[發明專利]帶有介電移相器的串行饋送相控陣天線

無效

• 申請號: 00812825.1
• 申請日: 2000-09-13
• 公開（公告）號: CN1373916A
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發明（設計）人: 朱永飛;路易絲·C·森古帕塔;安德瑞·科茲瑞夫;張旭佰
• 申請（專利權）人: 帕拉泰克微波公司
• 主分類號: H01Q3/36
• 分類號: H01Q3/36;H01Q21/06;H01P1/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 馮譜

對于有關專利申請的交叉參考

本申請要求提出于1999年9月14日的美國臨時專利申請No.60/153,859的權益。

發明領域

本發明一般涉及相控陣天線，更具體地說，涉及帶有共面波導(CPW)電壓調諧移相器的微波傳輸帶補片(patch)天線。

相控天線是指帶有發射相控信號以形成一個無線電束的大量輻射元件的天線。無線電信號能電子地由各個天線元件的相對相控的主動操縱控制。電子束控制概念適用于與發射機和接收機一起使用的天線。電子掃描相控陣天線與其機械對應物相比在速度、精度、和可靠性方面是優越的。用電子掃描天線中的電子移相器替換在機械掃描天線中的萬向接頭，通過更迅速和準確的目標識別增加了天線用在防御系統中的生命力。借助于相控陣天線系統也能迅速和準確地操縱復雜的跟蹤練習。

移相器在相控陣天線的操作中起關鍵作用。電氣控制移相器能利用可調諧鐵電材料，其電容率(更普遍地叫做介電常數)能通過改變材料經受的電場強度而改變。即使這些材料工作在其高于居里溫度的順電相中，它們也便利地叫做“鐵電的”，因為它們在低于居里溫度的溫度下呈現同時極化。包括鋇-鍶鈦酸鹽(BST)或BST合成物的可調諧鐵電材料已經是幾個專利的主題。

包括鋇鍶鈦酸鹽的介電材料公開在授予Sengupta等的、標題為“陶瓷鐵電材料”的美國專利No.5,312,790；授予Sengupta等的、標題為“陶瓷鐵電合成材料-BSTO-MgO”的美國專利No.5,427,988；授予Sengupta等的、標題為“陶瓷鐵電合成材料-BSTO-ZrO₂”的美國專利No.5,486,491；授予Sengupta等的、標題為“陶瓷鐵電合成材料-BSTO鎂基合成物”的美國專利No.5,635,434；授予Sengupta等的、標題為“多層鐵電合成波導管”的美國專利No.5,830,591；授予Sengupta等的、標題為“薄膜鐵電合成物及制造方法”的美國專利No.5,846,893；授予Sengupta等的、標題為“制造薄膜合成物的方法”的美國專利No.5,766,697；授予Sengupta等的、標題為“電子分級的多層鐵電合成物”的美國專利No.5,693,429；及授予Sengupta的、標題為“陶瓷鐵電合成材料-BSTO-ZnO”的美國專利No.5,635,433中。這些專利通過參考包括在這里。由Sengupta提出于2000年6月15日的、標題為“包括可調諧介電和金屬硅酸鹽相的電子可調諧陶瓷材料”的共同待決、共同授予美國專利申請公開了另外的可調諧介電材料，并且也通過參考包括。在這些專利中表示的材料，特別是BSTO-MgO合成物表現出低介電損失和高可調諧性。把可調諧性定義為介電常數隨施加電壓的相對變化。

使用鐵電材料的可調諧移相器公開在美國專利No.5,307,033、5,032,805、及5,561,407中。這些移相器包括鐵電基片作為相位調制元件。鐵電基片的電容率能通過改變施加到基片上的電場強度而改變。當RF信號通過移相器時，基片的電容率調諧導致相位移動。公開在這些專利中的鐵電移相器具有高導體損失、高模式、直流偏壓、及在K(18至27GHz)和Ka(27至40GHz)頻帶下的阻抗匹配問題的缺點。

一種已知類型的移相器是微波帶狀線路移相器。利用可調諧介電材料的微波帶狀線路移相器表示在美國專利No.5,212,463；5,451,567及5,479,139中。這些專利公開了載有一種電壓可調諧鐵電材料的微波帶狀線路，以改變引導的電磁波的傳播速度。美國專利No.5,561,407公開了一種由松散陶瓷制造的微波傳輸帶調諧移相器。松散微波傳輸帶移相器具有需要較高偏電壓、復雜制造處理及高成本的缺點。

共面波導管也能用作移相器。美國專利No.5,472,935和6,078,827公開了其中高溫超導材料的導體安裝在一種可調諧介電材料上的共面波導管。這種器件的使用需要冷卻到較低溫度。另外，美國專利No.5,472,935及6,078,827講授了具有高Sr比率的SrTiO₃、或(Ba、Sr)TiO₃的可調諧膜的使用。SrTiO₃、和(Ba、Sr)TiO₃具有高介電常數，這導致低特征阻抗。這使得必須把低阻抗移相器變換到普通使用的50歐姆阻抗。