用于相控阵列的宽带链接环天线元件制造技术

本发明专利技术提供用于宽带链接环天线元件的技术，该元件覆盖两个邻近的K波段军事和/或商用接收波段。天线元件（100）包含电磁耦合至少一个馈线（104）的链接环传导共振器（102）。传导共振器（102）和馈线（104）进一步由法拉第笼（106）围绕，其中法拉第笼（106）导电耦合电磁屏蔽接地面（110），并且可操作从而遮蔽传导共振器（102）和馈线（104）。

【技术实现步骤摘要】
用于相控阵列的宽带链接环天线元件
技术介绍
典型的微波和毫米波频率定向天线通常包含繁重的结构，例如导波器、抛物面天线、螺线线圈、喇叭、和其他大型非保型结构。其中至少一个通信装置移动的通信应用以及雷达应用，通常需要可转向波束和/或可转向接收。相控阵列天线对波束转向应用特别有用，因为波束转向能够电子完成而不需要天线的实际运动。这种电子波束转向能够比万向/马达驱动机械天线转向更快并且更精确可靠。相控阵列天线还提供具有许多同步信号波束的能力。此外，在许多波段中的通信通常需要用于每个波段的多单元天线孔隙和/或双波段抛物面天线。飞机上抛物面天线通常位于天线罩下方，显著地增加了飞机的重量、空气动力阻力、和维护复杂性。与许多单个波段解决方法和/或抛物面天线相比，单个宽带相控阵列孔隙使车辆整合成本和尺寸、重量、和功率需要最小化。然而，使用槽环和/或微带接线天线(microstrippatchantenna)的常规低剖面设计受互耦合的影响，这限制其的频率覆盖范围、扫描体积、和轴比性能。本文所作出的公开就是关于这些及其他考虑因素的。
技术实现思路
应该理解，本
技术实现思路
提供用于以简化形式介绍概念的选择，这些概念在下面具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不是意图用于限制所要求保护的主题的保护范围。这里描述了宽带链接环天线元件，其为卫星通信(“SATCOM”)实施单个共形相控阵列，该阵列覆盖17.7-20.2GHz商用的和20.2-21.2GHz军用SATCOM两个接收K波段。天线元件的阵列提供了从瞄准线的宽范围扫描体积，该扫描体积好于60度的锥形扫描体积，并且该天线元件维持超过指定频率波段的好的圆偏振轴比，同时非常薄且轻便。该天线元件也可以制定(scale)用于其他频率波段，用作发射元件，并用于其他相控阵列天线应用，例如视线通信链路、信号情报(“SIGINT”)阵列、雷达、传感器阵列等等。根据一个方面，天线元件包含链接环传导共振器，其电磁耦合至少一个馈线。传导共振器和馈线进一步由法拉第笼围绕，法拉第笼导电耦合电磁屏蔽接地面并且能够屏蔽传导共振器和馈线。这里讨论的特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中独立获得，或者可以在其他的实施例中结合，其中进一步的细节能够参考下列描述和附图。附图说明图1是根据本文提供的实施例在阵列中实施的天线元件的透视图。图2是根据本文提供的实施例围绕天线元件的发射部件的法拉第笼的侧视图。图3是根据本文提供的实施例的在天线元件的顶层实施的示例性的链接环传导共振器的俯视图。图4是根据本文所述的实施例的在天线元件100的传导共振器的下面的层上实施的示例性的微带馈线的俯视图。图5是示出在本文所述的实施例中提供的用于在单个共形相控阵列上方实行双波段SATCOM的一种方法的流程图。具体实施方式下列具体实施方式针对用于相控阵列的宽带链接环天线元件。利用本文所述的天线元件，单个共形相控阵列可以被实施为用于覆盖邻近军用和商用的接收波段的SATCOM接收。天线元件提供了从瞄准线的宽范围扫描体积，该扫描体积好于60度的锥形扫描体积，并且该天线元件维持超过指定频率波段的好的圆偏振轴比。天线元件设计重量轻并且非常薄。同时不需要大角度阻抗匹配(“WAIM”)层或者天线罩，因此大大地减少了飞机的空气动力阻力以及整合和维护成本。该天线元件也可以被制定用于其他频率波段和相控阵列天线应用，用作发射元件，并用于其他相控阵列天线应用，例如视线通信链路、信号情报(“SIGINT”)阵列、雷达、传感器阵列等等。这里在平面或者共形SATCOM相控阵列天线的背景下描述了本公开的实施例。然而，本公开的实施例不限制于这些平面SATCOM应用，并且这里所述的技术也可以用于其他应用。例如，实施例可以适用于共形天线、有人和无人驾驶飞机天线、视线通信、传感器天线、雷达天线等等。下面具体实施方式参考了附图，附图形成具体实施方式的一部分并且通过图示方式示出具体的实施例或者示例。这里附图没有按比例绘制。在这几个附图中，相同的数字表示相同的元件。图1根据这里所述的实施例示出为SATCOM应用在共形相控阵列中实施的天线元件100的透视图。天线元件100包括单个链接环传导共振器102，其机电地耦合两个馈线(feedline)104A和104B，且全部由法拉第笼106围绕。天线元件100可以在多层电路板中实施，其中多层电路板包含两层、三层、四层、或更多层。应当理解，图1示出在多层电路板的各层上实施的元件，但是没有示出层间的基底或电介质。传导共振器102在顶部表面层上实施，并且可操作从而以将接收的电磁频率共振。根据实施例，传导共振器包含多环元件，如下面参考图3更具体实施方式的，该多环元件由调谐片链接。传导共振器可以使用金属喷镀、微带、直写等等方式实施在表面层上。馈线104A、104B(这里总称作馈线104)在传导共振器102下方的第二层上实施，并且电磁耦合传导共振器，从而为了从传导共振器发射和/或接收信号驱动该传导共振器。根据一个实施例，该馈线104A和104B在第二层上使用微带痕迹(microstriptrace)实施。应当理解，馈线104也可以使用金属喷镀、直写等等方式实施。电磁耦合可以包含电感耦合、电容耦合等等。法拉第笼106可操作从而遮蔽传导共振器102和馈线104。法拉第笼106包含电磁屏蔽接地面110、多个传导通孔(via)108、和传导带，其中电磁遮蔽接地面110实施在最底层上，传导通孔108电磁耦合接地面110并且穿过多层电路板的层上升到顶层，并且传导带直接在每层上实施并且电磁耦合通孔108和传导带的周围部分。传导带可以在各层上使用金属喷镀、微带、直写等等方式实施。根据一个实施例，传导通孔108包含穿过多层电路板的各层的孔，并且该孔用铜或者其他传导材料填充或者镀层。如图1所示，传导带和传导通孔108可以以六角形形状围绕传导共振器102和馈线104设置，以便形成导电笼，其可操作从而使天线元件100的传导共振器102和馈线104与底部和侧面的外部电场隔离/遮蔽，外部电场例如由阵列中邻近天线元件、邻近装置的外部天线等生成的。应当理解，传导带和传导通孔108可以以任何多边形形状设置，其便于在阵列中实施天线元件100，该多边形形状包括三角形、正方形、矩形、六边形、和八角形等等，但不限制于此。在进一步的实施例中，如2011年4月1日提交的标题为“DualBandAntennaElementwithIntegralFaradayCageforSATCOMTransmitPhasedArrays”的共同审理美国专利申请13/999999中所述的那样实施法拉第笼106，其全部内容合并于此以供参考。图2示出根据一个实施例围绕天线元件100的传导共振器102和馈线104并且在四层中实施的法拉第笼106的侧视图。如上所述，法拉第笼106可以在最底层或者如图所示的层4上包含电磁屏蔽接地面110。如图2中进一步所示，传导带202A、202B、202C(在这里总称作传导带202)可以在多层电路板的每个上部层(或者分别为层1、层2、和层3)上实施。传导通孔108可以从多层电路板的顶层，即层1，穿过中间层，即层2和层3，到达在底层上实施的底部接地面110，即层4。多层电路板的层之间的基底或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在至少两个邻近卫星通信波段上通信的系统，所述系统包含：配置成相控阵列的多个天线元件（100），所述多个天线元件（100）的至少一个包含链接环传导共振器（102）、第一馈线（104A）和第二馈线（104B）、以及法拉第笼（106），其中所述链接环传导共振器（102）具有由四个调谐片（304）连接的内环形元件（302B）和外环形元件（302A），所述第一馈线（104A）和所述第二馈线（104B）电容耦合所述链接环传导共振器（102），并且所述法拉第笼（106）能够遮蔽所述链接环传导共振器（102）、所述第一馈线（104A）和所述第二馈线（104B）；和通信电子装置，其电耦合所述第一馈线（104A）和所述第二馈线（104B），并且被配置为独立发信号到所述多个天线元件（100）的至少一个。

【技术特征摘要】
2011.07.29 US 13/194,3441.一种用于相控阵列的宽带链接环天线元件，所述天线元件(100)包含具有通过一个或更多调谐片(304)连接的内环形元件(302B)和外环形元件(302A)的链接环传导共振器(102)、电容耦合到所述链接环传导共振器(102)的第一馈线(104A)和第二馈线(104B)以及法拉第笼(106)，所述法拉第笼(106)可操作而遮蔽所述链接环传导共振器(102)、所述第一馈线(104A)和所述第二馈线(104B)；其中所述调谐片的相应尺寸能够改变，从而调谐所述链接环传导共振器(102)。2.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述第一馈线(104A)和所述第二馈线(104B)能够进一步运行从而驱动所述链接环传导共振器(102)。3.根据权利要求1-2中任意一个所述的天线元件，其中所述第一馈线(104A)相对于所述第二馈线(104B)大体上成90度定向。4.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述法拉第笼(106)包含电磁屏蔽接地面(110)，该电磁屏蔽接地面(110)通过至少一个传导通孔(108)耦合多个传导带(202)。5.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述调谐片(304)的数量是2个、3个、4个、5个或者6个。6.一种用于在共形相控阵列上进行宽带卫星通信即“SATCOM”的方法，所述方法包含：实施多个天线元件(100)的相控阵列，所述天线元件(100)的至少一个包含馈线(104)；将至少一个所述天线元件(100)的所述馈线(104)耦合至通信电子装置；其特征在于所述天线元件(100)的至少一个还包含链接环传导共振器(102)和法拉第笼(106)，所述链接环传导共振器(102)包含由一个或更多调谐片(304)连接的多个环形元件(302)，所述馈线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·W·小曼莉，L·蔡，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：