[發(fā)明專利]天線陣列系統(tǒng)以及電流板陣列波長縮放天線孔徑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010003099.6
• 申請(qǐng)日: 2016-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN111541052B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·B·韋斯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅克韋爾柯林斯公司
• 主分類號(hào): H01Q21/30
• 分類號(hào): H01Q21/30;H01Q23/00
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 劉愛平

在一個(gè)方面，本發(fā)明公開的發(fā)明構(gòu)思涉及采用電流板陣列(CSA)波長縮放孔徑的天線陣列系統(tǒng)。CSA波長縮放孔徑可以包括與第一工作頻帶相關(guān)聯(lián)的第一頻率區(qū)域和與第二工作頻帶相關(guān)聯(lián)的第二頻率區(qū)域。第一工作頻帶可以包括具有被縮放以支持第一工作頻帶的相應(yīng)多個(gè)第一單位單元的一個(gè)或多個(gè)電流板子陣列。第二工作頻帶可以包括具有被縮放以支持第二工作頻帶的相應(yīng)多個(gè)第二單位單元的一個(gè)或多個(gè)電流板子陣列。CSA波長縮放孔徑可以包括一個(gè)或多個(gè)電容器，每個(gè)電容器耦合到第一頻率區(qū)域的相應(yīng)第一單位單元和第二頻率區(qū)域的相應(yīng)第二單位單元。

背景技術(shù)

有源電子掃描陣列(AESA)系統(tǒng)在工作頻率的相應(yīng)超寬帶(UWBs)上提供可靠的性能。AESA系統(tǒng)常用在通信系統(tǒng)、軍事和氣象雷達(dá)系統(tǒng)、電子情報(bào)系統(tǒng)，或生物或醫(yī)學(xué)微波成像系統(tǒng)中。AESA系統(tǒng)經(jīng)由相應(yīng)的發(fā)射/接收模塊(TRMs)組，利用可操作的輻射元件(或天線元件)陣列。通過獨(dú)立地轉(zhuǎn)向其每個(gè)天線元件，AESA系統(tǒng)通過與多個(gè)天線元件相關(guān)聯(lián)信號(hào)的構(gòu)造性累積來提供相對(duì)高的接收/傳輸性能。另外，由于同時(shí)使用并獨(dú)立地轉(zhuǎn)向相應(yīng)的多個(gè)天線元件的固有能力，AESA系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)或幾個(gè)天線元件的單個(gè)故障對(duì)AESA系統(tǒng)整體的操作幾乎沒有影響。而且，由于它們?cè)谙鄳?yīng)UWB內(nèi)從一個(gè)操作頻率跳到另一個(gè)操作頻率的能力，AESA系統(tǒng)難以干擾。

然而，現(xiàn)有的ESA系統(tǒng)受到各種限制。例如，許多AESA系統(tǒng)的特征在于具有厚的孔徑。例如，在典型的Vivaldi孔徑中，天線元件的長度大約是在最高支持頻率的波長的四倍。這種厚度對(duì)在部署平臺(tái)上安裝Vivaldi AESA系統(tǒng)所需的空間施加了約束。另外，在構(gòu)建許多AESA孔徑中所采用的印刷電路板(PCB)技術(shù)對(duì)可實(shí)現(xiàn)的最大瞬時(shí)帶寬(IBW)施加了限制。而且，現(xiàn)有的AESA孔徑拓?fù)淇赡懿荒芴峁┳銐虻耐負(fù)潇`活性，以符合彎曲的部署平臺(tái)表面。特別地，大多數(shù)現(xiàn)有的AESA孔徑具有平面構(gòu)造。此外，大多數(shù)現(xiàn)有的AESA孔徑結(jié)構(gòu)不容易擴(kuò)展。這種擴(kuò)展性上的缺陷增加了構(gòu)造大型AESA孔徑的復(fù)雜性和成本。

現(xiàn)有AESA系統(tǒng)的局限性可能阻礙在需要比現(xiàn)有AESA系統(tǒng)支持的典型UWB更寬頻帶的，或需要大的和/或非平面孔徑的，新的通信、軍事或傳感系統(tǒng)中擴(kuò)展AESA系統(tǒng)的使用的可能性。克服這種限制將支持這樣的新系統(tǒng)，并且可以允許降低成本的AESA孔徑。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，本發(fā)明公開的發(fā)明構(gòu)思涉及包括高頻子陣列的天線陣列系統(tǒng)，該高頻子陣列包括被縮放以支持具有相應(yīng)最大工作頻率f1的第一工作頻帶的多個(gè)第一單位單元。第一工作頻帶表示天線陣列系統(tǒng)的全工作頻帶。天線陣列系統(tǒng)還可以包括圍繞高頻子陣列布置的多個(gè)中頻子陣列。每個(gè)中頻子陣列可以包括被縮放以支持具有小于f1的相應(yīng)最大工作頻率f2的第二工作頻率的多個(gè)第二單位單元。天線陣列系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)第一電容器，每個(gè)第一電容器耦合到高頻子陣列的相應(yīng)第一單位單元和多個(gè)中頻子陣列的相應(yīng)第二單位單元。天線陣列系統(tǒng)還可以包括圍繞多個(gè)中頻子陣列布置的多個(gè)低頻子陣列。每個(gè)低頻子陣列可以包括被縮放以支持具有小于f2的相應(yīng)最高頻率f3的第三工作頻率的多個(gè)第三單位單元。天線陣列系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)第二電容器，每個(gè)第二電容器耦合到多個(gè)中頻子陣列中的相應(yīng)第二單位單元和多個(gè)低頻子陣列中的相應(yīng)第三單位單元。天線陣列系統(tǒng)還可以包括處理器，用于控制與多個(gè)第一單位單元、多個(gè)第二單位單元和多個(gè)第三單位單元相關(guān)聯(lián)的操作參數(shù)。

在一些實(shí)施例中，天線陣列系統(tǒng)還可以包括多個(gè)發(fā)射/接收模塊(TRMs)。每個(gè)TRM可以與相應(yīng)第一單位單元、相應(yīng)第二單位單元或相應(yīng)第三單位單元相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，天線陣列系統(tǒng)還可以包括多個(gè)時(shí)間延遲單元，其中每個(gè)時(shí)間延遲單元可以與相應(yīng)第一單位單元、相應(yīng)第二單位單元或相應(yīng)第三單位單元相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，高頻子陣列、多個(gè)中頻子陣列中的每一個(gè)以及多個(gè)低頻子陣列中的每一個(gè)可以與單獨(dú)的印刷電路板(PCB)相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，處理器可以被配置為激活高頻子陣列、多個(gè)中頻子陣列和多個(gè)低頻子陣列中的至少一個(gè)，用于接收或發(fā)送無線電信號(hào)。