[發明專利]有源寬帶天線

有效

• 申請號: 201980057379.0
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN112640212B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 卡爾森·R·懷特;赫·J·宋
• 申請（專利權）人: HRL實驗室有限責任公司
• 主分類號: H01Q5/50
• 分類號: H01Q5/50;H01Q5/335;H01Q23/00;H03F3/16
• 代理公司: 北京鴻德海業知識產權代理有限公司 11412
• 代理人: 于未茗

一種寬帶有源天線系統包括具有N個輸出和標稱帶寬的天線，N個輸出中的每一個直接耦合到相關聯的緩沖放大器，其中，N個輸出與各個相關聯的緩沖放大器的第一有源級之間的距離優選地被維持為盡可能合理地短，并且優選地不大于寬帶有源天線系統的寬帶的任何發送和/或接收頻率的1/4個波長，和/或優選地不大于在低于天線的標稱帶寬中的最低頻率的擴展頻帶中的任何發送和/或接收頻率的0.1個波長。

【相關申請的交叉引用】

本申請要求2018年9月21日提交且標題為“Active Wideband Antenna”的美國臨時專利申請號62/734,885的權益，此處據此以引證的方式將該申請的公開并入。

本申請還涉及在2018年9月21日提交且標題為“Active Vivaldi Antenna”的美國臨時專利申請序列號62/734,881及其與本申請在同一天提交且標題也為“Active VivaldiAntenna”(代理人案號631582-7)的相關PCT國際申請序列號____，此處據此以引證的方式將該申請的公開并入。

【技術領域】

有源寬帶天線

【背景技術】

無源、背腔、正弦和對數周期天線通常具有～10:1的帶寬，并且需要較大的尺寸來達到較低的頻率。這些天線并入有平衡-不平衡變換器(baluns) 和阻抗匹配網絡以達到50歐姆的終端阻抗，用于連接到同軸電纜。目前市場上現有的產品是由例如加利福尼亞門洛帕克的L3 Randtron公司銷售的。阻抗匹配帶寬可以通過增加損耗而擴展到較低頻率，這迅速劣化靈敏度。

反饋LNA在本領域中是已知的，但是通常匹配到50歐姆，并且沒有集成到這些類型的天線中。相反，它們由需要50歐姆匹配的傳輸線與天線分開，以避免駐波及其在頻率響應中的關聯脈動。

本公開的技術涉及一種寬帶接收天線，該寬帶接收天線在操作的“傳統頻帶”(其中尺寸在該頻帶的最小頻率下＞＝1/2個波長(λ))以及低頻“擴展頻帶”(其中天線尺寸＜λ/2)兩者中操作。邊界頻率fc被定義為定義操作的“傳統頻帶”與操作的“擴展頻帶”之間的邊界的頻率。本公開的天線是寬帶天線(優選地是背腔正弦天線，但是其還涵蓋對數周期天線和具有N 個臂、N個饋電端子的其它類型的天線、以及直接集成到天線的饋電點中或在天線的饋電點處的N個緩沖放大器的陣列。N大于1，并且N的典型值例如可以是2或4。N的其它值(＞1)也是可能的。“直接到饋電器或饋電點中”意味著用于將天線的輻射臂連接到緩沖放大器的晶體管輸入元件(或者例如FET放大器的柵極)的任何傳輸線遠短于擴展頻帶中的任何頻率下的波長(優選地小于擴展頻帶中的任何頻率下的0.1個波長)，而且優選地小于傳統頻帶中的任何頻率下的1/4個波長。緩沖放大器優選地被配置為當與天線阻抗Za(通常不同于50歐姆)噪聲匹配時具有高增益和低噪聲系數。Za 被選擇作為傳統頻帶中的天線臂的輸入阻抗。緩沖放大器被系到相對于天線臂浮動的公共接地節點。這些緩沖器優選地包括GaN FET晶體管，并且優選地在單個半導體管芯或模塊上實施。緩沖器輸出優選地與接口阻抗(通常為 50、75或100歐姆)阻抗匹配，并且可以進一步耦合到組合網絡或N個接收器。如將公開的，接收天線還可用作發送天線，盡管本公開主要致力于其接收功能。

本公開技術的目的是使接收天線具有比現有技術天線可能的帶寬更寬的帶寬，而不增加它們的尺寸。傳統的寬帶背腔天線在10:1帶寬上操作，并且尺寸在其操作最小頻率下在0.5λ至1λ之間。例如，操作在2-18GHz的天線的尺寸為～2.4英寸或更大。將帶寬要求增加到0.5-18GHz將意味著將尺寸增加到～10英寸(并且將引入維持阻抗匹配的額外的設計挑戰)，或者將迫使用戶接受在0.5-2GHz擴展頻帶上的嚴重劣化的接收靈敏度(即，最小可檢測信號)。本發明可以允許對于2.4英寸尺寸在0.5-18GHz上操作，而不會嚴重劣化靈敏度。

據我們所知，預期本發明的現有技術中的裝置并不存在。現有技術天線已經與低噪聲放大器(LNA)結合，但是現有技術沒有實現本發明發現的這種帶寬擴展。