向递增且离散地增加的方式来制作所述RF衰减器。例如，所述RF衰减器可以制作有嵌套的多个离散区，使得它们沿所述向外方向递增且离散地增加衰减。在这种情况下，所述方法还可以包括以下步骤：基于所述可操作频带的宽度来选择多个所述离散区。所述方法还可以包括以下步骤：为所述离散区分别选择不同的衰减值，基于选定的不同的衰减值，分别选择或设计具有每单位长度不同衰减的材料，以及由所述材料分别制作所述离散区。在这种情况下，所述离散区的沿着垂直于所述孔口的平面的长度可以相等。又一方法还包括以下步骤：为所述离散区分别选择不同的衰减值，选择或设计具有每单位长度衰减的衰减材料，基于选定的不同的衰减值和所述衰减材料的所述每单位长度衰减分别计算所述衰减材料的长度，以及由所述材料分别制作所述离散区。所述离散区可以具有沿垂直于所述孔口的平面的、在向外方向上相应增加的、等于所计算的长度的长度。在这种情况下，所述离散区可以分别具有每单位长度相同的衰减。
在又一实施方式中，所述RF衰减器在所述向外方向上连续增加衰减。
所述方法还包括以下步骤：将所述RF衰减器贴附在所述导电壳体的所述腔内，使得所述喇叭天线在所述可操作频带上的标称波束宽度的偏差遵照相对于所述标称波束宽度的所述最小可允许偏差。在一个实施方式中，所述RF衰减器被制作成，使得所述孔口的电有效尺寸与频率成反比地改变。
所述喇叭天线可以具有在可操作频带上大致均匀的波束宽度。例如，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于20％，其例如可以是至少10:1的带宽。作为另一实施例，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于10％，其例如可以是至少4:1的带宽。作为又一实施例，所述波束宽度可以在所述可操作频带上变化小于5％，其例如可以是至少2:1的带宽。所述RF衰减器可以减少所述喇叭天线在可操作频带上的波束宽度相对于没有所述RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
在一个或更多个实施方式中，提供一种喇叭天线，该喇叭天线包括具有内表面的导电壳体。所述喇叭天线还包括形成在所述壳体中的腔。而且，所述喇叭天线包括限定在所述腔的一个端部处的孔口。另外，所述喇叭天线包括喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体。而且，所述喇叭天线包括设置在所述腔内的空间与频率相关射频(RF)衰减器，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加。
在至少一个实施方式中，所述导电壳体的内表面是平滑的。在一个或更多个实施方式中，所述导电壳体是圆锥形。在一些实施方式中，所述导电壳体是金字塔形、扇形或异形。
在一个或更多个实施方式中，所述RF衰减器由RF吸收材料组成，使得入射到所述RF衰减器上的所述RF能量具有相对低的反射系数。在至少一个实施方式中，所述RF衰减器由RF反射材料组成。
在至少一个实施方式中，喇叭壳体和RF衰减器沿着平行于所述孔口的平面的横截面在几何上相似。在一些实施方式中，所述RF衰减器被配置成，与所述RF能量的频率成反比地改变所述孔口的电有效尺寸。
在一个或更多个实施方式中，所述RF衰减器在所述向外方向上递增且离散地增加衰减。在一些实施方式中，所述RF衰减器包括按一方式嵌套的多个离散区，使得它们在所述向外方向上递增地增加衰减。在至少一个实施方式中，所述离散区分别具有每单位长度不同的衰减。在一些实施方式中，所述离散区的沿着垂直于所述孔口的平面的长度相等。在至少一个实施方式中，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的长度。在一个或更多个实施方式中，所述离散区分别具有每单位长度相同的衰减。在一些实施方式中，所述RF衰减器在所述向外方向上连续增加衰减。
在至少一个实施方式中，所述RF衰减器由商业可获材料组成。在至少一个实施方式中，所述商业可获材料是如负载碳粉的聚氨酯材料。在一些实施方式中，所述RF衰减器由定制设计的超材料组成。在一个或更多个实施方式中，所述超材料包括包含电感性部件、电容性部件和/或电阻性部件的蜂窝芯材料。在至少一个实施方式中，所述RF衰减器包括中空中心区。
在一个或更多个实施方式中，所述喇叭天线具有在可操作频带上大致均匀的波束宽度。在至少一个实施方式中，所述波束宽度在所述可操作频带上变化小于20％。在一些实施方式中，所述可操作频带具有至少10:1的带宽。在一个或更多个实施方式中，所述波束宽度在所述可操作频带上变化小于10％。在至少一个实施方式中，所述可操作频带具有至少4:1的带宽。在一些实施方式中，所述波束宽度在所述可操作频带上变化小于5％。在至少一个实施方式中，所述可操作频带具有至少2:1的带宽。在一些实施方式中，所述RF衰减器减少所述喇叭天线在可操作频带上的波束宽度相对于没有所述RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
在至少一个实施方式中，提供一种射频(RF)系统，该射频系统包括喇叭天线。所述喇叭天线包括具有内表面的导电壳体。所述喇叭天线还包括形成在所述壳体中的腔。所述喇叭天线换包括限定在所述腔的一个端部处的孔口。而且，所述喇叭天线包括喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体。而且，所述喇叭天线包括设置在所述腔内的空间与频率相关射频(RF)衰减器，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加。而且，所述射频(RF)系统包括RF电路，该RF电路联接至所述喇叭天线的所述喉部，所述RF电路被配置成，向所述喇叭天线发送所述RF能量，和/或从所述喇叭天线接收RF能量。
在一个或更多个实施方式中，提供一种通信系统，该通信系统包括结构主体。所述通信系统还包括安装至所述结构主体的RF系统。在一些实施方式中，所述结构主体是通信卫星的结构。
在至少一个实施方式中，一种根据性能要求制造喇叭天线的方法，该性能要求限定可操作频带和标称波束宽度，以及相对于所述标称波束宽度的最小可允许偏差，所述方法包括以下步骤：确定所述喇叭天线的孔口尺寸，该孔口尺寸在所述可操作频带内的第一频率下展示所述标称波束宽度。所述方法还包括以下步骤：制作导电壳体，该导电壳体具有腔，并且限定具有所选定孔口尺寸的孔口。而且，所述方法包括以下步骤：制作RF衰减器，该RF衰减器具有从所述RF衰减器的最内区起向所述RF衰减器的最外区逐渐增加的衰减，所述RF衰减器的外围符合所述导电壳体的内表面。而且，所述方法包括以下步骤：将所述RF衰减器贴附在所述导电壳体的所述腔内，使得所述喇叭天线在所述可操作频带上的标称波束宽度的偏差遵照相对于所述标称波束宽度的所述最小可允许偏差。
在一个或更多个实施方式中，第一频率是所述可操作频带中的最低频率。在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于所述可操作频带的宽度来选择相对于最小衰减的最大衰减，其中，所述RF衰减器在外围具有等于所选择的最大衰减的最大衰减。
在至少一个实施方式中，所述RF衰减器被制作成，使得所述孔口的电有效尺寸与频率成反比地改变。在一些实施方式中，按所述衰减沿向外方向递增且离散地增加的方式来制作所述RF衰减器。
在一个或更多个实施方式中，所述RF衰减器被制作有嵌套的多个离散区，使得它们在所述向外方向上递增且离散地增加衰减。在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于所述可操作频带的宽度来选择多个所述离散区。
在至少一个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：为所述离散区分别选择不同的衰减值。而且，所述方法还包括以下步骤：基于选定的不同的衰减值，分别选择或设计具有每单位长度不同衰减的材料。而且，所述方法包括以下步骤：由所述材料分别制作所述离散区。
在一个或更多个实施方式中，所述离散区的沿着垂直于所述孔口的平面的长度相等。
在至少一个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：为所述离散区分别选择不同的衰减值。而且，所述方法还包括以下步骤：选择或设计具有每单位长度衰减的衰减材料。另外，所述方法还包括以下步骤：基于选定的不同的衰减值和所述衰减材料的所述每单位长度衰减，来分别计算所述衰减材料的长度。而且，所述方法包括以下步骤：由所述材料分别制作所述离散区，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的、等于所述计算长度的长度。
在一个或更多个实施方式中，所述RF衰减器沿所述向外方向连续增加衰减。
通过阅读下面对优选实施方式的详细描述，本公开的其它和进一步的方面和特征将是显而易见的，其旨在例示而非本公开。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式的设计和实用性，其中，相似部件用共同标号引用。为了更好地清楚如何获取本公开的上述和其它优点与目的，上面简要描述的本公开的更具体描述通过参照在附图中例示的其具体实施方式来表述。应当明白，这些附图仅描绘了本公开的典型实施方式，因此不应视为对其范围的限制，本公开通过使用附图以附加特性和细节进行描述和说明，其中：
图1是根据本公开的一个实施方式构造的喇叭天线的框图，其中，喇叭天线被示出并入卫星通信系统中；
图2是图1的喇叭天线的立体图；
图3A和图3B是在图2的喇叭天线中使用的RF衰减器的正视图，具体示出了由RF衰减器展现的高频和低频衰减曲线；
图4是根据本公开的另一实施方式构造的喇叭天线的侧视图；
图5是根据本公开的又一实施方式构造的喇叭天线的侧视图；以及
图6是例示制造图2-5的喇叭天线的一种方法的流程图。
本公开中示出的每个附图示出了所呈现的实施方式的一方面的变型例，并且将仅详细讨论差别。
具体实施方式
参照图1，下面，对根据本公开的一个实施方式构造的喇叭天线10a进行描述。按常规方式，喇叭天线10a联接至发送和/或接收电路12，该电路12经由一个或更多个波导14以及一个或更多个相应端口(未示出)向喇叭天线10a发送和/或从喇叭天线10a接收RF信号。喇叭天线10a、发送和/或接收电路12以及波导14形成RF系统(如RF通信系统)的至少一部分。在所示实施方式中，喇叭天线10a被安装至诸如航天器16(例如，通信卫星)的通信平台的结构主体，并且可以被用作单个天线或形成类似设计的喇叭天线的更大阵列的一部分。出于简洁和例示的目的，仅示出和描述了一个喇叭天线10a。尽管喇叭天线10a在本文中被描述为用于卫星通信，但应当清楚，喇叭天线10a可以用于其它应用，如雷达和实验室仪器。
通常与常规喇叭天线一样的是，喇叭天线10a的可操作频率带宽(可操作频带的宽度)可以为大约10:1(例如，允许其从1Ghz到10Ghz操作)，并且可以高达20:1(例如，允许其从1Ghz至20GHz操作)。还通常与常规喇叭天线一样的是，喇叭天线10a的增益可以处于高达25dBi的范围内，并且典型为10dBi-20dBi。然而，与常规喇叭天线不同的是，喇叭天线10a的波束宽度在其可操作频带上大致均匀，而基本上不降低喇叭天线10a的增益，从而就具有随频率的均匀波束宽度而论，提供了与反射器天线相同的效果。
为此，并且进一步参照图2，喇叭天线10a包括具有内表面22的导电壳体20，形成在喇叭壳体20内的腔24，限定在腔24的一个端部处的孔口26，以及喉部28，该喉部28按与腔24的相对孔口26的另一端连通的方式联接至导电壳体20。在所示实施方式中，喇叭天线10a采取圆锥形喇叭天线的形式，因此喇叭壳体20同样为圆锥形，而喇叭孔26为对应圆形。然而，在另选实施方式中，喇叭天线10a可以采取其它类型的形式，包括但不限于，金字塔形喇叭天线、扇形喇叭天线(仅在一个孔口尺寸(E-或H-平面)上锥化)或异形喇叭天线。
喉部28具有波导14(图1所示)电联接的一个或更多个端口(未示出)。波导14本质上通常是同轴的，并且经由在喉部28内延伸的中心导体销联接到喉部28的一个或更多个端口。因此，如果将喇叭天线10a用于发送RF信号，则由发送/接收电路12生成的RF信号可以通过波导14传送，并经由中心导体销分别发射到喇叭天线10a的喉部28中，其中RF信号在喇叭腔24内传播并发射出喇叭孔26。与此相反，如果将喇叭天线10a用于接收RF信号，则RF信号被接收到喇叭天线10a的喇叭孔26中，然后其通过喇叭腔24传播到喉部28中，并经由中心导体销通过波导14传送至发送/接收电路12。
显著的是，喇叭天线10a包括设置在喇叭腔24内的空间与频率相关射频(RF)衰减器30，使得在喇叭孔26与喉部28之间的喇叭腔24内传播的RF能量将被RF衰减器30衰减。RF衰减器30包括渐变的圆锥体积材料，其被调谐以衰减具有在喇叭天线10a的可操作频带内的频率的RF能量。RF衰减器30空间相关在于，衰减朝着喇叭壳体20的内表面22沿向外方向针对所有频率逐渐增加(并且在喇叭天线10a沿径向向外方向为圆锥形的情况下)，而频率相关在于，衰减随RF能量的频率增加而逐渐增加。结果，随着RF能量的频率增加，在喉部28与喇叭孔26之间通过喇叭腔24传播的RF能量的衰减沿径向向外方向更快地增加。
例如，如图3A和图3B所示，针对低频RF能量和高频RF能量两者的衰减从RF衰减器30的中心向RF衰减器30的外围增加。在所示实施方式中，RF衰减器30包括中空中心区32，因此在该区域中没有衰减。在一另选实施方式中，RF衰减器30是完全固体的，因此，在RF衰减器30的中心具有至少一些衰减。在任何情况下，高频RF能量的衰减从RF衰减器30的中心(0dB)增加至RF衰减器30的外围(-50dB)，比低频RF能量的衰减从RF衰减器30的中心(0dB)增加至RF衰减器30的外围(-20dB)更快。
希望在RF衰减器30的外围针对最高操作频率的衰减尽可能高(最佳地，无限衰减)，而RF衰减器30的外围针对最低操作频率的衰减尽可能低(最佳地，零衰减)。从实践上讲，对于RF能量之间为1.5的分数频率差(即，高频率比低频大1.5倍)，在RF衰减器30的外围的、高频RF能量与低频RF能量之间的衰减差别例如通常处于以下范围：10dB(即，在RF衰减器30的外围处，高频RF能量的衰减比低频RF能量衰减高10dB)至50dB(即，在RF衰减器30的外围处，高频RF能量的衰减比低频RF能量的衰减高50dB)，但可以例如处于20dB至40dB的范围内。
因此，在较高的频率下，只有少量的RF能量被传递至喇叭孔26的外部区域，从而使喇叭孔26在更高频率下有效地更小，而在较低的频率下，大量的RF能量被传递至喇叭孔26的外部区域，从而使喇叭孔26在更低频率下有效地更大。结果，喇叭孔26的有效尺寸在较高频率下降低，但在较低频率下没有那么多。实际上，RF衰减器30与RF能量的频率成反比地改变喇叭孔26的有效尺寸，以使当RF衰减器30被适当校准时，有效电气孔口仍随着频率保持恒定(在波长方面)，因此喇叭天线10a在潜在非常宽的可操作频带上表现出大致均匀的波束宽度。
中空中心区32应当在可操作频带的最高频率处基本上小于希望有效孔口尺寸，因为需要大量衰减以在该最高频率下将物理孔口尺寸减小至有效孔口尺寸。优选的是，喇叭孔26的外围和RF衰减器30的横截面外围沿平行于喇叭孔10的平面在几何上相似。例如，如果喇叭天线10a是圆锥形的，则喇叭壳体20和RF衰减器30两者的横截面是圆形的，而如果喇叭天线10a是金字塔形的，则喇叭壳体20和RF衰减器30两者的横截面是矩形的。
在喇叭天线10a打算发送RF信号的情况下，优选的是，RF衰减器30由RF吸收材料组成，使得入射在RF衰减器30上的RF能量具有相对低的反射系数(即，入射在RF衰减器30上的大部分RF能量被发送或吸收)。按这种方式，很少的能量将被反射回发送/接收电路12，其否则可能损坏发送/接收电路12。然而，在喇叭天线10a打算仅接收RF信号的情况下，RF衰减器30可以由RF反射材料组成，使得入射在RF衰减器30上的RF能量被无害地(innocuously)反射回到空间中。
在所示实施方式中，RF衰减器30仅设置在腔24的一部分内，并且具体地，延伸至喇叭孔26，但自始至终未延伸至喉部28。因此，在所示实施方式中，RF衰减器30具有顶点缺失的部分圆锥形状。当然，在金字塔形喇叭天线的情况下，RF衰减器30将具有顶点缺失的部分金字塔形状。最终，腔24被RF衰减器30填充的程度将取决于：构成RF衰减器30的材料在喇叭天线10a打算操作的最高可操作频率下的衰减特性。通常，腔24的被RF衰减器30占据的部分将与材料的衰减特性成反比(即，衰减特性越大，RF衰减器30占据腔24就越少)。因此，如果衰减材料28的衰减特性在最高可操作频率下相对较低，则RF衰减器30可能完全占据腔24。
RF衰减器30可以以多方式中的任何一种来配置，以使得喇叭天线10a能够在其可操作频带上具有大致均匀的波束宽度。在一个实施方式中，RF衰减器30沿径向向外方向递增且离散地增加衰减。
例如，参照图3A和图3B，RF衰减器30包括以一方式嵌套的多个离散衰减区34a-34h，使得它们沿向外方向递增地增加衰减(即，离散区34a具有最小的衰减量，离散区34b具有下一最大的衰减，离散区34c具有下一最大的衰减，等等，而离散区34h具有最大的衰减)。应当清楚，尽管图3A和图3B所示的衰减曲线本质上是连续的，但衰减区34a-34h实际上离散这些衰减曲线。在所示实施方式中，离散区呈圆锥形，其横截面为圆形，如图3A和图3B所示。当然，对于金字塔形喇叭天线的情况来说，RF衰减器将是横截面为矩形的金字塔形。
离散区32的衰减特性可以以几种方式中的任一种来改变。在图2和图3A和图3B所示的实施方式中，离散区32分别具有每单位长度的不同衰减，以便在RF衰减器30中产生沿径向向外方向的正衰减梯度。例如，离散区32可以分别由固有地具有沿径向向外方向增加的衰减的材料组成。
作为一个实施例，离散区32可以由负载有不同量的碳粉末的聚氨酯泡沫组成，以产生具有不同衰减的离散区。这种材料是商业可获的成品，并且可以用于分开地产生离散区32，然后将其结合至一起以制作RF衰减器30。
作为另一实施例，离散区32可以分别由具有沿径向向外方向增加的衰减的超材料(meta-material)组成。衰减的超材料通过由复合材料(如金属或塑料)构成的多种部件的组合体制成；例如，包含电感性部件、电容性部件、和/或电阻性部件的蜂窝芯材料。衰减的超材料衍生物不是根据基材的性质而是根据部件的组合体导出其衰减特性。部件的组合体装具有精确的形状、几何结构、尺寸以及取向，以提供超出可能伴随常规材料的衰减特性。超材料通常以比其衰减的RF能量的波长更小的比例按重复图案设置。RF衰减器30可以被制作为具有定制衰减分布曲线的超材料的单一集成块，或者另选地，RF衰减器30可以通过由超材料分离形成离散区32来制作，然后其被结合至一起以制作RF衰减器30。
用于改变离散区32的衰减特性的另一种方法是沿垂直于喇叭孔26的平面改变离散区32的长度。具体来说，虽然图2和3所示的离散区32的长度相等，但可以改变离散区32的长度以在RF衰减器30内沿径向向外方向上产生正衰减梯度。
例如，参照图4，可以通过沿垂直于喇叭天线10b的孔口26的平面形成具有分别沿径向向外方向增加的不同长度的离散区32，来改变离散区32的衰减特性。如图4所示，离散区32被设置成，使得RF衰减器30的一个端部在喇叭孔26处完全齐平，并且RF衰减器30的相对端具有大致凹入形状。即，只有离散区32的长度是RF衰减器30面对喉部28的一侧。
在任何情况下，离散区32的衰减将与离散区32的长度成比例地增加。即，RF能量传播通过的材料越多，RF能量衰减得就越多。按这种方式，离散区32可以分别具有每单位长度相同的衰减。因此，整个RF衰减器30可以由本质上可预测的均匀衰减材料组成，因为其衰减可以作为dB/in的函数来计算。例如，两英寸长的材料将具有一英寸长的材料的两倍衰减。RF衰减器30可以被制作为均匀衰减材料的单个集成块，或者可以通过由均匀衰减材料分开形成离散区32来制作，然后其被结合至一起以制作RF衰减器30。
尽管图2-4中的RF衰减器30被描述为具有沿径向向外方向上递增且离散地增加的衰减，但应当清楚，RF衰减器30的衰减可以沿径向向外方向连续增加。例如，如图5所示，喇叭天线10c的RF衰减器30不包括具有离散衰减特性的离散区，而相反，展现出沿径向向外方向连续增加的衰减。为此，RF衰减器30的面向喉部28的端部从RF衰减器30的外边缘向中心连续渐缩。
不管用于RF衰减器30的材料的类型和布置如何，该材料通常可以预测地频率相关，因为材料的衰减是材料长度中有多少波长的函数。例如，一英寸长的材料在10GHz时具有两倍于5GHz时的衰减。
一般来说，在设计喇叭天线10时，必须在波束宽度均匀性、频率带宽、以及天线增益之间进行权衡。一般来说，波束宽度均匀性、频率带宽、以及天线增益是如下的竞争参数，其被优选平衡化以结合来自喇叭天线10的优化性能。例如，频率带宽越大，波束宽度在该可操作频带上就变得越不均匀，因此，RF能量必须在该可操作频带的较高端衰减得更多，以使波束宽度在该可操作频带上均匀。RF能量衰减得越多(尤其是在带宽的较高端)，喇叭天线10a具有的增益就越少。
根据前述可以清楚，RF衰减器30的使用，减少了喇叭天线10在任何可操作频带上的波束宽度相对于没有RF衰减器30的对应喇叭天线10的标称波束宽度的偏差。作为一实际的例子，常规喇叭天线的波束宽度的偏差可以比具有2:1带宽的可操作频带大20％，比具有4:1带宽的可操作频带大100％，并且比具有10:1带宽的可操作频带大500％，而喇叭天线10的波束宽度的偏差可以比具有2:1带宽的可操作频带小于5％，比具有4:1带宽的可操作频带小10％，并且比具有20:1带宽的可操作频带小20％。随着频率带宽的增加，喇叭天线10相对于常规喇叭天线将具有增加的增益损失，在极端情况下，在带宽的较高端可以直达3-4dB。然而，这种增益损失通常是为实现大致均匀的波束宽度的有价值的权衡，使得辐射图案在整个可操作频带上大致相同。
尽管喇叭天线10因在其可操作频带上具有大致均匀波束宽度的能力而完全有助于不使用反射器的通信应用，但应当清楚，喇叭天线10可以用于需要恒定波束宽度馈送以获得最大增益的Cassegrain反射器系统。目前，Cassegrain反射器系统的分数带宽因波束宽度的大偏差而被限制在50％。将喇叭天线10并入Cassegrain反射器系统将允许增加Cassegrain反射器系统的带宽。而且，喇叭天线10可以用于除通信系统以外的其它系统中。例如，喇叭天线10可以用于监视雷达中，以在宽频率范围上最小化旁瓣。这样的旁瓣通常由RF能量在反射器边缘上的衍射产生。随着频率的降低，在反射器的边缘辐射更多的射频能量，从而增加旁瓣。因此，监视雷达的带宽的下端受限。将喇叭天线10并入监视雷达系统将允许增加监视雷达系统的带宽。
已经描述了喇叭天线10的结构和功能，下面，参照图6，对制造图2-4所示的喇叭天线10的一种方法200进行描述。首先，指定定义可操作频带(例如，1Ghz-10Ghz)、标称波束宽度(例如，35％)、以及该标称波束宽度在该可操作频带上的偏差(例如，小于10％(±5％))的性能要求(步骤202)。接下来，按常规方式确定喇叭天线10的孔口尺寸，该孔口尺寸按该可操作频带内的第一频率展示标称波束宽度(步骤204)。在优选实施方式中，第一频率被选择为可操作频带中的最低频率(例如，1GHz)。接下来，按常规方式制作限定具有所确定孔口尺寸的孔口的导电喇叭壳体20(步骤206)。导电喇叭壳体20例如可以是圆锥形、金字塔形、扇形、异形等，并且可以具有平滑内表面。
如上参照图2和图3A和图3B所讨论的，将按衰减沿径向向外方向递增且离散地增加的方式，来制作RF衰减器30，并且具体地说，将制作沿径向向外方向递增且离散地增加衰减的多个离散区34。因此，需要选择离散区34的数量和衰减特性。
具体来说，基于可操作频带的宽度选择相对于最小衰减值的最大衰减值(步骤208)。一般来说，带宽越宽，最大衰减值与最小衰减值之间的差别就需要越大，以使波束宽度在可操作频带上均匀。优选地选择最大衰减值以提供波束宽度在可操作频带上的均匀性与增益损失之间的令人满意的平衡。因此，最大衰减值的选择必须与由衰减产生的增益损失平衡化，因此，RF衰减器30的衰减在这方面应受到限制。一般来说，最小衰减值应为零，在这种情况下，在喇叭天线10的中心不会有衰减，因此，RF衰减器30将具有中空的中心区32。接下来，基于可操作频带的宽度选择离散衰减区34的数量(步骤210)。值得注意的是，可操作频带的宽度越大，离散衰减区的数量就越多。照例，应当包括针对每个25％分数带宽的离散衰减区。然而，由于制造考虑，离散衰减区34的数量应被限制成合理的数量。
接下来，分别从最大衰减值和最小衰减值来计算在可操作频带内的标称频率(例如，中心频率)下，离散衰减区34的衰减值(步骤212)。针对最外离散衰减区34的衰减值将对应于上面在步骤208中确定的最大衰减值，而针对剩余离散衰减区34的衰减值可以按线性方式确定为从最大衰减值到最小衰减值(通常为零)离散地变化。例如，如果最大衰减值为-2dB，最小衰减值为0dB，并且离散衰减区34的总数等于8，则针对离散衰减区的衰减值将为：针对相应八个离散衰减区34的-0.25dB、-0.50dB、-0.75dB、-1.00dB、-1.25dB、-1.50dB、-1.75dB以及-2.00dB。
接下来，针对离散衰减区34选择离散衰减区34的均匀长度(步骤214a)，并且基于针对长度均匀的离散衰减区34按标称频率计算的衰减值，分别选择或设计具有不同衰减等级(即，每单位长度的衰减)的RF衰减材料(步骤216a)。可以利用非常简单的公式来选择或设计用于相应离散衰减区34的特定RF衰减材料，该公式涉及按标称频率为该离散衰减区34选择的衰减值和长度。例如，对于离散衰减区34来说，如果计算出的衰减值为-1.5dB，并且长度为5英寸，则用于该离散衰减区34的选定或设计的RF衰减材料应该在标称频率下具有-1.5/5＝-0.30dB/英寸的衰减等级。
另选地，选择或设计针对离散衰减区34具有每单位长度相同衰减的RF衰减材料(步骤214b)，并且基于针对离散衰减区34的所选择衰减值和每单位长度的衰减，分别计算针对离散衰减区34的不同长度(步骤216b)。可以利用非常简单的公式来计算针对相应离散衰减区34的长度，该公式涉及为每个离散衰减区34选择的衰减值和在标称频率下设计或选择的RF衰减材料的衰减等级。例如，对于离散衰减区34来说，如果计算出的衰减值为-1.0dB，并且RF衰减材料的衰减等级为-0.5dB/inch，则该离散衰减区34的长度应为(-1.0dB)÷(-0.5dB/inch)＝2英寸。
在任一情况下，为离散衰减区34选择或设计的RF衰减材料可以是RF吸收材料(尤其是如果喇叭天线10打算发送RF能量)或者RF反射材料(例如，如果喇叭天线10仅打算接收RF能量)。RF衰减材料可以由从商业可获材料(例如，碳粉加载聚氨酯材料)或定制设计的超材料(例如，包含电感性部件、电容性部件和/或电阻性部件的蜂窝芯材料)中选择。
接下来，由所选择或设计的RF衰减材料制作RF衰减器30，该RF衰减器30具有从其最内区域到其最外区域逐渐增加的衰减(步骤218)。RF衰减器30可以被制作为具有离散衰减区34的单个集成块，或者另选地，RF衰减器30可以通过由RF衰减材料分离形成离散区34来制作，然后将其结合至一起以制作RF衰减器30。优选地，所制作的RF衰减器30的外围符合导电壳体20的内表面。这可以简单地通过使RF衰减器30的外围在几何上相似于孔口26来实现。在图5所示的喇叭天线10的另选实施方式中，其中RF衰减器30沿向外方向连续增加衰减，RF衰减器30可以被制作为材料的单一集成块，其衰减因RF衰减器30的连续渐缩而固有地改变。
最后，将所制作的RF衰减器30贴附(例如，通过结合)至导电壳体20的腔24内以完成喇叭天线10，使得喇叭天线在可操作频带上的标称波束宽度的偏差遵照相对于标称波束宽度的最小可允许偏差(步骤220)。优选地定义相对于标称波束宽度的最小允许偏差，使得RF衰减器按这样的方式来制作，即，减少喇叭天线10在可操作频带上的波束宽度相对于没有该RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。优选的结果是，喇叭天线10具有在可操作频带上大致均匀的波束宽度(例如，小于20％)。
而且，本公开包括根据下列条款的实施方式：
条款1.一种喇叭天线，该喇叭天线包括：
导电壳体，该导电壳体具有内表面；
腔，该腔形成在所述壳体中；
孔口，该孔口限定在所述腔的一个端部处；
喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体；以及
空间与频率相关射频(RF)衰减器，该空间与频率相关射频(RF)衰减器设置在所述腔内，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加。
条款2.根据条款1所述的喇叭天线，其中，所述RF衰减器与所述RF能量的频率成反比地改变所述孔口的电有效尺寸。
条款3.根据条款1所述的喇叭天线，其中，所述RF衰减器在所述向外方向上递增且离散地增加衰减。
条款4.根据条款3所述的喇叭天线，其中，所述RF衰减器包括按一方式嵌套的多个离散区，使得它们沿所述向外方向递增地增加衰减。
条款5.根据条款4所述的喇叭天线，其中，所述离散区分别具有每单位长度不同的衰减。
条款6.根据条款4所述的喇叭天线，其中，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的长度。
条款7.根据条款1所述的喇叭天线，其中，所述RF衰减器在所述向外方向上连续增加衰减。
条款8.根据条款1所述的喇叭天线，其中，所述喇叭天线具有在可操作频带上大致均匀的波束宽度。
条款9.根据条款1所述的喇叭天线，其中，所述RF衰减器减少所述喇叭天线在可操作频带上的波束宽度相对于没有所述RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
条款10.一种射频(RF)系统，该射频系统包括：
喇叭天线，该喇叭天线包括：
导电壳体，该导电壳体具有内表面；
腔，该腔形成在所述壳体中；
孔口，该孔口限定在所述腔的一个端部处；
喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体；以及
空间与频率相关射频(RF)衰减器，该空间与频率相关射频(RF)衰减器设置在所述腔内，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的RF能量的衰减随着所述RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加；
RF电路，该RF电路联接至所述喇叭天线的所述喉部，并且
所述RF电路向所述喇叭天线发送所述RF能量，和/或从所述喇叭天线接收RF能量。
条款11.一种通信系统，该通信系统包括：
结构主体；以及
安装至所述结构主体的、根据条款10所述的RF系统。
条款12.一种根据性能要求制造喇叭天线的方法，该性能要求限定可操作频带和标称波束宽度，以及相对于所述标称波束宽度的最小可允许偏差，所述方法包括以下步骤：
确定所述喇叭天线的孔口尺寸，该孔口尺寸在所述可操作频带内的第一频率下展示所述标称波束宽度；
制作导电壳体，该导电壳体具有腔，并且限定具有所述确定孔口尺寸的孔口；
制作RF衰减器，该RF衰减器具有从所述RF衰减器的最内区起向所述RF衰减器的最外区逐渐增加的衰减，所述RF衰减器的外围符合所述导电壳体的内表面；以及
将所述RF衰减器贴附在所述导电壳体的所述腔内，使得所述喇叭天线在所述可操作频带上的标称波束宽度的偏差遵照相对于所述标称波束宽度的所述最小可允许偏差。
条款13.根据条款12所述的方法，其中，所述RF衰减器被制作成，使得所述孔口的电有效尺寸与频率成反比地改变。
条款14.根据条款12所述的方法，其中，按所述衰减沿向外方向递增且离散地增加的方式来制作所述RF衰减器。
条款15.根据条款14所述的方法，其中，所述RF衰减器被制作有嵌套的多个离散区，使得它们在所述向外方向上递增且离散地增加衰减。
条款16.根据条款15所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
为所述离散区分别选择不同的衰减值；
基于选定的不同的衰减值，分别选择或设计具有每单位长度不同衰减的材料；以及
由所述材料分别制作所述离散区。
条款17.根据条款15所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
为所述离散区分别选择不同的衰减值；
选择或设计具有每单位长度衰减的衰减材料；
基于选定的不同的衰减值和所述衰减材料的所述每单位长度衰减，分别计算所述衰减材料的长度；以及
由所述材料分别制作所述离散区，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的、等于所述计算长度的长度。
条款18.根据条款12所述的方法，其中，所述RF衰减器沿所述向外方向连续增加衰减。
条款19.根据条款12所述的方法，其中，所述喇叭天线具有在所述可操作频带上大致均匀的波束宽度。
条款20.根据条款12所述的方法，其中，所述RF衰减器减少所述喇叭天线在所述可操作频带上的波束宽度相对于没有所述RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
尽管在此公开了特定例示性实施方式和方法，但本领域技术人员根据前述公开应当明白，在不脱离所公开技术的真实精神和范围的情况下，可以对这种实施方式和方法进行改变和修改。存在所公开技术的许多其它示例，仅在细节方面皆不同于其它示例。因此，所公开技术仅仅受限于所附权利要求书和规则以及适用法律原则所要求的范围。

Claims (16)

1.一种喇叭天线，该喇叭天线包括：
导电壳体，该导电壳体具有内表面；
腔，该腔形成在所述壳体中；
孔口，该孔口限定在所述腔的一个端部处；
喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体；以及
空间与频率相关射频RF衰减器，该空间与频率相关射频RF衰减器设置在所述腔内，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的射频RF能量的衰减随着所述射频RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加，
其中，所述射频RF衰减器在所述向外方向上递增且离散地增加衰减，
其中，所述射频RF衰减器包括按一方式嵌套的多个离散区，使得它们在所述向外方向上递增地增加衰减，并且所述离散区分别具有每单位长度不同的衰减。
2.根据权利要求1所述的喇叭天线，其中，所述射频RF衰减器与所述射频RF能量的频率成反比地改变所述孔口的电有效尺寸。
3.根据权利要求1所述的喇叭天线，其中，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的长度。
4.根据权利要求1所述的喇叭天线，其中，所述喇叭天线具有在可操作频带上均匀的波束宽度。
5.根据权利要求1所述的喇叭天线，其中，所述射频RF衰减器减少所述喇叭天线在可操作频带上的波束宽度相对于没有所述射频RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
6.一种射频RF系统，该射频RF系统包括：
根据权利要求1至5中的任一项所述的喇叭天线，该喇叭天线包括：
导电壳体，该导电壳体具有内表面；
腔，该腔形成在所述壳体中；
孔口，该孔口限定在所述腔的一个端部处；
喉部，该喉部按与所述腔的相对所述孔口的另一端连通的方式联接至所述导电壳体；以及
空间与频率相关射频RF衰减器，该空间与频率相关射频RF衰减器设置在所述腔内，使得在所述喉部与所述孔口之间传播通过所述腔的射频RF能量的衰减随着所述射频RF能量的频率增加而在朝着所述导电壳体的所述内表面的向外方向上更快速增加；
射频RF电路，该射频RF电路联接至所述喇叭天线的所述喉部，并且
所述射频RF电路向所述喇叭天线发送所述射频RF能量，和/或从所述喇叭天线接收所述射频RF能量。
7.一种通信系统，该通信系统包括：
结构主体；以及
安装至所述结构主体的、根据权利要求6所述的射频RF系统。
8.一种根据性能要求制造根据权利要求1至5中的任一项所述的喇叭天线的方法，该性能要求限定可操作频带和标称波束宽度，以及相对于所述标称波束宽度的最小可允许偏差，所述方法包括以下步骤：
确定所述喇叭天线的孔口尺寸，该孔口尺寸在所述可操作频带内的第一频率下展示所述标称波束宽度；
制作导电壳体，该导电壳体具有腔，并且限定具有所确定的孔口尺寸的孔口；
制作射频RF衰减器，该射频RF衰减器具有从所述射频RF衰减器的最内区起向所述射频RF衰减器的最外区逐渐增加的衰减，所述射频RF衰减器的外围符合所述导电壳体的内表面；以及
将所述射频RF衰减器贴附在所述导电壳体的所述腔内，使得所述喇叭天线在所述可操作频带上的标称波束宽度的偏差遵照相对于所述标称波束宽度的所述最小可允许偏差。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述射频RF衰减器被制作成，使得所述孔口的电有效尺寸与频率成反比地改变。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，按所述衰减在向外方向上递增且离散地增加的方式，来制作所述射频RF衰减器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述射频RF衰减器被制作有嵌套的多个离散区，使得它们在所述向外方向上递增且离散地增加衰减。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
为所述离散区分别选择不同的衰减值；
基于选定的不同的衰减值，分别选择或设计具有每单位长度不同衰减的材料；以及
由所述材料分别制作所述离散区。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
为所述离散区分别选择不同的衰减值；
选择或设计具有每单位长度衰减的衰减材料；
基于选定的不同的衰减值和所述衰减材料的所述每单位长度衰减，分别计算所述衰减材料的长度；以及
由所述材料分别制作所述离散区，所述离散区具有沿垂直于所述孔口的平面的、在所述向外方向上相应增加的、等于所计算的长度的长度。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述射频RF衰减器在所述向外方向上连续增加衰减。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述喇叭天线具有在所述可操作频带上均匀的波束宽度。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述射频RF衰减器减少所述喇叭天线在所述可操作频带上的波束宽度相对于没有所述射频RF衰减器的对应喇叭天线的标称波束宽度的偏差。
CN201711057255.1A 2016-11-04 2017-11-01 喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法 Active CN108023185B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/343,573 2016-11-04
US15/343,573 US10389033B2 (en) 2016-11-04 2016-11-04 High gain, constant beamwidth, broadband horn antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108023185A CN108023185A (zh) 2018-05-11
CN108023185B true CN108023185B (zh) 2020-10-02

Family

ID=60201960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711057255.1A Active CN108023185B (zh) 2016-11-04 2017-11-01 喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10389033B2 (zh)
EP (1) EP3319171B1 (zh)
JP (1) JP7074443B2 (zh)
KR (1) KR102365038B1 (zh)
CN (1) CN108023185B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113228414B (zh) * 2018-12-28 2023-05-12 华为技术有限公司 一种天线、微波设备和通信系统
US11158949B2 (en) 2019-07-10 2021-10-26 Eagle Technology, Llc Deployable horn antenna and associated methods
JP7387464B2 (ja) 2020-01-28 2023-11-28 日本放送協会 反射鏡アンテナ
JP2024026912A (ja) * 2021-01-14 2024-02-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ミリ波照射装置およびミリ波送受信装置
CN113594702B (zh) * 2021-07-28 2022-03-04 北京星英联微波科技有限责任公司 利用吸波材料和介质的超宽带天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141015A (en) * 1976-09-16 1979-02-20 Hughes Aircraft Company Conical horn antenna having a mode generator
CN1059621A (zh) * 1990-09-01 1992-03-18 上海交通大学 抛物面天线高效率馈源
US6879298B1 (en) * 2003-10-15 2005-04-12 Harris Corporation Multi-band horn antenna using corrugations having frequency selective surfaces

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2650985A (en) * 1946-03-19 1953-09-01 Rca Corp Radio horn
US3530481A (en) * 1967-01-09 1970-09-22 Hitachi Ltd Electromagnetic horn antenna
US3514781A (en) 1967-12-05 1970-05-26 Us Army Broadband,high gain antenna with relatively constant beamwidth
US3573838A (en) * 1968-10-28 1971-04-06 Hughes Aircraft Co Broadband multimode horn antenna
US4021814A (en) 1976-01-19 1977-05-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Broadband corrugated horn with double-ridged circular waveguide
US5317328A (en) 1984-04-02 1994-05-31 Gabriel Electronics Incorporated Horn reflector antenna with absorber lined conical feed
JPS6376602A (ja) * 1986-09-19 1988-04-06 Mitsubishi Electric Corp ホ−ンアンテナ
US6611238B1 (en) * 2001-11-06 2003-08-26 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for reducing earth station interference from non-GSO and terrestrial sources
US6759995B1 (en) 2002-08-08 2004-07-06 Lockheed Martin Corporation Constant beamwidth high gain broadband antenna
GB0517752D0 (en) * 2005-09-01 2005-10-12 Invacom Ltd Digital data receiving apparatus
US8264417B2 (en) * 2007-06-19 2012-09-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Aperture antenna with shaped dielectric loading
WO2009110755A2 (ko) * 2008-03-05 2009-09-11 주식회사 인텔리안테크놀로지스 반사경 안테나 및 혼 안테나을 이용한 다중 대역 신호 송/수신 장치 및 그 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141015A (en) * 1976-09-16 1979-02-20 Hughes Aircraft Company Conical horn antenna having a mode generator
CN1059621A (zh) * 1990-09-01 1992-03-18 上海交通大学 抛物面天线高效率馈源
US6879298B1 (en) * 2003-10-15 2005-04-12 Harris Corporation Multi-band horn antenna using corrugations having frequency selective surfaces

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A dielectric-loaded long conical horn for improved performance;Chin Yeng Tan等;《2009 Asia Pacific Microwave Conference》;20090119;第2栏第3段，第5栏第2段，第7栏第2段，图1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7074443B2 (ja) 2022-05-24
EP3319171A1 (en) 2018-05-09
KR102365038B1 (ko) 2022-02-17
CN108023185A (zh) 2018-05-11
US20180131098A1 (en) 2018-05-10
JP2018093476A (ja) 2018-06-14
KR20180050241A (ko) 2018-05-14
EP3319171B1 (en) 2020-04-01
US10389033B2 (en) 2019-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108023185B (zh) 喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法
CN107275798B (zh) 超表面透镜天线
JP2012175680A (ja) ホーンアレイアンテナ
EP3167510A1 (en) Horn lens antenna
EP3005481A1 (en) Lens antenna
JP6642862B2 (ja) デュアルバンドスプラッシュプレートサポートを含むリフレクタアンテナ
EP1037305B1 (en) Dual depth aperture chokes for dual frequency horn equalizing E and H-plane patterns
CN114586240A (zh) 龙伯透镜
Cheng et al. High-Gain All-Metal 3-D Printed Lens–Horn Antenna for Millimeter-Wave Applications
CN113991300A (zh) 基于耶路撒冷十字的双层透射阵天线及其实现方法
Lucci et al. A stackable constant-width corrugated horn design for high-performance and low-cost feed arrays at millimeter wavelengths
Tan et al. A performance comparison of a Ku-band conical horn with an inserted cone-sphere with horns with an integrated dielectric lens and metamaterial loading [Antenna Designer's Notebook]
Xue et al. Patch-fed planar dielectric slab waveguide Luneburg lens
CN114759354B (zh) 小型化宽带稳定波束喇叭馈源天线
US6700549B2 (en) Dielectric-filled antenna feed
KR100987367B1 (ko) 3중 대역 지향성 안테나
Addamo et al. A Ku-K dual-band compact circular corrugated horn for satellite communications
KR20230029838A (ko) 인라인 슬롯형 도파관 안테나
Singh et al. Performance comparison of phase shifting surface lens antenna with other lens antennas
JP6517099B2 (ja) 無線アンテナ
Wiltse Recent developments in Fresnel zone plate antennas at microwave/millimeter wave
JP3286512B2 (ja) アンテナ装置および誘電体ユニット
Horestani et al. Groove Gap Waveguide H-plane Horn Antennas with Enhanced Radiation Characteristics
Wang et al. Frequency selective rasorber with a high-gain passband
Xiao et al. High-directivity antenna array based on artificial electromagnetic metamaterials with low refractive index

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant