有效平面相控阵列天线组件制造技术

一种平面相控阵列天线组件包括具有用于第一频段的第一多个辐射槽和用于第二频段的第二多个辐射槽的第一面板、第二面板、第三面板以及插在第一面板和第二面板之间的结构，该结构具有处于第一频段的第三多个辐射元件和处于第二频段的第四多个辐射元件以及用于第三多个辐射元件的第一馈电网络和用于第四多个辐射元件的第二馈电网络，并且第二面板插在该结构和第三面板之间。该平面相控阵列天线组件可以形成合成孔径雷达(SAR)天线的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有效平面相控阵列天线组件
技术介绍

本申请一般涉及相控阵列天线，并且更具体地涉及适用于双波段合成孔径雷达的有效相控阵列天线。介绍多频率多极化合成孔径雷达(SAR)是理想的，但是有效载荷、数据速率、预算、空间分辨率、覆盖面积等的局限性对于实现(尤其是在星载平台上的)多频率全极化SAR提出了重大的技术挑战。航天飞机成像雷达SIR-C是运行在多于一个频带的SAR的示例。然而，这两个天线没有共同的孔，而且质量太大，无法在国际空间站(ISS)或小型卫星(SmallSAT)平台上部署。天线构造，尤其是在星载平台上的天线构造，由于在面积和厚度上的各种原因而受到限制。例如，运载火箭的物理限制能够对天线的尺寸施加约束。对天线的面积的约束反过来能够对方向性施加约束。由于这个原因，效率能够成为天线设计的主要推动力，寻找减少天线损耗的方法可能变得重要。现有的设计多频相控阵列天线的方法能够包括使用微带阵列。这些可能与高损耗相关联，从而导致效率低下。本申请中所描述的技术涉及设计和构建适于ISS和SmallSAT部署的成本有效、高效率、结构合理的SAR天线，该SAR天线在至少一个频带上受到厚度以及双频操作和全极化的约束。除需要小型、高效率的雷达天线之外，对商用微波和毫米波天线有类似的需求，诸如在无线电点对点和点对多点链路应用中。通常，这些应用使用反射器天线。但是，反射器和馈电喇叭在一起呈现相当大的厚度。一种较小型的替代方案是微带平面阵列。通常需要几个层，并且有时需要特殊的布置来防止平行板模式在不同层之间传播。这些特征连同低损耗材料和支撑结构的成本一起使得该方法的吸引力降低。减少微带阵列的损耗也是困难的，尤其是在高频处。所以，虽然使用微带阵列能够减小天线的厚度，但天线是有损的，并且天线的面积需要大于反射器天线以获得相同的增益。
技术实现思路
平面相控阵列天线组件可以被概述为包括第一面板，第一面板包括用于第一频段的第一多个辐射槽和用于第二频段的第二多个辐射槽；第二面板；插在第一面板和第二面板之间的结构，所述结构包括处于第一频段的第三多个辐射元件和处于第二频段的第四多个辐射元件，所述结构还包括用于第三多个辐射元件的第一馈电网络和用于第四多个辐射元件的第二馈电网络；以及第三面板，其中，第二面板插在所述结构和第三面板之间。该组件可以是在结构上自支撑的。整个组件基本上可以由辐射元件和馈电网络组成。第一面板、第二面板、第三面板和所述结构均可以包括机器加工的铝。第三多个辐射元件中的每一个可以包括耦接到第一多个辐射槽中的至少一个的折叠腔。第四多个辐射元件中的每一个可以包括耦接到第二多个辐射槽中的至少一个的至少一个波导，并且第三面板可以包括波导终端。至少一个波导中的每一个可以是脊形波导。第一频段可以是L波段，并且第二频段可以是X波段。第一馈电网络可以包括至少一个带线以及耦接到第三多个辐射元件中的每一个的至少一个探针。第二馈电网络可以包括耦接到第四多个辐射元件中的每一个的至少一个同轴电缆。第一多个辐射槽可以包括多个交叉槽，所述交叉槽可操作来辐射水平极化的微波和垂直极化的微波。多个交叉槽可以在平面内和穿过平面取向中的至少一个上展开。折叠腔可以至少部分地以电介质材料填充。第一面板、第二面板和第三面板以及插在第一面板与第二面板之间的结构可以构成平面相控阵列天线组件的唯一支撑结构，在没有任何附加结构的情况下，该唯一支撑结构自身支撑所述平面相控阵列天线组件。合成孔径雷达(SAR)天线可以包括平面相控阵列天线组件。附图说明在附图中，相同的附图标记标识相似的元件或动作。附图中的元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种元件和角度的形状不一定是按比例绘制，并且这些元件中的一些可以被随意地放大和放置以改善绘图可识别性。此外，所画出的元件的特定形状不一定意在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且可能已经被唯一选择以便于在附图中识别。图1是根据至少第一示出的实施例的有效平面相控阵列天线组件的分解等距视图。图2是图1的有效平面相控阵列天线组件的第一面板的部分的前视平面图。图3是图1的有效平面相控阵列天线组件的微波子阵列的等距视图。图4是图3的微波子阵列的分解等距视图。图5是移除了顶部面板的图3的微波子阵列的前视平面图的特写。图6是移除了侧面以显示L波段腔的图3的微波子阵列的特写的等距局部视图。图7是示出L波段馈电网络的L波段辐射元件的横截面视图。图8是示出X波段馈电网络的X波段辐射元件的横截面视图。图9是根据至少第二示出的实施例的有效平面相控阵列天线组件的微波子阵列的等距视图。图10是图9的微波子阵列的分解等距视图。图11是移除侧面以显示L波段腔的图9的微波子阵列的特写的等距局部视图。图12是示出图9的有效平面相控阵列天线组件的L波段辐射元件的增益的极坐标图。图13是示出图9的有效平面相控阵列天线组件的X波段辐射元件的增益的极坐标图。图14是示出图9的有效平面相控阵列天线组件的L波段辐射元件的阻抗史密斯圆图。具体实施方式除上下文另有要求之外，在说明书和权利要求书中，采用的词语“包括”及其变型应被解释为开放的包括的意义，即“包括但不限于”。在该说明书中引用的“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特性、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，在该说明书中的各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是相同的实施例。此外，特定特性、结构或特征可以以任何合适的方式在一个或更多个实施例组合。如在该说明书和所附权利要求中所使用的，除内容明确指定之外，单数形式“一个”和“该/所述”包括复数指示物。还应该注意，除内容明确指定之外，术语“或”通常以其最广泛的意义使用，即意味着“和/或”。这里提供的公开的摘要仅仅是为了方便，并不解释实施例的范围或含义。在传统的天线组件中，辐射元件通常安装在结构子组件(诸如铝蜂窝板)上。该结构组件在不增强电磁性能的情况下，有助于天线组件的整体质量和体积。辐射元件通常不是自支撑的并且被安装到结构子组件。辐射元件通常包括电介质材料，其与用于将辐射元件附接到结构子组件的电介质材料结合能够导致重大的天线损失。使用传统技术，能够使用贴片元件来实现多频天线。这样的贴片元件有时被分层或堆叠，并且被穿孔以允许较小的辐射元件辐射通过较大的辐射元件，例如X波段辐射元件辐射通过L波段辐射元件。在本方法中，微波结构包括一个或更多个子阵列中的辐射元件，并且不要求单独的结构子组件。微波子阵列能够是自支撑的并且被配置为使得微波子阵列的辐射元件也用作结构元件。此外，能够布置多频天线组件来将两个波段(诸如X波段和L波段)的辐射元件集成到共同的孔中。例如，能够在L波段槽之间的空间中放置X波段槽或贴片辐射元件。图1示出了根据至少第一示出的实施例的有效平面相控阵列天线组件100。天线组件100的大小能够被定制以满足特定应用的增益和带宽要求。一个示例应用是双波段双极化SAR天线。在双波段双极化SAR天线的示例实施方式中，组件100大约2.15m宽、1.55m长和50mm深，并且重约30kg。天线组件100是双波段(X波段和L波段)、双极化(在L波段的H和V极化)SAR天线组件的示例。虽然本文中描述的实施例涉及双X波段和L波段SAR天线，并且由于本文中其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面相控阵列天线组件，包括：第一面板，所述第一面板包括用于第一频段的第一多个辐射槽和用于第二频段的第二多个辐射槽；第二面板；插在所述第一面板和所述第二面板之间的结构，所述结构包括处于所述第一频段的第三多个辐射元件和处于所述第二频段的第四多个辐射元件，所述结构还包括用于所述第三多个辐射元件的第一馈电网络和用于所述第四多个辐射元件的第二馈电网络；以及第三面板，其中所述第二面板被插在所述结构和所述第三面板之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.16 US 62/180,4211.一种平面相控阵列天线组件，包括：第一面板，所述第一面板包括用于第一频段的第一多个辐射槽和用于第二频段的第二多个辐射槽；第二面板；插在所述第一面板和所述第二面板之间的结构，所述结构包括处于所述第一频段的第三多个辐射元件和处于所述第二频段的第四多个辐射元件，所述结构还包括用于所述第三多个辐射元件的第一馈电网络和用于所述第四多个辐射元件的第二馈电网络；以及第三面板，其中所述第二面板被插在所述结构和所述第三面板之间。2.根据权利要求1所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述组件在结构上是自支撑的。3.根据权利要求2所述的平面相控阵列天线组件，其中，整个组件基本上由辐射元件和馈电网络组成。4.根据权利要求1-3任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第一面板、所述第二面板、所述第三面板和所述结构均包括机械加工的铝。5.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第三多个辐射元件中的每一个包括耦接到所述第一多个辐射槽中的至少一个的折叠腔。6.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第四多个辐射元件中的每一个包括耦接到所述第二多个辐射槽中的至少一个的至少一个波导，并且所述第三面板包括波导终端。7.根据权利要求6所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述至少一个波导中的每一个是脊形波导。8.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第一频段是L波段，并且所述第二频段是X波段。9.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第一馈电网络包括至少一个带线以及耦接到所述第三多个辐射元件中的每一个的至少一个探针。10.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第二馈电网络包括耦接到所述第四多个辐射元件中的每一个的至少一个同轴电缆。11.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第一多个辐射槽包括多个交叉槽，所述交叉槽可操作来辐射水平极化的微波和垂直极化的微波。12.根据权利要求11所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述多个交叉槽在平面内和穿过平面取向中的至少一个上展开。13.根据权利要求5所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述折叠腔至少部分地以电介质材料填充。14.根据权利要求1-3中任一项所述的平面相控阵列天线组件，其中，所述第一面板、所述第二面板和所述第三面板以及插在所述第一面板与所述第二面板之间的所述结构构成所述平面相控阵列天线组件的唯一支撑结构，在没有任何附加结构的情况下，所述唯一支撑结构自身支撑所述平面相控阵列天线组件。15.一种包括平面相控阵列天线组件的合成孔径雷达(SAR)天线，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·艾伦·福克斯，阿比吉特·巴塔查里亚，陈颖，罗德尼·格兰特·沃恩，
申请(专利权)人：阿卜杜拉阿齐兹国王科技城，尔特卡斯特集团公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA