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      寬帶相控陣輻射體的制作方法

      文檔序號(hào):6844629閱讀:286來源:國(guó)知局

      專利名稱::寬帶相控陣輻射體的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :本發(fā)明通常涉及通信和雷達(dá)天線,尤其涉及凹槽輻射元件。
      背景技術(shù)
      :在通信系統(tǒng)、雷達(dá)、測(cè)向以及其他寬帶復(fù)用的系統(tǒng)中,只有有限的孔徑間距,因此通常希望將射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有效地結(jié)合到一個(gè)具有一排寬帶輻射元件的天線上。傳統(tǒng)已知的寬帶相控陣輻射體,在對(duì)角掃描平面上的較大的掃描角度上通常會(huì)遭受到嚴(yán)重的極化退化。這個(gè)限制迫使極化加重網(wǎng)絡(luò)來費(fèi)勁地加重一個(gè)單極化。該加重導(dǎo)致發(fā)射陣列具有較差的天線輻射效率,因?yàn)槲醇又氐臉O化信號(hào)必須提供大部分的發(fā)射信號(hào)的天線等效全向輻射功率(EIRP)。傳統(tǒng)的寬帶相控陣輻射體通常使用簡(jiǎn)單的但是非對(duì)稱的饋入結(jié)構(gòu)或類似的裝置。由于傳統(tǒng)的寬帶輻射體能夠支持比較大的一組較高階傳播模式,饋入?yún)^(qū)域所起的作用是作為這些高階傳播模式信號(hào)的發(fā)射器。饋入本質(zhì)上就是模式選擇器或?yàn)V波器。當(dāng)饋入在發(fā)射場(chǎng)的方向或物理對(duì)稱的饋入?yún)^(qū)域中加入了非對(duì)稱,較高階模式就會(huì)被激發(fā)。然后這些模式將傳播到孔徑。較高階模式將會(huì)引起輻射體性能的問題。由于較高階模式以不同的相位速度傳播,孔徑處的場(chǎng)是多次激發(fā)模式的重疊。結(jié)果就是在單位元的場(chǎng)中,等幅度以及相位的急速偏離?;灸J降目讖郊ぐl(fā)比較簡(jiǎn)單,通常是由TE01模式產(chǎn)生的,在E平面上為余弦分布而在H平面上為均勻場(chǎng)。從基本模式的明顯偏離是由激發(fā)的較高階模式引起的,并且較高階模式是形成輻射元件的共振和掃描盲區(qū)的原因。由非對(duì)稱式饋入寬帶輻射體中的較高階模式傳播所引起的另一個(gè)效應(yīng)就是交叉極化。尤其是在對(duì)角平面上,許多較高階模式都包括一個(gè)激發(fā)交叉極化場(chǎng)的非對(duì)稱。而交叉極化場(chǎng)是在天線的極化加重網(wǎng)絡(luò)中形成不平衡加重的原因,這將造成陣列的發(fā)射功率效率較低。通信、雷達(dá)以及電子戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)中的相控陣天線中需要使用的寬帶輻射元件,要求其具有的孔徑數(shù)量減少以適合多種應(yīng)用。在這些應(yīng)用中,要求最小帶寬為3∶1,但是最好是10∶1或更大的帶寬。輻射元件必須能夠發(fā)射和接收垂直和/或水平的線性極化、右旋和/或左旋的圓極化或者每一種的結(jié)合,這取決于應(yīng)用和所需要的輻射波束的數(shù)量。最好是輻射體的占地盡可能小并且能安裝到陣列的單位元內(nèi),以減小輻射體的外形、重量和成本。提供寬帶輻射體的現(xiàn)有技術(shù)是使用體積大的輻射體和饋入結(jié)構(gòu),而不具有同位置的(co-located)(一致的)輻射方向圖相位中心。傳統(tǒng)的輻射體還典型地在對(duì)角平面上具有比較差的交叉極化隔離特性。在一項(xiàng)解決這些問題的技術(shù)中,傳統(tǒng)的方形凹槽類型的輻射體,其外形大約是完整尺寸的凹槽輻射體的典型尺寸的一半(0.2λL對(duì)0.4λL,其中λL為低頻的波長(zhǎng)),該傳統(tǒng)輻射體已經(jīng)被調(diào)整為在一個(gè)單位元內(nèi)包括四個(gè)隔離的輻射體。該裝置允許每個(gè)單位元形成虛擬的同位置的相位中心,但是需要復(fù)雜的饋入結(jié)構(gòu)。典型的方形凹槽輻射體要求單位元內(nèi)的四個(gè)輻射體中的每一個(gè)輻射體都具有一個(gè)隔離的饋入/平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器,還需要另一組饋入網(wǎng)絡(luò)來結(jié)合用于每個(gè)極化的那對(duì)輻射體。以前,裝配式凹槽輻射體使用微帶或帶狀線電路,來向輻射元件的射頻信號(hào)輸入和輸出饋入一個(gè)槽線。不幸的是,這些傳統(tǒng)類型的饋入結(jié)構(gòu),允許多個(gè)信號(hào)傳播模式生成在每個(gè)單位元區(qū)域內(nèi),這會(huì)引起交叉極化隔離程度的減小,尤其是在對(duì)角平面上。因此,希望提供一種具有較高的極化純度和較低的失配損失的寬帶相控陣輻射體。還希望提供一種具有較低外形和較寬的帶寬的輻射元件。
      發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明,輻射元件包括一對(duì)襯底,每個(gè)襯底都具有過渡區(qū)和饋入表面,每個(gè)襯底彼此隔離。輻射元件還包括具有一對(duì)射頻(RF)饋線的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu),其中饋線與相應(yīng)對(duì)過渡區(qū)中的一個(gè)過渡區(qū)的饋入表面相鄰地設(shè)置,并且與之電磁耦合,而且該對(duì)射頻饋線在過渡區(qū)附近形成信號(hào)空點(diǎn)(signalnullpoint)。使用這種設(shè)置,寬帶相控陣輻射體能提供較高的極化純度和較低的失配損失。一排這樣的輻射元件能提供高極化純度和低損失的相控陣天線,該天線具有大于60°的圓錐掃描量和10∶1寬帶性能的帶寬,并具有重量輕且成本低的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)還包括具有多個(gè)側(cè)壁的外罩,這些側(cè)壁形成空腔。該對(duì)饋線中的每一個(gè)饋線被設(shè)置在一對(duì)相對(duì)的側(cè)壁上并且包括微帶傳輸線。使用這種設(shè)置,平衡對(duì)稱式輻射體饋入結(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較好的匹配寬帶輻射信號(hào),該信號(hào)對(duì)于雙重垂直的饋入輻射體,具有比較好的交叉極化隔離。平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)不但在物理上是對(duì)稱的,而且是通過對(duì)稱的橫向電波模式(TEM)場(chǎng)來饋入的。該饋入的重要特征是向外展開的凹槽形狀的過截止波導(dǎo)終端、對(duì)稱的雙極化TEM場(chǎng)饋入?yún)^(qū)域和生成對(duì)稱場(chǎng)的寬帶平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。在另一實(shí)施例中,一組四個(gè)的鰭片為每個(gè)單位元提供襯底,并且這些鰭片是關(guān)于中心饋入對(duì)稱的。該設(shè)置允許形成同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心,以使對(duì)于通過一個(gè)陣列孔徑所發(fā)射或接收的任何極化,其相位中心將不會(huì)變化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,輻射元件包括高度小于約0.25λL的襯底,其中λL指工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng)。使用這種設(shè)置,輻射元件的短電氣(electricalshort)交叉凹槽輻射鰭片(fins)與開放空腔上方的凸起的平衡對(duì)稱式饋入網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來提供寬帶工作和較低的外形。向交叉凹槽輻射鰭片饋入的平衡對(duì)稱式饋入網(wǎng)絡(luò)提供同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心,而同步的雙線性極化輸出提供接收或發(fā)射的多極化模式。短電氣交叉凹槽輻射鰭片提供主平面、主基間平面和對(duì)角平面上的低交叉極化,并且短鰭片將形成具有低外形的反應(yīng)性耦合天線。本發(fā)明的上述特征以及本發(fā)明本身,可以通過以下的附圖描述來更完全地理解,其中圖1是一排凹槽輻射體的等角視圖,輻射體由多個(gè)鰭狀元件提供;圖2是包括平衡對(duì)稱式饋入電路的圖1的輻射體陣列的可選實(shí)施例的一個(gè)單位元的一部分的橫截面視圖;圖3是包括凸起的平衡對(duì)稱式饋入電路的圖1的輻射體陣列的一個(gè)單位元的一部分的橫截面視圖;圖3A是圖3的分解橫截面視圖,顯示了一個(gè)單位元的一部分到凸起的平衡對(duì)稱式饋入電路的耦合;圖4是一個(gè)單位元的等角視圖;圖4A是圖4的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)的等角視圖;圖5是現(xiàn)有技術(shù)的輻射體陣列的頻率響應(yīng)曲線圖;圖5A是圖1的輻射體陣列的頻率響應(yīng)曲線圖;以及圖6是嵌入陣列中心的圖1的陣列所示類型的單個(gè)天線元件的場(chǎng)功率的輻射方向圖,而其他所有的輻射體都被停止。給出了各種平面(E、H以及對(duì)角(D))上的共極化和交叉極化的性能的方向圖。具體實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明的天線系統(tǒng)進(jìn)行描述之前,應(yīng)該注意的是,此處有時(shí)會(huì)參考具有特定的陣列形狀的陣列天線(例如平面陣列)。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員當(dāng)然應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,此處所描述的技術(shù)可適用于各種尺寸和形狀的陣列天線。因此應(yīng)該注意的是,盡管下文中所提供的描述以矩形陣列天線為背景對(duì)本發(fā)明的概念進(jìn)行了描述,但是本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,這些概念同樣可以應(yīng)用到其他尺寸和形狀的陣列天線上,包括,但不受限于,任意形狀的平面陣列天線和圓柱形的、圓錐形的、球形的以及任意形狀的共形陣列天線。此處有時(shí)還會(huì)參考包括具有特定尺寸和形狀的輻射元件的陣列天線。例如,有一種輻射元件是所謂的凹槽元件,其形狀為錐形,其尺寸能兼容工作在某特定頻率范圍(例如2-18GHz)上。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員當(dāng)然應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,也可以使用其他形狀的天線元件,而且可以選擇一個(gè)或更多個(gè)輻射元件的尺寸,以使其能工作在射頻范圍內(nèi)的任何頻率范圍上(例如從1GHz以下到約50GHz以上的范圍內(nèi)的任何頻率)。而且,此處有時(shí)會(huì)參考具有特定形狀和波束寬度的天線波束的生成。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員當(dāng)然應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,也可以使用具有其他形狀和寬度的天線波束,而且可以使用已知的技術(shù)來提供天線波束,比如通過將幅相調(diào)整電路包含進(jìn)天線饋入電路中的適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀,F(xiàn)在來參考圖1,根據(jù)本發(fā)明的示例性的寬帶天線10,包括腔體板12和一排凹槽天線元件,該凹槽天線元件總體上被表示為14。凹槽天線元件14中的每一個(gè)通過設(shè)置在腔體板12上的所謂的“單位元”來提供。換句話說,每個(gè)單位元構(gòu)成一個(gè)凹槽天線元件14。很清楚應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,只有天線10的一部分被顯示于圖1中,該部分對(duì)應(yīng)于一個(gè)2乘16的線性陣列的凹槽天線元件14(或單位元14)。取單位元14a作為每個(gè)單位元14的代表,單位元14a由四個(gè)鰭狀構(gòu)件16a、16b、18a、18b來提供,每一個(gè)構(gòu)件在圖1中都以陰影示出以便于觀看。鰭狀構(gòu)件16a、16b、18a、18b被設(shè)置于腔體板12中的空腔(圖1中未示出)的上方的饋入結(jié)構(gòu)19上,來構(gòu)成凹槽天線元件14a。饋入結(jié)構(gòu)19將在以下結(jié)合圖4和4A來描述。但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,可以使用多種不同類型的饋入結(jié)構(gòu),而且以下將結(jié)合圖2-4A來描述幾種可能的饋入結(jié)構(gòu)。如圖1所示,構(gòu)件16a、16b沿著第一軸20設(shè)置,而構(gòu)件18a、18b沿著與第一軸20相垂直的第二軸21設(shè)置。因此,構(gòu)件16a、16b基本上垂直于構(gòu)件18a、18b。通過將每個(gè)單位元中的構(gòu)件16a、16b設(shè)置成垂直于構(gòu)件18a、18b,每個(gè)單位元都能響應(yīng)于方向互相垂直的電場(chǎng)極化。也就是說,通過將一組構(gòu)件(例如構(gòu)件16a、16b)設(shè)置在一個(gè)極化方向上而將另一組構(gòu)件(例如構(gòu)件18a、18b)設(shè)置在垂直的極化方向上,就提供了可以響應(yīng)于具有任意極化的信號(hào)的天線。在該特定示例中,單位元14被設(shè)置成規(guī)則的圖形,此處對(duì)應(yīng)于矩形柵格圖形。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員當(dāng)然應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,單位元14并不需要全被設(shè)置成規(guī)則的圖形。在一些應(yīng)用中,希望或者必須將單位元14設(shè)置成這種方式,即每個(gè)單獨(dú)的單位元的相互垂直的元件16a、16b、18a、18b不被排列在每個(gè)單位元14之間。因此,盡管所示單位元14為矩形格子,但本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,天線10可以包括而不局限于方形或三角形格子的單位元14,并且每個(gè)單位元14都能夠相對(duì)于格子圖形旋轉(zhuǎn)不同的角度。在一個(gè)實(shí)施例,為了簡(jiǎn)化制造過程,鰭狀構(gòu)件16a和16b中的至少一些能夠被制造成如構(gòu)件22所示的“背靠背”鰭狀構(gòu)件。同樣,鰭狀構(gòu)件18a和18b也能夠被制造成如構(gòu)件23所示的鰭狀構(gòu)件。因此,從單位元14k和14k’中能夠看出,背靠背鰭狀構(gòu)件的每一半構(gòu)成了兩個(gè)不同凹槽元件的一部分。多個(gè)鰭片16a、16b(總稱為鰭片16)構(gòu)成了第一柵格圖形,而多個(gè)鰭片18a、18b(總稱為鰭片18)構(gòu)成了第二柵格圖形。如上所述,在圖1的實(shí)施例中,每個(gè)鰭片16的方向都基本上垂直于每個(gè)鰭片18的方向。每個(gè)輻射元件14的鰭片16a、16b和18a、18b形成一個(gè)錐形槽,當(dāng)射頻信號(hào)通過平衡對(duì)稱式饋入電路被饋入時(shí),射頻信號(hào)就從每個(gè)單位元14的錐形槽發(fā)射(下面將結(jié)合圖2-4A來詳細(xì)描述)。通過利用對(duì)稱的背靠背鰭狀構(gòu)件16、18和平衡式饋入結(jié)構(gòu),每個(gè)單位元14都是對(duì)稱的。每個(gè)極化的相位中心在每個(gè)單位元內(nèi)是同中心的。這使天線10成為對(duì)稱的天線。這與現(xiàn)有技術(shù)的凹槽天線形成對(duì)比,在現(xiàn)有技術(shù)的凹槽天線中,每個(gè)極化的相位中心都有輕微的移位。應(yīng)該注意的是,此處有時(shí)會(huì)參考天線10發(fā)射信號(hào)。但是,本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,天線10同樣適用于接收信號(hào)。由于使用傳統(tǒng)的天線,不同信號(hào)之間的相位關(guān)系被使用該天線的系統(tǒng)所保持。在一個(gè)實(shí)施例中,鰭片16、18通過導(dǎo)電性材料來提供。在一個(gè)實(shí)施例中,鰭片16、18通過固體金屬來提供。在一些實(shí)施例中,金屬可以被電鍍以提供多個(gè)電鍍的金屬鰭片。在可選的實(shí)施例中,鰭片16、18通過其上設(shè)置有導(dǎo)電性材料的絕緣材料來提供。因此,鰭片結(jié)構(gòu)16、18能通過其上設(shè)置有金屬化表面的塑料材料或電介質(zhì)材料來提供。在工作中,射頻信號(hào)通過平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)19被饋入每個(gè)單位元14。射頻信號(hào)從單位元14輻射并形成波束,波束的視軸垂直于腔體板12,其方向背離腔體板12。這對(duì)鰭片16、18可以被看作是構(gòu)成一個(gè)偶極的兩個(gè)半部分。因此,被饋入每個(gè)襯底的信號(hào)通常相位相異180°。從天線10發(fā)出的輻射信號(hào)呈現(xiàn)出高度的極化純度并具有更大的信號(hào)功率電平,該信號(hào)功率電平接近于天線增益的理論極限。在一個(gè)實(shí)施例,由鰭片16a、16b所構(gòu)成的錐形槽的每個(gè)過渡區(qū)的凹槽元件錐度,通過二維平面上的一系列的點(diǎn)來描述,如表1中表格形式所示。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="768">凹槽錐度值Z(英寸)X(英寸)0.1126.025.112.038.110.050.108.063.016.075.103.088.1007.100.098.112.094.125.0896.138.0845.150.079</table></tables>當(dāng)然應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,鰭狀元件16、18的尺寸和形狀(或者相反,由鰭狀元件16、18所構(gòu)成的槽的尺寸)能夠根據(jù)多個(gè)因素來選擇,這些因素包括,但不局限于期望的工作頻率范圍。但是通常,與比較長(zhǎng)的鰭狀構(gòu)件所提供的交叉極化隔離的程度相比較而言,比較短的帶有比較快的開放率(openingrate)的鰭狀構(gòu)件在相當(dāng)寬的掃描角度上提供比較高的交叉極化隔離程度。但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,如果鰭狀構(gòu)件太短,低頻的H-平面性能會(huì)退化。此外,比較長(zhǎng)的鰭狀元件(帶有任意開放率)可能會(huì)導(dǎo)致具有VSWR(電壓駐波比)波紋和比較差的交叉極化性能的天線特性。天線10還包括被設(shè)置在元件14上的匹配板30。應(yīng)該理解,圖1中匹配板30的一些部分已經(jīng)被去掉,以顯示元件14。實(shí)際上,匹配板30將被設(shè)置在所有的元件14上,并與天線10集成在一起。匹配板30具有第一和第二表面30a、30b,其中表面30b最好設(shè)置得靠近但不必接觸到鰭狀元件16、18。從結(jié)構(gòu)方面考慮,也許最好是使匹配板30與鰭狀構(gòu)件物理接觸。因此,第二表面30b與鰭狀構(gòu)件之間的精確距離可以被用作設(shè)計(jì)參數(shù),選擇該設(shè)計(jì)參數(shù)來提供期望的天線特性或是提供具有期望的結(jié)構(gòu)特性的天線。匹配板的厚度、相對(duì)介電常數(shù)和損失特性能被選擇,來提供具有期望的電氣特性的天線10。在一個(gè)實(shí)施例中,匹配板30通過一片可購(gòu)買到的PPFT(即Teflon聚四氟乙烯)來提供,其厚度大約為50mils(密耳)。盡管匹配板30在此處顯示為單層結(jié)構(gòu),在可選實(shí)施例中,期望通過多層結(jié)構(gòu)來提供匹配板30。由于結(jié)構(gòu)或電氣的原因,可能使用多層比較合適。例如,為了結(jié)構(gòu)支撐,可以添加比較堅(jiān)硬的層?;蛘?,具有不同相對(duì)介電常數(shù)的層可以被結(jié)合,以使所提供匹配板30具有特定的電氣阻抗特性。在一項(xiàng)應(yīng)用中,期望利用多層來提供匹配板30,做為集成的天線屏蔽器/匹配結(jié)構(gòu)30。因此應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,將鰭片制作得比較短可以改進(jìn)天線的交叉極化隔離特性。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,使用天線屏蔽器或廣角匹配(WAM)板(例如匹配板30)使得能夠使用甚至更短的鰭片,這將進(jìn)一步改進(jìn)交叉極化的隔離,因?yàn)樘炀€屏蔽器/匹配板使得鰭片看起來更長(zhǎng)?,F(xiàn)在參考圖2,輻射元件100是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的天線陣列的多個(gè)輻射元件100中的一個(gè),其與圖1中由鰭狀構(gòu)件16a、16b所構(gòu)成的輻射元件相似。與單位元14相似(圖1),構(gòu)成單位元的一半的輻射元件100包括一對(duì)襯底104c和104d(總稱為襯底104),該襯底由隔離的鰭片102b和102c分別提供。應(yīng)該注意的是,104c、104d對(duì)應(yīng)于圖1的鰭狀構(gòu)件16a、16b(或18a、18b),而鰭片102a、102b對(duì)應(yīng)于上面結(jié)合圖1所討論的背靠背鰭狀元件。鰭片102b和102c被置于腔體板12上(圖1)。鰭片102b還包括襯底104b,該襯底104b與鰭片102a的襯底104a一起構(gòu)成另一輻射元件。每個(gè)襯底104c和104d具有一個(gè)平面饋入結(jié)構(gòu),該平面饋入結(jié)構(gòu)包括饋入表面分別為106c和106d,以及過渡區(qū)分別為105c和105d(總稱為過渡區(qū)105)。輻射元件100還包括電磁耦合于過渡區(qū)105的平衡對(duì)稱式饋入電路108(也被稱作平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108)。平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108包括具有空腔116的電介質(zhì)110,該電介質(zhì)具有內(nèi)表面118a和外表面118b。金屬化層114c被置于內(nèi)表面118a上,而金屬化層120c被置于外表面118b上。以同樣的方式,金屬化層114d被置于內(nèi)表面118a上,而金屬化層120d被置于外表面118b上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,金屬化層114c(也被稱作饋線或射頻饋線114c)和金屬化層120c(也被稱作接地層120c)相互作用而作為微帶電路140a,其中,接地層120c為微帶電路140a提供接地電路,而饋線114c為微帶電路140a提供信號(hào)電路。此外,金屬化層114d(也被稱作饋線或射頻饋線114d)和金屬化層120d(也被稱作接地層120d)相互作用而作為微帶電路140b,其中,接地層120d為微帶電路140b提供接地電路,而饋線114d為微帶電路140b提供信號(hào)電路。平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108還包括平衡-不平衡(平衡不平衡轉(zhuǎn)換器)饋入結(jié)構(gòu)136,該饋入結(jié)構(gòu)136帶有射頻信號(hào)線138以及第一射頻信號(hào)輸出線132和第二射頻信號(hào)輸出線134。第一射頻信號(hào)輸出線132被連接在饋線114c上,而第二射頻信號(hào)輸出線134被連接在饋線114d上。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,與單位元14相似的該單位元需要兩個(gè)180°的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136,一個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器用來為每個(gè)極化方向的輻射元件饋入。為了清晰起見,僅僅示出一個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136是輻射元件100能正確工作所需要的,并在輸出端提供具有相當(dāng)好的隔離的同步雙極化信號(hào)。取決于功率容量和任務(wù)要求,平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136被提供來作為平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108的一部分或者作為單獨(dú)的器件。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136的第一射頻信號(hào)輸出被連接在饋線114c上,而平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136的第二射頻信號(hào)輸出被連接在饋線114d上,而且信號(hào)分別沿著微帶電路140a和140b傳播,并且在信號(hào)空點(diǎn)154處相遇,相遇時(shí)相位相差180度,下文中將進(jìn)一步描述。應(yīng)該注意的是,襯底104c包括饋入表面106c,而襯底104d包括饋入表面106d,其中饋入表面106c和饋入表面106d分別被沿著金屬化層120c和120d設(shè)置。輻射元件100為發(fā)射或接收的每個(gè)極化信號(hào)提供同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心。輻射元件100提供主平面和對(duì)角平面上的交叉極化隔離程度,使得允許掃描波束向外達(dá)到60°。在工作中,射頻信號(hào)從平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136被差分地饋入信號(hào)輸出線132和信號(hào)輸出線134上,此處相位差為180度。射頻信號(hào)被分別連接在微帶電路140a和140b上,并沿著微帶電路傳播,在信號(hào)空點(diǎn)154處相遇,相遇時(shí)相位差為180度,這時(shí)信號(hào)被破壞,在饋入點(diǎn)上結(jié)合成零。沿著微帶電路140a和140b傳播的射頻信號(hào)被連接到槽141上并從過渡區(qū)105c和105d輻射或“被發(fā)射”。這些信號(hào)形成波束,波束的視軸以背離空腔116的方向而垂直于腔體板12。如本領(lǐng)域所知,射頻信號(hào)線138通過使用循環(huán)器(未示出)或發(fā)射/接收切換(未示出)來連接在接收和發(fā)射電路上。場(chǎng)力線142、144、146顯示了輻射元件100的電場(chǎng)圖形。在金屬化層120c周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線150從金屬化層120c延伸到饋線114c。在金屬化層120d周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線152從饋線114d延伸到金屬化層120d。在饋入表面106c周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線148從金屬化層120c延伸到饋線114c。在饋入表面106d周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線149從饋線114d延伸到金屬化層120d。在場(chǎng)點(diǎn)154(也被稱作信號(hào)空點(diǎn)154)處,來自饋線114c和114d的電場(chǎng)線148和149彼此充分抵消而形成了信號(hào)空點(diǎn)154。饋線114c和114d以及過渡區(qū)105c和105d的設(shè)置減少了不對(duì)稱模式的激發(fā),其中不對(duì)稱模式的激發(fā)會(huì)增加損失失配和交叉極化。此處,如電場(chǎng)線142所示的發(fā)射TEM模式是通過中間的具有如電場(chǎng)線146所示的Floquet(弗羅凱)模式的電場(chǎng)線144被轉(zhuǎn)換的。接收到的起初具有Floquet模式的信號(hào)將降到平衡TEM模式。該對(duì)襯底104c和104d以及相應(yīng)的過渡區(qū)105c和105d可以被看作是構(gòu)成一個(gè)偶極的兩個(gè)半部分。因此,饋線114c和114d上的信號(hào)通常將在相位上相差180°。同樣,垂直的過渡區(qū)(未示出)的每個(gè)饋線上的信號(hào)在相位上將相差180°,其中垂直的過渡區(qū)形成了與單位元14(圖1)相似的單位元。在傳統(tǒng)的偶極陣列中,過渡區(qū)105c和105d上的信號(hào)的相對(duì)相位將確定輻射元件100所發(fā)射的信號(hào)的極化。在可選實(shí)施例中,分別沿著饋入表面106c和106d的金屬化層120c和120d可以被省略,金屬化層120c與饋入表面106c在他們相交處連接,金屬化層120d與表面106d在他們相交處連接。在該可選實(shí)施例中,饋入表面106c和106d分別為微帶電路140a和140b提供接地層,分別沿著襯底104c和104d的底部。在另一可選實(shí)施例中,放大器(未示出)被分別連接在平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136的信號(hào)輸出線132和134與傳輸饋線114c和114d之間。在此可選實(shí)施例中,與平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136相關(guān)的大部分損失在這些放大器之后。現(xiàn)在參考圖3和3A,其中圖2、3和3A中的相同元件提供以相同的參考標(biāo)號(hào),輻射元件100’(也被稱作短電氣交叉凹槽輻射元件100’)包括一對(duì)襯底104c’和104d’(總稱為襯底104’)。應(yīng)該注意的是,襯底104c’和104d’對(duì)應(yīng)于圖1中的鰭狀構(gòu)件16a、16b(或18a、18b)。每個(gè)襯底104c’和104d’都具有錐形的饋入結(jié)構(gòu),該饋入結(jié)構(gòu)分別包括饋入表面106c’和106d’以及過渡區(qū)105c’和105d’(總稱為過渡區(qū)105’)。過渡區(qū)105’和饋入表面106’與圖2中相對(duì)應(yīng)的過渡區(qū)105和饋入表面106的不同在于過渡區(qū)105’和饋入表面106’包括形成拱形的凹槽端107。饋入表面106c’和106d’被連接在同樣形狀的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108’(也被稱作凸起的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu))上。過渡區(qū)105’已經(jīng)改進(jìn)了向空間的阻抗轉(zhuǎn)移。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,過渡區(qū)105’可以具有任意的形狀,例如,由凹槽端107所形成的拱形可以制成不同的形狀,來影響轉(zhuǎn)移阻抗以提供更好的阻抗匹配。過渡區(qū)105’的錐度可以使用已知的方法來調(diào)整,以匹配50歐姆饋入自由空間的阻抗。更具體來說,平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108’包括帶有空腔116的電介質(zhì)110,電介質(zhì)具有內(nèi)表面118a和外表面118b。金屬化層114c被置于內(nèi)表面118a上,而金屬化層120c被置于外表面118b上。以同樣的方式,金屬化層114d被置于內(nèi)表面118a上,而金屬化層120d被置于外表面118b上。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,射頻饋線114c與金屬化層120c(也被稱作接地層120c)相互作用而作為微帶電路140a,其中,接地層120c為微帶電路140a提供接地電路,而饋線114c為微帶電路140a提供信號(hào)電路。此外,射頻饋線114d與金屬化層120d(也被稱作接地層120d)相互作用而作為微帶電路140b,其中,接地層120d為微帶電路140b提供接地電路,而饋線114d為微帶電路140b提供信號(hào)電路。平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108’還包括與圖2中的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136相似的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136的第一信號(hào)輸出被連接在饋線114c上,而平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136的第二射頻信號(hào)輸出被連接在饋線114d上,其中,信號(hào)分別沿著微帶電路140a和140b傳播,并且在信號(hào)空點(diǎn)154’處相遇,相遇時(shí)相位相差180度。此外,應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,襯底104c包括饋入表面106c,而襯底104d包括饋入表面106d,饋入表面106c和饋入表面106d分別沿著金屬化層120c和120d設(shè)置。輻射元件100’為發(fā)射或接收的每個(gè)極化信號(hào)提供同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心。輻射元件100’提供主平面和對(duì)角平面上的交叉極化隔離程度,使得允許掃描波束接近60°。在工作中,射頻信號(hào)從平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器136被差分地饋入信號(hào)輸出線132和信號(hào)輸出線134上,此處相位差為180度。信號(hào)被分別連接在微帶電路140a和140b上,并沿著微帶電路傳播,在信號(hào)空點(diǎn)154’處相遇,相遇時(shí)相位差為180度,這時(shí)信號(hào)被破壞,在饋入點(diǎn)上結(jié)合成零。沿著微帶電路140a和140b傳播的射頻信號(hào)被耦合到槽141上并從過渡區(qū)105c’和105d’輻射或“被發(fā)射”。這些信號(hào)形成波束,其視軸以背離空腔116的方向而垂直于腔體板12。如本領(lǐng)域所知,射頻信號(hào)線138通過使用循環(huán)器(未示出)或發(fā)射/接收切換(未示出)來連接在接收和發(fā)射電路上。場(chǎng)力線142、144、146顯示了輻射元件100’的電場(chǎng)圖形。在金屬化層120c周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線150從金屬化層120c延伸到饋線114c。在金屬化層120d周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線152從饋線114d延伸到金屬化層120d。在饋入表面106c’周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線148從金屬化層120c延伸到饋線114c。在饋入表面106d’周圍的區(qū)域中,電場(chǎng)線149從饋線114d延伸到金屬化層120d。在信號(hào)空點(diǎn)154’處,來自射頻饋線114c和114d的射頻場(chǎng)力線彼此充分抵消而形成了信號(hào)空點(diǎn)154’。射頻饋線114c和114d以及過渡區(qū)105c’和105d’的設(shè)置減少了不對(duì)稱模式的激發(fā),其中不對(duì)稱模式的激發(fā)會(huì)增加損失失配和交叉極化。此處,如電場(chǎng)線142所示的發(fā)射TEM模式是通過中間的具有如場(chǎng)力線146所示的Floquet模式的電場(chǎng)線144被轉(zhuǎn)換的。接收到的起初具有Floquet模式的信號(hào)將降到平衡TEM模式。在一個(gè)實(shí)施例中,輻射元件100’包括鰭片102b’和102c’(總稱為鰭片102’),鰭片的高度小于0.25λL,其中λL指工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng)。盡管理論上,這么短的輻射元件將會(huì)阻礙輻射或降低性能,但實(shí)際上發(fā)現(xiàn)比較短的元件能提供更好的性能。鰭片102b’和102c’被提供為一種形狀,該形狀匹配于平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108’電路到自由空間的阻抗。形狀可以通過本領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)或數(shù)學(xué)技術(shù)來確定。短電氣交叉凹槽輻射元件100’包括兩對(duì)金屬鰭片102b’和102c’的部分,其中金屬鰭片被設(shè)置于由平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)108’提供的開放空腔116的上方。金屬鰭片102’的每一對(duì)被設(shè)置為垂直于另一對(duì)金屬鰭片(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中,空腔116的壁厚為0.030英寸。這樣的壁厚能為陣列結(jié)構(gòu)提供足夠的強(qiáng)度,并且該壁厚與孔徑中使用的輻射體鰭片102’具有相同的寬度。不帶有天線屏蔽器(未示出)并且工作在頻率7-12GHz上的輻射體鰭片102’的長(zhǎng)度是0.250英寸,該長(zhǎng)度是從交叉的鰭片102’的頸部(throat)上的饋入點(diǎn)到鰭片的頂部測(cè)量的。帶有天線屏蔽器/匹配結(jié)構(gòu)(例如圖1中的匹配板30)的長(zhǎng)度也許更短。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,天線屏蔽器的阻抗特性會(huì)影響信號(hào)向自由空間的轉(zhuǎn)移,并且能使得鰭片102’更短。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,空腔116的壁的尺寸和鰭片102’的尺寸能夠被調(diào)整以適應(yīng)不同的工作頻率范圍。短電氣交叉凹槽輻射元件100’的工作原理是基于Marchand連接點(diǎn)原理(MarchandJunctionPrinciple)。初始的Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為到平衡傳輸線轉(zhuǎn)換器的同軸電纜。Marchand平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器將信號(hào)從同軸線一端上的不平衡TEM模式轉(zhuǎn)換成另一端上的平衡模式。該轉(zhuǎn)換發(fā)生在一個(gè)虛擬連接點(diǎn)上,在該接點(diǎn)上處于一種模式(TEM)的場(chǎng)降低并變成零,然后在另一端被重組為平衡模式,由于能量守恒而只有非常少的損失。當(dāng)傳輸線上的射頻場(chǎng)被分裂成兩個(gè)信號(hào)時(shí),模式場(chǎng)的取消將會(huì)發(fā)生,其中兩個(gè)信號(hào)的相位彼此相差180度,然后將在虛擬連接點(diǎn)上結(jié)合在一起。這是通過在與兩個(gè)相反的邊界條件等距的連接點(diǎn)將信號(hào)分裂來完成的,其中相反的邊界條件比如開路和短路。對(duì)于短電氣交叉凹槽輻射元件100’,一個(gè)極化的輸入是由饋入表面106’和凹槽端107(工作在TEM模式下)提供的一對(duì)微帶線,其將0度信號(hào)饋入一側(cè),而將180度的異相信號(hào)饋入另一側(cè)。這些信號(hào)在虛擬連接點(diǎn)信號(hào)空點(diǎn)154’(也被稱作短電氣交叉凹槽輻射元件100’的頸部)處集合。在信號(hào)空點(diǎn)154’處,場(chǎng)降低并變成零,然后在短電氣交叉凹槽輻射元件100’的平衡槽線的另一端被重組,然后向外傳播到自由空間。短電氣交叉凹槽輻射元件100’的兩個(gè)相反的邊界條件是在元件100’下方的短接的空腔和在每對(duì)輻射體鰭片102b’和102c’的尖端上(設(shè)置為靠近電場(chǎng)線146)所形成的開路。虛擬連接點(diǎn)的工作對(duì)于發(fā)射和接收是相反的。在一個(gè)實(shí)施例中,短的輻射鰭片和空腔被制成一個(gè)單個(gè)的單元,以在縫隙處提供緊公差,在縫隙處四個(gè)交叉的鰭片102’相接。平衡對(duì)稱式饋入電路108’也能被制成適合鰭片102’下方的空腔的面積,以進(jìn)一步簡(jiǎn)化安裝。對(duì)于接收應(yīng)用,平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器電路136被包括在平衡對(duì)稱式饋入電路108’中,以進(jìn)一步來減小陣列的外形。與傳統(tǒng)的寬帶凹槽輻射體相比,短的交叉凹槽輻射元件100’表現(xiàn)出明顯的提高,在使用了印制電路板技術(shù)的比較小的外形以及比較短的輻射元件100’上提供了較寬的帶寬。輻射元件100’使用了對(duì)于特定的應(yīng)用有益的同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心,以及物理上比較短的外形。包括較復(fù)雜的方凹槽輻射體在內(nèi)的其他的寬帶凹槽輻射體,不具有短電氣交叉凹槽輻射元件100’的廣角的對(duì)角面上的交叉極化隔離特性。平衡對(duì)稱式饋入電路108’與短鰭片102’的結(jié)合將提供一種反應(yīng)性耦合凹槽天線。反應(yīng)性耦合凹槽使得能使用更短的鰭片長(zhǎng)度,因而改進(jìn)了交叉極化隔離。鰭片102’的長(zhǎng)度將直接影響所能達(dá)到的寬帶性能和交叉極化隔離程度。在另一實(shí)施例中,鰭片102’比約0.25λL短得多(之前在14頁第19行所討論的為小于…估計(jì)這里應(yīng)該是短得多),其中λL指工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng),而寬帶雙極化短電氣交叉凹槽天線的輻射元件100’發(fā)射和接收具有選擇性極化的信號(hào),并具有同位置的(一致的)輻射方向圖相位中心,因而在主平面與對(duì)角平面上具有良好的交叉極化隔離和軸比。當(dāng)輻射元件100’與有創(chuàng)造性的平衡對(duì)稱式饋入裝置相結(jié)合時(shí),輻射元件100’將提供較低的外形和較寬的帶寬。在此實(shí)施例中,短鰭片102’也將提供反應(yīng)性耦合凹槽天線。現(xiàn)有技術(shù)中的鰭片長(zhǎng)度被確定為造成對(duì)角平面上的較差的交叉極化隔離性能的主要來源??梢源_定,對(duì)角平面上的同極化和對(duì)角平面上的交叉極化程度都將隨著鰭片的電氣長(zhǎng)度而變化。陣列環(huán)境中使用的短電氣交叉凹槽輻射體鰭片的另一優(yōu)點(diǎn)是對(duì)角平面上所獲得的較高的交叉極化隔離程度,與現(xiàn)有的凹槽輻射體設(shè)計(jì)相比較,它能向外進(jìn)行超過±50度的掃描,而現(xiàn)有的凹槽輻射體只能向外掃描±20度。現(xiàn)在參考圖4,單位元202包括多個(gè)鰭狀元件204a、204b,這些鰭狀元件被設(shè)置于平衡對(duì)稱的錐形饋入電路220的上方。每對(duì)輻射元件204a和204b集中在平衡對(duì)稱式饋入電路220的上方,平衡對(duì)稱式饋入電路220設(shè)置在腔體板12(圖1)中所形成的孔徑中(圖4中未示出)。該對(duì)輻射元件中的第一個(gè)204a基本垂直于該對(duì)輻射元件中的第二個(gè)204b。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,不需要射頻連接器來將信號(hào)耦合到平衡對(duì)稱式饋入電路220上。單位元202被設(shè)置在平衡對(duì)稱式饋入電路220的上方,平衡對(duì)稱式饋入電路220提供一個(gè)單個(gè)的開放空腔。空腔壁的內(nèi)壁被標(biāo)為228。參考圖4A,單位元202的典型的平衡對(duì)稱式饋入電路220包括外罩226,外罩226具有中心饋入點(diǎn)234、對(duì)應(yīng)于該單位元的一個(gè)極化的饋入部分232a與232b以及對(duì)應(yīng)于該單位元的垂直極化的饋入部分236a與236b。外罩226還包括四個(gè)側(cè)壁228。饋入部分232a和232b以及236a和236b中的每一個(gè)都具有內(nèi)表面而且包括微帶饋線(也被稱作射頻饋線)240和238,微帶饋線240和238被設(shè)置于各內(nèi)表面。每個(gè)微帶饋線240和238還進(jìn)一步被設(shè)置于各側(cè)壁228的內(nèi)表面。微帶饋線238和240在相應(yīng)的鰭狀襯底204a、204b的下面相交,并在中心饋入點(diǎn)234處相連接。單位元的中心饋入點(diǎn)234凸起于外罩226的側(cè)壁228的上部的上方。外罩226、側(cè)壁228以及腔體板12提供了空腔242。微帶饋線240和238在中心饋入點(diǎn)234處相交,并且沿著空腔242的每個(gè)壁存在于其底部。如所示的微帶饋入結(jié)構(gòu)244b,將射頻信號(hào)耦合到腔體板12中的孔徑222,其中微帶饋入結(jié)構(gòu)244b形成于側(cè)壁228上的金屬化層被去除的地方。在單位元202中,在中心饋入點(diǎn)234處形成一個(gè)連接點(diǎn),并且根據(jù)Kirchoff的節(jié)點(diǎn)原理,中心饋入點(diǎn)234的電壓將為零。在一個(gè)特定的實(shí)施例中,平衡對(duì)稱式饋入電路220是符合鰭片204a和204b的襯底的饋入表面的模制的部件。在此特定實(shí)施例中,微帶饋線240和238通過蝕刻該部件的內(nèi)表面而形成。在此特定實(shí)施例中,外罩226以及饋入部分232和236是模制的電介質(zhì)。在此實(shí)施例中,輻射體的高度是0.250英寸,平衡對(duì)稱式饋入電路220為正方形,其每條邊測(cè)量為0.285英寸并且其具有的高度為0.15英寸。相應(yīng)的柵格間距為0.285英寸以便工作在頻率7-21GHz上。在中心饋入點(diǎn)234處,一塊0.074英寸的正方形的接地層材料被去掉,以允許微帶饋線240和238上的射頻場(chǎng)可以向上傳播到輻射元件204并輻射到孔徑外。為了能完全地輻射,每個(gè)極化的微帶饋線240和238以相位相差180度的方式被饋入,因此當(dāng)兩個(gè)相反的信號(hào)在中心饋入點(diǎn)234處相遇時(shí),微帶饋線240和238上的信號(hào)將互相抵消,但是微帶饋線240和238上的能量被傳遞到輻射元件204a和204b上以向外輻射。對(duì)于接收信號(hào),這種相反發(fā)生于信號(hào)向下被引導(dǎo)到輻射元件204a和204b上時(shí),然后被分到微帶饋線240和238上,然后被分裂成相位相差180度的兩個(gè)信號(hào)。在另一實(shí)施例中,平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器(未示出)被合并到平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)220中。現(xiàn)在參考圖5,曲線272代表現(xiàn)有技術(shù)中的中心輻射元件在零度正向角(boresightangle)時(shí)相對(duì)于頻率的掃描增益。曲線270代表輻射元件理論上的最大增益,而曲線274代表比增益曲線270低6db或低更多的曲線。現(xiàn)有技術(shù)中的輻射體中所呈現(xiàn)的共振將導(dǎo)致天線增益的減少,如曲線272所顯示?,F(xiàn)在參考圖5A,曲線282代表圖3中的集中饋入的短電氣交叉凹槽輻射元件100’在正向角為零度時(shí)所測(cè)量到的相對(duì)于頻率的掃描增益。曲線280代表輻射元件理論上的最大增益,而曲線284代表比增益曲線280低大約1-3db的曲線。曲線在點(diǎn)286處具有測(cè)量的典型結(jié)果(artifact),并且由于光柵波瓣而在點(diǎn)288處具有峰值。比較曲線272與282,能夠看出,短電氣交叉凹槽輻射元件100’與現(xiàn)有技術(shù)的輻射元件之間的增益相比較,存在大概6dB(能量上為4倍)的差別。因此,大概需要4倍的現(xiàn)有技術(shù)的輻射元件(或相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)的輻射元件陣列的孔徑尺寸的四倍)才能提供圖3中的短電氣交叉凹槽輻射元件100’所能提供的在9∶1的帶寬范圍上的性能。由于短電氣交叉凹槽輻射元件100’的性能,元件100’能夠作為全通設(shè)備來工作。當(dāng)通過接近于理想性能的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器來饋入時(shí),短電氣交叉凹槽輻射元件100’可以看成4-端口設(shè)備,一個(gè)極化由端口1和2來產(chǎn)生,以相同的幅度和180度的相位差饋入。端口3和4將類似地產(chǎn)生垂直極化。從2至18GHz,在所述的頻率范圍上以及60°的圓錐掃描量上的失配損失大概為0.5dB或更少。大部分的H-平面掃描量上的阻抗匹配仍保持控制得很好。現(xiàn)在參考圖6,一組曲線292-310顯示了短電氣交叉凹槽輻射元件100’(見圖3)的極化純度。這些曲線由圖1中的陣列所示類型的一個(gè)單獨(dú)的天線元件所產(chǎn)生,該天線元件被嵌入陣列中心,并且其他所有的輻射元件都被停止。嵌入的元件的方向圖是包括互耦效應(yīng)的陣列環(huán)境中的元件的方向圖。測(cè)量互耦陣列(MCA)上所取得的嵌入的元件的方向圖。所顯示的數(shù)據(jù)取自中心帶附近的該陣列的中心元件。各種平面(E、H和對(duì)角(D))上的共極化和交叉極化性能的方向圖被給出。從曲線292-310可以看出,所提供的天線在60°的圓錐掃描量上具有超過10dB的交叉極化隔離。曲線292和310分別顯示了中心元件在電場(chǎng)平面(E)上的共極化和交叉極化的方向圖。曲線294和300分別顯示了中心元件在磁場(chǎng)平面(H)上的共極化和交叉極化的方向圖。曲線290和296分別顯示了中心元件在對(duì)角平面上的共極化和交叉極化的方向圖。曲線292、310、294、300、290和296分別顯示了短電氣交叉凹槽輻射元件100’表現(xiàn)出良好的交叉極化隔離性能。在可選實(shí)施例中,兩個(gè)副構(gòu)件(圖1和3中的鰭片102和102’以及平衡對(duì)稱式饋入電路108和108’)的部件分別提供為單片電路的構(gòu)件,以保證鰭片彼此間精確的設(shè)置以及在饋入點(diǎn)的相等的間距。通過保持最小公差和單元到單元的均勻,能夠獲得掃描角度和頻率上一致的性能。在另一實(shí)施例中,輻射元件100和100’的鰭片構(gòu)件可以是機(jī)械加工的、澆鑄的或注模的,以形成單個(gè)的部件。例如,一種金屬基復(fù)合物,比如ALSiC(鋁碳化硅),能夠提供非常輕的重量和高強(qiáng)度的元件,并帶有較低的熱膨脹系數(shù)和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。在另一實(shí)施例中,通過設(shè)置在陣列中的輻射元件的上方的天線屏蔽器(未示出),輻射元件100和100’從周圍的環(huán)境中被保護(hù)。天線屏蔽器可以是天線的一個(gè)完整部分,并且可以被用作寬帶阻抗匹配處理的一部分,做為單個(gè)的廣角阻抗匹配板,或者,如本領(lǐng)域所知,也可以使用層狀結(jié)構(gòu)類型的天線屏蔽器。這里所引用的所有公開和參考被清楚地結(jié)合在此以整體來作為參考。已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述,現(xiàn)在本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員顯然清楚,結(jié)合了優(yōu)選實(shí)施例的概念的其他實(shí)施例也可以被使用。因此應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,這些實(shí)施例并不局限于所公開的實(shí)施例,而僅僅應(yīng)受限于所附權(quán)利要求的精神和范圍。權(quán)利要求1.一種輻射元件,包括一對(duì)彼此隔離的鰭狀襯底,每個(gè)襯底都具有過渡區(qū)和饋入表面;具有一對(duì)射頻(RF)饋線的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu),所述饋線與所述饋入表面的相應(yīng)的一個(gè)饋入表面相鄰地設(shè)置,并與之電磁耦合;以及其中,該對(duì)射頻饋線在所述過渡區(qū)的附近形成信號(hào)空點(diǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中所述平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)還包括外罩,該外罩具有形成空腔的多個(gè)側(cè)壁;以及該對(duì)饋線的每一個(gè)被設(shè)置在所述側(cè)壁的相應(yīng)的一個(gè)側(cè)壁上,并且包括微帶傳輸線。3.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,該對(duì)鰭狀襯底被設(shè)置以形成錐形槽。4.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,所述平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)為凸起的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,該對(duì)射頻饋線中的第一個(gè)用于接收射頻信號(hào),并且該對(duì)射頻饋線中的另一個(gè)用于接收相移了大約180度的射頻信號(hào)。6.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,該對(duì)襯底由導(dǎo)電材料提供。7.如權(quán)利要求6所述的輻射元件,其中,該對(duì)襯底包括鍍銅金屬。8.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,該對(duì)襯底包括金屬化的襯底。9.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,所述襯底中的每一個(gè)的高度小于約0.25λL,其中λL指工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng)。10.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,還包括彼此隔離的第二對(duì)襯底,每個(gè)襯底都具有過渡區(qū)并具有第二饋入表面,該過渡區(qū)形成第二錐形槽,該第二對(duì)襯底形成的平面基本上垂直于由所述第一對(duì)襯底所形成的平面;其中,所述平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)包括第二對(duì)射頻饋線,每一個(gè)所述第二對(duì)射頻饋線與所述第二對(duì)過渡區(qū)中的一個(gè)過渡區(qū)的饋入表面相鄰地設(shè)置,并與之電磁耦合;以及其中,在所述信號(hào)空點(diǎn)附近,所述第二對(duì)射頻饋線電磁耦合于所述第二饋入表面。11.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,所述饋入表面的每一個(gè)都具有第一平面中的第一部分和第二平面中的第二部分,其中所述第一平面與所述第二平面形成從大約91度到大約180度的角度。12.如權(quán)利要求1所述的輻射元件,其中,所述平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu)還包括具有多個(gè)側(cè)面和一個(gè)頂面的空腔,其與該對(duì)射頻饋線相鄰地設(shè)置;以及一對(duì)傳輸饋線,每個(gè)傳輸饋線與所述空腔的相對(duì)的相應(yīng)側(cè)面相鄰地設(shè)置,并且具有第一饋入端,該第一饋入端電磁耦合于該對(duì)射頻饋線中相應(yīng)的一個(gè)饋線。13.如權(quán)利要求12所述的輻射元件,其中,該對(duì)傳輸饋線的每一個(gè)饋線還包括第二饋入端;以及所述輻射元件還包括具有一對(duì)輸出的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器,每個(gè)所述輸出都耦合到該對(duì)傳輸饋線的第二饋入端的相應(yīng)的一個(gè)饋入端上。14.如權(quán)利要求13所述的輻射元件,還包括一對(duì)放大器,每個(gè)放大器都連接在相應(yīng)的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器輸出與該對(duì)傳輸饋線中的一個(gè)傳輸饋線的第二饋入端之間。15.一種寬帶天線,包括腔體板,其具有第一表面和第二相對(duì)表面;第一多個(gè)鰭片,其彼此隔離地設(shè)置在所述腔體板的第一表面上,以形成具有饋入表面的第一多個(gè)錐形槽;第二多個(gè)鰭片,其彼此隔離地設(shè)置在所述腔體板的第一表面上,以形成第二多個(gè)錐形槽,該第二多個(gè)錐形槽的每一個(gè)都基本上垂直于所述第一多個(gè)錐形槽中的相應(yīng)的一個(gè)錐形槽,并且具有饋入表面;以及設(shè)置在所述第一表面上的多個(gè)平衡對(duì)稱式饋入電路,每個(gè)所述平衡對(duì)稱式饋入電路都具有一對(duì)射頻(RF)饋線,所述饋線電磁耦合到所述饋入表面的相應(yīng)的饋入表面上。16.如權(quán)利要求15所述的寬帶天線,其中,所述腔體板還包括多個(gè)孔徑;以及其中,所述多個(gè)平衡對(duì)稱式饋入電路的每一個(gè)都被設(shè)置在所述多個(gè)孔徑中相應(yīng)的一個(gè)孔徑中。17.如權(quán)利要求17所述的寬帶天線,還包括連接器板,該連接器板與所述腔體板的第二表面相鄰地設(shè)置,并且具有多個(gè)連接;并且其中,所述多個(gè)平衡對(duì)稱式饋入電路的每一個(gè)都具有多個(gè)饋入連接,每個(gè)所述饋入連接被耦合到所述多個(gè)連接器板連接的相應(yīng)的一個(gè)連接上。18.如權(quán)利要求15所述的天線,其中,所述鰭片的每一個(gè)的高度小于約0.25λL,其中λL指工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng)。19.如權(quán)利要求15所述的天線,其中,所述多個(gè)平衡對(duì)稱式饋入電路中的每一個(gè)都是凸起的饋入電路,該凸起的饋入電路的形狀與所述多個(gè)鰭片中相應(yīng)的一個(gè)鰭片的饋入表面相符。20.如權(quán)利要求15所述的天線,還包括多個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器,每個(gè)所述平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器都被耦合到相應(yīng)的射頻饋線上。21.如權(quán)利要求20所述的天線,還包括多個(gè)射頻連接器,每個(gè)所述射頻連接器都被耦合到所述多個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器中相應(yīng)的一個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器上。22.一種用于在凹槽輻射元件中將波形的傳播模式從TEM模式轉(zhuǎn)換到Floquet模式的方法,該方法包括提供一對(duì)元件;提供具有一對(duì)射頻饋線的平衡對(duì)稱式饋入電路;將該對(duì)射頻饋線耦合到所述元件上;向所述元件饋入差分射頻信號(hào),該差分射頻信號(hào)被耦合到該對(duì)射頻饋線中的每個(gè)饋線上。23.如權(quán)利要求22所述的方法,其中,該對(duì)元件中的每一個(gè)都包括一對(duì)襯底,每個(gè)襯底都具有過渡區(qū)和饋入表面,并且其中所述過渡區(qū)形成錐形凹槽。24.如權(quán)利要求23所述的方法,其中,每個(gè)所述襯底的高度都小于約0.25λL,其中λL對(duì)應(yīng)于工作波長(zhǎng)范圍的低端的波長(zhǎng)。全文摘要一種輻射元件,包括一對(duì)襯底,每個(gè)襯底都具有過渡區(qū)和饋入表面。每個(gè)襯底彼此隔離。輻射元件還包括具有一對(duì)射頻(RF)饋線的平衡對(duì)稱式饋入結(jié)構(gòu),其中所述饋線與該對(duì)過渡區(qū)中相應(yīng)的一個(gè)過渡區(qū)的饋入表面相鄰地設(shè)置,并與之電磁耦合,而且該對(duì)射頻饋線在過渡區(qū)附近形成信號(hào)空點(diǎn)。文檔編號(hào)H01Q21/06GK1823446SQ200480019899公開日2006年8月23日申請(qǐng)日期2004年5月25日優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日發(fā)明者基思·D·特羅特,約瑟夫·P·比昂迪,龍尼·J·凱夫尼,羅伯特·V·卡明斯,詹姆斯·M·麥克金尼斯,托馬斯·V·斯基納,愛德姆·A·尤爾泰里,費(fèi)爾南多·貝爾特倫申請(qǐng)人:雷聲公司
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