[发明专利]喇叭天线、射频系统、通信系统和制造喇叭天线的方法

说明书

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。

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。