宽带表面散射天线制造技术

具有紧密耦合或紧密连接的辐射器阵列的表面散射天线提供具有宽带瞬时带宽的可调节天线。天线包括传输线、紧密耦合或连接的辐射器阵列，以及将该传输线连接到该辐射器的相应的可调节馈电结构阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带表面散射天线优先权申请的所有主题通过引用并入本文，只要这类主题与本申请不矛盾。
技术介绍
任何天线的主要功能都是将在天线结构内传导的电磁波耦合到在自由空间中传播的电磁波。存在许多实现这种耦合的方法，并且由于天线的广泛实际应用已经对所述方法进行了深入研究。参见，例如ConstantineA.Balanis,AntennaTheory,第三版,Wiley2005。在基于表面散射天线的天线中，导波和传播波之间的耦合通过调制与导波电磁接触的表面的电磁特性来实现。这种受控表面调制可以被称为“调制模式”。天线中的导波可以被称为“参考波”或“参考模式”以及期望的自由空间传播波模式可以被称为“辐射波”或“辐射模式”。表面散射天线例如在美国专利申请公开号2012/0194399(下文称“BilyI”)中有描述，其中改进的表面散射天线在美国专利申请公开号2014/0266946(下文称“BilyII”)中有进一步描述。包含耦合到装载有集总装置的可调散射元件的波导的表面散射天线在美国申请号14/506,432(下文称“ChenI”)中有描述，而各种全息调制图案方法在美国专利申请号14/549,928(下文称“ChenII”)中有描述。所有这些专利申请都通过引用整体并入本文，其在下文中统称为“MSAT申请”。表面散射天线包括离散辐射元件阵列，其中元件间隔通常小于天线工作频率下的约四分之一波长。可以离散地调制来自每个元件的辐射，使得它们的集体效应近似于期望的调制模式。通常通过调节单个辐射元件的谐振频率在表面散射天线中完成调制，这增加或减少了从参考波耦合到辐射波的能量。这种方法通常产生窄带天线，因为深亚波长辐射元件通常是借助于其带宽约束而有效地辐射的高Q辐射器。在诸如宽带通信之类的应用中可能需要增加带宽。因此，增加表面散射天线的带宽的技术具有实际意义。
技术实现思路
实施方式包含提供具有宽带瞬时带宽的表面散射天线的天线、方法和系统。表面散射天线通常包含高Q辐射元件，其中单个天线元件晶胞的尺寸是深亚波长。表面散射天线塑造辐射图案的能力通常随着晶胞尺寸的减小而改善，因为附加的元件在其他(大部分)幅度受制的自适应阵列中提供附加的相位采样点。在天线元件被视为阵列中的隔离的单个天线的方法中，可能优选的是使每个元件的Q与天线尺寸成反比。在其他方法中，根据本专利技术的实施方式，天线元件不被视为隔离的单个天线，而是被视为互耦的辐射器系统中的元件。互耦是当两个附近的辐射元件各自扰乱另一个的行为而背离人们对这两个天线响应的简单叠加所期望的行为时发生的现象。在相控阵天线的情况下，这种行为通常被视为是负面的，其中阵列设计和操作取决于将隔离的元件的图案与预先计算的天线“阵列因子”的图案叠加的可行性。在高度耦合的阵列中，单个晶胞本身不是天线。相反，它们是更大天线的一部分，其中相关Chu极限是整个天线表面(而不是单个辐射器)的极限。由于单个电小元件，这立即减轻了对带宽和效率的限制。前述
技术实现思路
仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详述，其他方面、实施方式和特征将变得显而易见。附图说明图1描绘了宽带表面散射天线的示意性实施方式。图2描绘了用于示例性晶胞的辐射器的实施例。图3描绘了示例性晶胞的馈电结构的实施例。图4示出了示例性晶胞的逐层描绘图。具体实施方式在以下的详述中参考了附图，而附图形成了详述的一部分。在附图中，除非上下文另有指示，否则类似的符号通常标识类似的组件。在详述、附图和权利要求书中所描述的说明性实施方式不意味着是限制性的。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以使用其他实施方式，以及可以进行其他改变。图1中示意性地描绘了宽带表面散射天线的说明性实施方式。该天线包含传输线100，传输线100通过相应的多个可调节馈电结构120耦合到多个辐射器110。辐射器110互耦，使得它们可以被视为跨越多个辐射器的范围的集体辐射结构130的组件。相邻辐射器之间的互耦由符号111示意性地表示，符号111可以表示辐射器之间的电容耦合(如同所谓的“紧密耦合的阵列”)或辐射器之间的电感耦合(如同所谓的“连接的阵列”)或两者。虽然传输线100被示出为一维线，但这是并非旨在进行限制的符号描绘。在一些方法中，传输线是一维传输线，例如波导、微带、带状线或同轴电缆。在其他方法中，传输线是二维传输线，例如平行板波导或电介质平板波导。还是在其他方法中，传输线是准二维传输线，在某种意义上，准二维传输线是由填充二维区域的并联一维传输线组组成。在这些准二维方法中，传输线可以包含将能量从单个输入端口传送到该并联一维传输线组的共同馈电网络(例如，具有二叉树共同馈电结构的共同馈电网络)。辐射器110是在相邻辐射器之间具有强互耦111的亚波长辐射器。“亚波长”可能意味着，例如，相邻元件之间的间距小于或等于对应于天线的工作频率的自由空间波长的大约二分之一、三分之一、四分之一或五分之一。在先前引用的MSAT申请中描述了各种亚波长辐射器结构。相邻辐射器之间的强互耦可以借助于相邻辐射器之间的接近和/或通过增加增强相邻辐射器之间的互耦的其他结构来实现。图2中描绘了一个实施例，其示出了具有附加电感和电容耦合结构的辐射器晶胞。在晶胞中，具有同轴输入210的下接地平面200馈送贴片天线220(有时被称为PIFA的配置)。贴片本身与相邻晶胞中的其他贴片电容耦合，并且它们共同地形成电容平面。在贴片上方放置感应平面。在该图中，感应平面是金属网格，但由于该图仅示出了单个晶胞，所以它看起来是浮动十字形状230。重要的是要理解该十字形状连接到相邻晶胞中的十字形。在感应平面上方，放置由隔离的方形金属贴片240制成的电容平面。金属结构由介电基板(透明阴影体积250)支撑。在一个说明性实施例中，可以调谐电感平面和电容平面的几何形状以增强元件间的互耦，使得集体行为显示具有37％的通带宽度的带通特性。这是对仅显示3-5％的带宽的隔离PIFA的显著改进。因为辐射器通过其强互耦而被赋予宽带，所以一些实施方式不是通过调节辐射器的谐振频率而是通过调节辐射器的单个馈电结构120来调制天线图案。由于可调节馈电结构120不受Chu极限的约束，因此有可能使用低Q(宽带)谐振频移来调制传送到单个天线元件的功率。用于晶胞的可调节馈电结构的实施例在图3中示出。在该图中，示出了微带波导线300在接地平面310上通过。圆柱形通孔320位于微带附近并连接到具有微带短截线333的方形焊盘330。该通孔也连接到在接地平面310中具有方形切口343的方形焊盘。这些结构由电介质(未示出)支撑。底部通孔连接焊盘340和接地平面310通过诸如变容二极管、MEMS、场效应晶体管(FET)或其他可变阻抗装置之类的可变部件(未示出)连接。合适的可变阻抗装置在上面引用的MSAT申请中公开，并且包含集总元件，其阻抗可以通过调节集总元件的偏置电压来调节。调谐短截线、带状线、焊盘和通孔的几何尺寸，使得沿带状线流动的能量耦合到通孔中。通孔通过同轴结构(例如，通过延伸通孔320以提供馈送贴片天线220的同轴线210)连接到天线元件(例如图2中所示)。通过调节可变部件的阻抗来调制通孔路径和微带路径之间的耦合强度。这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线，其包括：传输线；紧密耦合或连接的辐射器阵列；以及将所述传输线连接到所述辐射器的相应的可调节馈电结构阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.28 US 62/271,5241.一种天线，其包括：传输线；紧密耦合或连接的辐射器阵列；以及将所述传输线连接到所述辐射器的相应的可调节馈电结构阵列。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述紧密耦合或连接的辐射器阵列是电容耦合的紧密耦合的辐射器阵列。3.根据权利要求1所述的天线，其中所述紧密耦合或连接的辐射器阵列是电感耦合的连接的辐射器阵列。4.根据权利要求1所述的天线，其中所述传输线是为所述天线提供一维孔径的一维传输线。5.根据权利要求1所述的天线，其中所述传输线是为所述天线提供二维孔径的二维传输线。6.根据权利要求1所述的天线，其中所述紧密耦合或连接的辐射器阵列是具有元件间互耦的亚波长元件阵列，所述元件间互耦提供的天线带宽显著大于所述紧密耦合或连接的辐射器阵列中的任何所述辐射器的隔离的单独带宽。7.根据权利要求6所述的天线，其中所述亚波长元件阵列是亚波长贴片元件阵列。8.根据权利要求7所述的天线，其中所述亚波长贴片元件阵列是在相邻贴片之间具有小间隙的共面贴片阵列，所述小间隙提供所述元件间互耦作为相邻贴片之间的共面电容。9.根据权利要求6所述的天线，其中紧密耦合或连接的宽带辐射器阵列包含一个或多个反应结构，所述反应结构延伸跨越并耦合到所述亚波长元件阵列，以增强所述元件间互耦。10.根据权利要求9所述的天线，其中所述一个或多个反应结构包含电感表面。11.根据权利要求10所述的天线，其中：所述亚波长元件阵列是亚波长贴片元件阵列；以及所述电感表面是相应的互连十字形件阵列，所述互连十字形件阵列形成位于所述亚波长贴片元件上方并与其平行的导电网格。12.根据权利要求9或10所述的天线，其中所述一个或多个反应结构包含电容表面。13.根据权利要求12所述的天线，其中：所述亚波长元件阵列是亚波长贴片元件阵列；以及所述电容表面是位于所述亚波长贴片元件上方并与其平行的相应的贴片阵列。14.根据权利要求1所述的天线，其中所述可调节馈电结构中的每一个都包含：馈电线，所述馈电线具有渐逝耦合到所述传输线的输入端口和耦合到相应的所述辐射器的输出端口；以及可变阻抗部件，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·J·布莱克，布莱恩·马克·多伊奇，亚历山大·雷姆莱·卡特科，梅尔罗·马卡多，杰伊·霍华德·麦坎德利斯，雅罗斯拉夫·A·乌尔朱莫夫，
申请(专利权)人：希尔莱特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US