本申请公开了用于相控阵列的单位单元天线。提供了天线元件和天线阵列，其包括用于生成或接收射频(RF)信号的天线元件。该天线元件包括：介电层，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；第一偶极子天线，其包括第一天线段和第二天线段，该第一偶极子天线形成在第二表面中；第二偶极子天线，其包括第一天线段和第二天线段，该第二偶极子天线形成在第二表面中；耦合段，其电容性耦合到第一偶极子天线的第二天线段和第二偶极子天线的第二天线段中的每一个；以及短接销，其电容性耦合到耦合段并从第一表面延伸到第二表面。段并从第一表面延伸到第二表面。段并从第一表面延伸到第二表面。
【技术实现步骤摘要】
用于相控阵列的单位单元天线
技术介绍
[0001]相控阵列天线(“PAA”)是包括多个子天线(一般被称为组合式天线的单位单元(unit cell)、天线元件、阵列元件或辐射元件)的一种天线类型，这些子天线在PAA内被排列成有序栅格。馈送阵列元件的各个信号的相对振幅和相位可以以这样一种方式改变，即对PAA的总辐射模式的影响在期望的方向上被增强并在非期望的方向上被抑制。换句话说，可以生成或形成可指向或转向到不同方向的波束。发射或接收PAA中的波束指向是通过控制来自PAA中的每个天线元件的发射或接收信号的振幅和相位来实现的。个体辐射信号被组合以形成由PAA产生的相长干涉图案和相消干涉图案，从而产生一个或多个天线波束。然后，PAA可被用于在方位角和仰角上快速地指向一个或多个波束。
[0002]PAA可以连接到执行波束形成和波束指向的各种电子器件。PAA被提供为使得PAA可以发射和接收射频(RF)能量。在发射模式中，由连接的电子器件生成的电信号被馈送到天线元件，天线元件将电信号转换为辐射能量。在接收模式中，每个天线元件从传入信号中捕获部分RF能量，并将该RF能量转换为馈送到连接的电子器件的独立电信号。当前解决方案利用相邻天线元件之间的狭窄间隙来实现低频和扩展所需的电容。然而，当设计被定标到毫米波(mmWave)频率时，制造这些狭窄间隙是困难和昂贵的。
技术实现思路
[0003]所公开的示例参考附图在下面详细描述并在下面列出。提供以下摘要以说明本文公开的示例或实施方式。但是，这并不意味着将所有示例限制为任何特定的配置或操作序列。<br/>[0004]在一种实施方式中，提供一种用于生成或接收射频(RF)信号的天线元件。该天线元件包括：介电层，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；第一偶极子天线，其包括第一天线段和第二天线段，该第一偶极子天线形成在第二表面中；第二偶极子天线，其包括第一天线段和第二天线段，该第二偶极子天线形成在第二表面中；耦合段，其电容性耦合到第一偶极子天线的第二天线段和第二偶极子天线的第二天线段中的每一个；以及短接销，其电容性耦合到耦合段并从第一表面延伸到第二表面。
[0005]从下列附图、描述和权利要求中，本领域技术人员可以容易地看出其他技术特征。
附图说明
[0006]为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中类似的附图标记表示类似的部件：
[0007]图1A示出了根据本公开的各种实施方式的天线阵列的单位单元的透视图；
[0008]图1B示出了根据本公开的各种实施方式的天线阵列的单位单元的侧视图；
[0009]图1C示出了根据本公开的各种实施方式的天线阵列的单位单元的俯视图；
[0010]图2示出了根据本公开的各种实施方式的包括多个单位单元的天线阵列的俯视图；
[0011]图3A示出了根据本公开的各种实施方式的天线阵列的单位单元的底部透视图；
[0012]图3B示出了根据本公开的各种实施方式的天线阵列的单位单元的仰视图；
[0013]图3C示出了根据本公开的各种实施方式的包括多个单位单元的天线阵列的俯视图；
[0014]图4示出了天线系统的框图，其天线阵列包括本公开中所公开的天线元件；以及
[0015]图5示出了飞行器的透视图，其具有包括本公开所公开的天线元件的一个或多个阵列天线；
[0016]在整个附图中，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
[0017]将参考附图详细描述各种示例。在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。贯穿本公开的涉及特定示例和实施方式的引用仅被提供用于说明目的，但是，除非相反地指出，这并不意味着限制所有实施方式。
[0018]如本文所引用，相控阵列天线(PAA)包括多个发射器，并且被用于高频RF应用(如雷达、5G或无数其他应用)中的波束形成。PAA中的发射器的数量可以从几个到数千个不等。使用PAA的目标是通过利用两个或更多个辐射信号之间的相长干涉来控制发射波束的方向。这在天线界被称为“波束形成”。更具体地，PAA通过调整发送到阵列中的每个发射器的驱动信号之间的相位差来实现波束形成。这允许将辐射模式控制并定向到目标，而不需要天线的任何物理运动。这意味着沿特定方向的波束形成是准全向发射器(例如偶极子天线)之间的干涉效应。
[0019]当前的解决方案利用被排列形成单位单元的辐射偶极子天线元件。然后可以排列多个单位单元，以在几乎具有任何期望尺寸和天线孔径的三角形网格阵列中集体形成超宽带电子扫描PAA。偶极子天线元件利用相邻偶极子天线元件之间的狭窄间隙(有时为1或2毫米宽)来实现低频和扩展所需的电容。此外，当制造用于毫米波频率操作的尺度的设计时，本已狭窄的间隙变得更加狭窄，制造起来更加困难和昂贵。
[0020]因此，本公开的实施方式承认并考虑到与制造PAA和以毫米波频率操作PAA相关的挑战。因此，本公开提供了一种在三角形网格阵列中的超宽带电子扫描PAA，其包括电容性耦合到偶极子天线元件的一个或多个印刷金属段，从而消除对窄偶极子间的间隙的需要。超宽带电子扫描PAA进一步包括连接到一个或多个印刷金属段的一个或多个短接销，以抑制不必要的共模或盲点，并在不影响低频扩展的情况下扩展操作的高频端。这样一来，RF性能在超宽频率带宽和大扫描量上得到提高，同时降低了相关的制造成本。
[0021]在一些实施方式中，超宽带电子扫描PAA分别向机载或移动车辆发送RF信号并从其接收RF信号，而无需实现机械运动部件。在一些实施方式中，超宽带电子扫描PAA被用于通信系统和其他应用，包括传感器、利用固态发射/接收模块(TRM)的有源电子扫描阵列(AESA)、利用AESA的无线电探测和测距(RADAR)和/或电子战(EW)，例如军事和/或商业移动通信。因此，超宽带电子扫描PAA提供了一种高性能、轻量化、小轮廓和负担得起的解决方案，以满足具有挑战性和不断发展的任务需求。
[0022]相控阵列在向移动平台提供双向通信能力方面非常有用，因为它能够在无需机械移动天线的情况下执行波束形成。例如，通过将相控阵列天线电子地转向来跟踪卫星而不
是机械地移动天线，飞行中的飞行器可以利用相控阵列天线与一个或多个卫星进行通信。当飞行器在飞行时，可以使用相控阵列的电子转向而不是传统天线的机械转向来以电子方式补偿飞机的俯仰、偏航和滚转。这提高了数据连接的可靠性。在EW应用中，相控阵列可以作为使用指向目标的波束形成的干扰机进行操作。超宽带提供了参与频率多样化目标的额外能力。在诸如信号情报(SigInt)的仅接收模式下，超宽带覆盖了更宽频谱上的感兴趣信号。
[0023]在一些实施方式中，超宽带电子扫描PAA是使用印刷电路板(PCB)制造技术实现的，以提供相控阵列设计和射频(RF)电路集成的灵活性。在某些情况下，相控阵列的单位单元由包含天线元件的PCB形成。这些单位单元可以按需要进行组合以形成PCB阵列，从而允许相控阵列的几何形状的灵活性。
[0024本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于生成或接收射频RF信号的天线元件，包括：介电层(102)，其包括第一表面(102
‑
1)和与所述第一表面(102
‑
1)相对的第二表面(102
‑
2)；第一偶极子天线(104)，其包括第一天线段(104
‑
1)和第二天线段(104
‑
2)，所述第一偶极子天线(104)形成在所述第二表面(102
‑
2)中；第二偶极子天线(106)，其包括第一天线段(106
‑
1)和第二天线段(106
‑
2)，所述第二偶极子天线(106)形成在所述第二表面(102
‑
2)中；耦合段(110)，其电容性耦合到所述第一偶极子天线(104)的所述第二天线段(104
‑
2)和所述第二偶极子天线(106)的所述第二天线段(106
‑
2)中的每一个；以及短接销(120)，其电容性耦合到所述耦合段(110)并从所述第一表面(102
‑
1)延伸到所述第二表面(102
‑
2)。2.根据权利要求1所述的天线元件，其进一步包括：第一多个通孔(116)，其分别从所述第一偶极子天线(104)和所述第二偶极子天线(106)延伸到所述第一表面(102
‑
1)，以将所述第一偶极子天线(104)和所述第二偶极子天线(106)电连接到所述第一表面(102
‑
1)；以及第二多个通孔(116)，其分别从所述第一偶极子天线(104)和所述第二偶极子天线(106)延伸到所述第一表面(102
‑
1)，以将第一馈线连接到所述第一表面(102
‑
1)并将第二馈线连接到所述第一表面(102
‑
1)。3.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述介电层(102)的所述第二表面(102
‑
2)被提供在所述耦合段(110)和所述介电层(102)的所述第一表面(102
‑
1)之间。4.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述第一偶极子天线(104)的所述第二天线段(104
‑
2)和所述第二偶极子天线(106)的所述第一天线段(106
‑
1)以六十度角相交。5.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述耦合段(110)包括介电金属材料。6.根据权利要求1所述的天线元件，其进一步包括：第三偶极子天线(108)，其包括第一天线段(108
‑
1)和第二天线段(108
‑
2)，所述第三偶极子天线(108)形成在所述第二表面(102
‑
2)中。7.根据权利要求6所述的天线元件，其进一步包括：第二耦合段(112)，其电容性耦合到所述第一偶极子天线(104)的所述第一天线段(104
‑
1)和所述第三偶极子天线(108)的所述第二天线段(108
‑
2)；以及第三耦合段(114)，其电容性耦合到所述第二偶极子天线(106)的所述第一天线段(106
‑
1)和所述第三偶极子天线(108)的所述第一天线段(108
‑
1)。8.根据权利要求7所述的天线元件，其进一步包括：第二短接销(120)，其电容性耦合到所述第二耦合段(110)并从所述第一表面(102
‑
1)延伸到所述第二表面(102
‑
2)；以及第三短接销(120)，其电容性耦合到所述第三耦合段(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：
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