专利名称：双频天线孔径的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无线电通信和雷达系统的天线领域。
背景技术：
监视雷达系统包括主监视雷达(PSR)和敌我识别/辅监视雷达(IFF/SSR)。在现有技术的方案中，IFF/SSR天线系统通常包括一个或多个独立的天线。在雷达监视系统中，PSR天线将具有非常窄的主波束和极低的旁瓣。IFF/SSR天线的工作频率通常比PSR的工作频率低几倍。通常对两种功能期望在波长的测量中拥有尽可能大的孔径。一种标准的方案是具有两种独立的天线孔径，这意味着整体天线系统的尺寸是两种天线孔径的和。期望对于IFF/SSR天线使用增强孔径，而基本不增加用于组合的PSR 和IFF/SSR天线结构的整体天线系统尺寸且基本不降低PSR天线性能。可以电子扫描PSR 和IFF/SSR天线阵列，这意味着可以电子地控制主瓣方向。PSR通常工作在约一到几GHz的频带中。US 6121931公开了具有基本平面结构的双频阵列天线的方案该结构在低频带和高频带两者中都相互独立地具有电子束控制能力。天线被布置为层状构造，该层状构造具有工作在低频带的顶部平面阵列天线单元和工作在高频带的底部平面阵列天线单元。顶部平面阵列天线对高频带中的频率是可透过的。此方案的缺点在于需要用于顶部平面阵列天线的接地平面和辐射元件的相当复杂的频率选择表面。另一缺点为，顶部平面阵列天线中的每个天线元件需要单独的馈电，导致了干扰底部平面阵列天线的复杂的馈电网络。该方案还具有仅使用底部和顶部平面阵列天线中的贴片元件的局限性。通过使用用于顶部平面阵列天线的频率选择表面来解决在两个阵列天线之间实现绝缘的问题。为使这些频率选择表面按期望地工作，它们通常需要很大，最理想的是无限大。在实际中，有限的尺寸将引起将会使性能降低的边缘效应。这是一个相当复杂的方案，它导致了顶部与底部平面阵列天线之间的、使高频性能降低的干扰。被认为是最接近的现有技术的FR 2734411示出了偶极子与缝隙相交错的方案。 然而，该发明似乎利用两种不同偏振而不是利用两种不同频带工作来解决该问题。缝隙和偶极子位于相同的平面内，这增加了两种类型天线元件之间的干扰的风险。偶极子的馈电是复杂的和/或包括与缝隙的偏振平行或几乎平行的馈电结构的部分。该馈电结构还增加了不同类型天线元件之间的加强干扰的风险。此外，由于被用作微波传输线的载体的基底位于非常靠近缝隙孔径的位置，所以该基底会增加缝隙天线的损耗。因此需要实现用于如IFF/SSR天线的低频天线的增强孔径，而基本不降低PSR天线性能且基本不增加用于组合的高频(如PSR天线)和低频天线结构的整体天线系统尺寸，同时具有天线功能的改进馈电和天线功能之间的改进的绝缘。
发明内容
本发明的目的在于减少至少一些以上提及的现有技术的缺陷并提供
一种天线结构，和 一种方法来解决以上问题，以实现用于如IFF/SSR天线的低频天线的增强孔径，而基本不降低PSR天线性能且基本不增加用于组合的高频(如PSR天线)和低频天线结构的整体天线系统尺寸，同时具有天线功能的改进馈电和天线功能之间的改进的绝缘。通过提供如下天线结构实现该目的该天线结构包括至少两个堆叠的天线孔径， 即具有第一天线元件的第一天线孔径和至少一个具有第二天线元件的第二天线孔径，其中所述天线结构被布置为用于工作在至少高频带和低频带中。第一天线元件被布置为用于工作在高频带中且所述第二天线元件用于工作在低频带中。第一天线元件被布置为具有与第二天线元件的偏振基本垂直的偏振。第二天线元件被布置成至少一个组，且每个所述组包括多个串联耦合的第二天线元件并被布置为在直馈电结构上具有公共馈电点。一个馈电结构与第二天线元件的每个组临近地设置。该馈电结构的方向基本垂直于第一天线元件的偏振。还通过提供一种用于布置天线结构的方法来实现该目的，该天线结构包括至少两个堆叠的天线结构，即具有第一天线元件的第一天线孔径和至少一个具有第二天线元件的第二天线孔径，其中该天线结构被布置为用于工作在至少高频带和低频带中。第一天线元件被布置为用于工作在高频带中且所述第二天线元件用于工作在低频带中。第一天线元件具有与所述第二天线元件的偏振基本垂直的偏振，且所述第二天线元件被布置成至少一个组。每个所述组包括多个串联耦合的第二天线元件并在直馈电结构上具有公共馈电点。一个馈电结构与第二天线元件的每个组临近地设置。该馈电结构的方向基本垂直于第一天线元件的偏振。本发明还包括具有权利要求1-23任意一项的天线结构的雷达系统。通过执行将在下文说明的从属权利要求的一个或几个特征实现其它优点。
图1示意性地示出了 PSR天线孔径的顶视图的一个示例。图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的PSR天线的顶部上的IFF/SSR天线的顶视图的一个示例。图3a示意性地示出了根据本发明的偶极子的馈电布置的一个示例的顶视图。图北示意性地示出了根据本发明的偶极子的馈电布置的一个示例的侧视图。图3c示意性地示出了至第二天线元件的电耦合的侧视图。图4示意性地示出了根据本发明的天线结构的示例。图5示意性地示出了天线孔径的不同配置的示例。
具体实施例方式现将参考附图详细描述本发明。本发明通常适用于需要工作在不同频带的两种天线孔径的无线电通信或雷达系统的天线。在说明书的下文中，利用需要一个用于工作在特定高频的PSR天线的天线孔径和一个用于工作在特定低频的IFF/SSR天线的天线孔径的雷达系统来例示本发明。在本发明的范围内，一个高频带和一个低频带的其它组合是可能的。通常的应用可以是一至几GHz的高频，高频为低频的3-4倍。在该示例中，将缝隙、列和偏振的特定方向定义为垂直的和水平的。然而，只要两个方向基本垂直，本发明也可适用于其它方向。当特定孔径被定义为位于另一孔径之前或之上时，此后该特定孔径意为被布置得比另一孔径更进一步沿着发射模式中的天线结构的平均视轴波束方向，即，更接近于天线结构的辐射图案的远场，在天线结构中，每个天线孔径具有其自身的辐射图案。视轴波束方向是垂直于天线孔径的方向。当天线孔径基本平行时，每个天线孔径的视轴波束方向相同。 当孔径不平行时，每个孔径具有不同的视轴波束方向，且平均视轴波束方向在这里被定义为在视轴波束方向中具有最大差异的两个视轴波束方向之间的中间方向。如图1所示，PSR天线的该示例包括多个垂直定向的波导，其中，波导具有沿波导的延伸线定向的多个分流缝隙。然而，可以利用其它天线元件(例如，利用偶极子元件或开放端波导)实现PSR天线。图1示出了具有第一天线元件102和波导103的第一天线孔径101。在例示本发明的本示例中，第一天线元件为导电表面104中的垂直缝隙。如本领域技术人员所熟知，垂直缝隙具有水平偏振。这些垂直缝隙被布置成规则格状中并且沿各个波导的垂直中心线106位于第一天线元件的垂直列105中。每隔一个缝隙向中心线106 的一侧偏心且它们之间的缝隙向中心线的相对的一侧偏心。相邻波导的中心线之间存在基本恒定的第一距离107且列中相邻的缝隙之间存在基本恒定的第二距离108。第一天线孔径具有第一边缘109和第二边缘110，第一边缘109和第二边缘110是第一天线孔径的部分周长。第一边缘在一个方向上限制第一天线元件的列105的纵向延伸，且第二边缘在相反方向上限制第一天线元件的列105的纵向延伸。在图1的示例中，第一天线孔径的形状为矩形，但在本发明的范围内，任意其它形状都是可能的。该形状例如可以适于适合覆盖第一天线孔径的天线屏蔽器的形状。可以逐条缝隙略微地改变缝隙的偏心量和缝隙的长度， 以实现意味着天线孔径上的电流分布将更集中到孔径的中心部分的尖端效应(tapering effect) 0该尖端将导致正视图中的旁瓣电平降低。本领域技术人员熟知，波导是用任意常规方式进行馈电的。通常可以利用波导与一些其它类型的传输线(例如，微波传输带或带状线)之间的适配器实现馈电。为使第一天线孔径的主波束可被电子扫描，中心线之间的第一距离107通常需要为约第一天线孔径的频带中的中心频率的半波长或更小。这也意味着依据天线扫描要求第一距离107可以略微大于半波长。对于PSR天线，这通常对应于几厘米的第一距离。如果该距离变得更大，则当电子扫描到波束偏离视轴时，将开始出现不希望的栅瓣。视轴是垂直于天线孔径的方向。然而，本发明也可适用于不可扫描的天线，这意味着第一距离107可以大于半波长，通常约为一个波长。本发明的一个重要方面是将“可透过”IFF/SSR天线置于与PSR天线基本相同的区域内从而将两个天线孔径集成在基本相同的物理几何形状内。在一个实施例中，IFF/SSR天线被置于PSR天线之前或之上。如果两个天线的功能在频率和/或偏振方面是分开的话， 则这是能做到的，其中，可以通过对于IFF/SSR天线使用垂直偶极子以及对于PSR天线使用垂直缝隙实现两个天线的功能在频率和/或偏振方面的分开。然而，这只是本发明的一个可能的应用。本发明通常可适用于通过堆叠高频天线孔径(第一天线孔径)和低频天线孔径(第二天线孔径)而得到的这两个天线的集成。如将要结合图4所说明的，也能够具有两个以上的天线孔径。
在该说明书下文中，除另有说明以外，将利用IFF/SSR天线被置于PSR天线前方或上方的示例来说明本发明，即低频天线孔径对高频天线孔径是可透过的且高频天线孔径 “辐射穿过”低频天线孔径。然而，在本发明的范围内相反的情况也是可能的，即高频天线孔径对低频天线孔径是可透过的且低频天线孔径“辐射穿过”高频天线孔径。在示出本发明的示例中，第一天线孔径是第一天线元件被实现为垂直波导中的垂直缝隙的PSR天线。如图1所示并排布置波导。缝隙为水平偏振的。第二天线孔径是具有包括垂直偶极子的第二天线元件的IFF/SSR天线，参见图2。 如本领域的技术人员所熟知，垂直偶极子具有垂直偏振。由于偶极子的偏振垂直于PSR天线的偏振，因此干扰将相当小。由于该IFF/SSR频率处的波长约为PSR频率处的波长的三至四倍，因此偶极子的长度将粗略地为缝隙长度的三至四倍。该方案的一个问题是可能必须通过缝隙天线板对偶极子馈电，尤其是如果期望多个上下或前后相互堆叠的偶极子。然而，本发明利用将结合图 3说明的馈电布置解决了该问题。在本发明的实施例中，串联馈电阵列、第二天线元件的垂直列被布置在包括缝隙波导孔径或其它水平偏振的第一天线孔径之前，如图2所示。在可替代的方案中，第一天线孔径可以垂直偏振(例如，通过使用水平缝隙)，并且第二天线孔径可以水平偏振(例如，通过使用水平偶极子)。两种天线孔径的偏振方向是任意的，只要这两个偏振基本相互垂直即可。第二天线孔径的第二天线元件并非必须是偶极子，也可为例如延伸的贴片的其它天线元件。本发明的重要特征是第一和第二天线元件的偏振基本垂直。图2用虚线示出了覆盖有第二天线孔径200的第一天线孔径101，其中，第一天线孔径101具有垂直缝隙102和导电表面104，第二天线孔径200包括在该示例中具有垂直偶极子的第二天线元件201。该天线结构因而包括两个堆叠的天线孔径。偶极子被布置成至少一个组，并且在一个实施例中该组或这些组可以被布置在第二天线元件的列中作为诸如印刷电路板(PCB)的基底的顶层上的导电部分。具有在每列中串联耦合的偶极子的PCB于是构成第二天线孔径。PCB可以为刚性或柔性类型。为了清楚起见，仅示出了第二天线孔径的偶极子和至偶极子的馈电线。以虚线示出基本的第一天线孔径101和第一天线孔径的垂直缝隙102。PCB由此覆盖第一天线孔径101。偶极子被布置成第二天线元件的基本平行的列202，并且第二天线元件的各列被布置得与第一天线元件的列105基本平行。通常，偶极子位于第一天线元件的列之间。由于与对第一天线孔径所解释的原因相同的原因，为使天线结构可电子扫描，第二天线元件的相邻列之间的距离应当基本恒定且通常约为第二天线孔径频带中的中心频率的半波长或者更小。该距离被定义为第三距离203。这还意味着第三距离203根据天线扫描要求可以略微大于半波长。在该示例中，对应于第一和第二天线孔径之间的波长差异，第三距离203是第一距离107的大约3-4倍长。在该示例中，在第一天线元件的第一个列105后插入第二天线元件的列202(当从左到右编号缝隙列时)，然后在第一天线元件的每三个列后插入第二天线元件的列202。对于不可扫描的天线结构，第三距离可以大于半波长，通常约为一个波长。在第二天线元件的列中的相邻偶极子之间还存在基本恒定的第四距离204。可以逐个偶极子略微地改变偶极子的长度和宽度，以实现如结合图1所提及的尖端效应。可以略微改变第四距离204，以改变每个偶极子的相位并由此改变正视图中波瓣的形状和方向。
在本发明的一个示例中，第二天线孔径通常位于第一天线孔径前方一段距离处， 该距离大约为第一天线孔径频带的中心频率的波长。第二天线孔径具有第三边缘209和第四边缘210，第三边缘209和第四边缘210 为第二天线孔径的部分周长。第三边缘在一个方向上限制第二天线元件的列202的纵向延伸，并且第四边缘在相反方向上限制第二天线元件的列202的纵向延伸。在图2的示例中， 第二天线孔径的形状是矩形的，但是在本方面的范围内，任意其它形状都是可能的。该形状例如可以适于覆盖第二天线孔径的天线屏蔽器的形状。第二天线元件的一个列202中的所有偶极子均通过一个直微波带线206被间接地馈电。每条微波带线具有用于列中所有偶极子的公共馈电点205。公共馈电点位于第三或第四边缘上。每组第二天线元件(在该示例中为列中的偶极子)从而在直微波带线上具有公共馈电点，一条微波带线与每组第二天线元件相邻设置。微波带线可以在PCB的更深层或如将在图3和图4中详细示出的其它类型的非导电基底中实现。由此，第二天线元件的每个列202可以由雷达天线结构的边缘之一馈电，因此无需馈电通孔。每列中的偶极子的数量必须限于满足带宽要求。带宽将随天线元件的数量降低。通常利用5-6个天线元件将能够覆盖IFF/SSR带宽。此外，偶极子与馈电线必需被设计为对于如前述的一次主雷达功能尽可能地可透过。偶极子优选临近耦合的偶极子，由偶极子下方具有小“间隙”(gaps)的直微波带线馈电，参见图3a和北。如图3c所示，偶极子还可以电耦合至直微波带线。由此，馈电结构例如可以为微波带线或其它适当的馈电结构，并且下文示例为微波带线。图3a示出了施加至如印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)或其它非导电层压制件的一些类型的基底的、延伸的直微波带线301的示例的顶视图。微波带线具有间隙302和第二天线元件，在该示例中第二天线元件包括偶极子元件303，其中，第二天线元件位于间隙上面且偶极子元件的中点位于间隙的中心上面。微波带线在线的一个端点处具有公共射频(RF)馈电点205并且微波带线可以具有几个间隙，其中，在每个间隙中心上面被置有一个偶极子元件。偶极子的中点基本位于偶极子元件的纵向延伸的中点。在本发明的其它示例中，如以下将进一步描述的，偶极子的中点不是必须被置于间隙中心上，只要部分偶极子具有覆盖至少部分间隙的朝向间隙的垂直投影即可。图北示出了具有间隙302、偶极子元件303和公共射频馈电点205的微波带线301 的侧视图。延伸的微波带线301适用于位于第一和第二天线孔径之间的非导电层压制件。 箭头300示出了在用于图3的配置的发射模式中的平均视轴波束方向。微波带线对于第二天线孔径中的每个天线元件都具有一个间隙302，并且微波带线具有位于微波带线的一个端点处的公共射频馈电点205，其中，第二天线元件朝向微波带线的垂直投影覆盖至少部分间隙。图北还示出了位于微波带线的、背对偶极子元件303的一侧的接地平面304。微波带线的接地平面304可以是缝隙天线的表面(在缝隙之间)或诸如与第一和第二天线元件 (在该示例中为偶极子和缝隙)的延伸基本平行的多个导电线或其它导电元件的导电结构中的任一个，并被印制在基底上，基底位于第一孔径前方一定距离处。如图4所示，该导电结构也可以集成在基底中。该距离不是严格的，通常使用第一天线孔径的平均工作频率的半个至一个波长的距离。然而，形成接地平面的导电结构和第一天线孔径之间的距离可以适合实际应用。这提供了额外的自由来使得第二天线元件(在该示例中为偶极子天线)位于天线屏蔽器中。可以可选地使用第一偶极子元件303之上或之前的第一寄生偶极子元件 306来增加带宽，或通过使得第二天线孔径工作在两个频带中而双重共振。可以选择地将更多的寄生偶极子元件堆叠至第一寄生偶极子元件之上或之前。由此，天线结构可以具有至少高频和低频带。第一寄生偶极子元件非电流地由偶极子元件馈电，且可选择的更多的寄生偶极子元件由相邻的寄生偶极子元件馈电。如结合图3a所解释的，微波带线可以具有几个各自关联的偶极子元件和可选择的一个或多个寄生偶极子元件的间隙。在图2的示例中，本发明的优点是与第一孔径的缝隙基本平行、但最重要的是基本与第一天线元件的偏振垂直地排列微波带线的方向。对于本发明的所有应用的一般特征是馈电结构的方向应当基本垂直于第一天线元件的偏振。由于馈电结构在第一天线的偏振方向的方向上的延伸比用于第一天线的波长要小的多，该特征使对来自第一和第二孔径的辐射的馈电布置的干扰最小化。由此，临近第二天线元件设置直微波带线，微波带线的方向基本垂直于第一天线元件的辐射图案的偏振。为清楚起见，图3仅示出了天线结构的导电部分。图3c示出了微波带线和第二天线元件之间的电耦合示例作为结合图3a和北描述的相近耦合的替代。在图3c中，第一导电元件307连接在微波带线301和偶极子元件的第一部分309之间，且第二导电元件308连接在微波带线301和偶极子元件的第二部分310 之间。偶极子元件的第一和第二部分被偶极子间隙311分开。第一和第二导电元件在间隙 302的不同侧与微波带线连接。偶极子元件在这里是第二天线元件的实现。本发明由此提供了包括至少两个堆叠的天线孔径(具有第一天线元件的第一天线孔径和至少一个具有第二天线元件的第二天线孔径)的天线结构。该天线结构被布置用于工作在至少高和低频带中。第一天线元件被布置用于工作在高频带中，并且所述第二天线元件用于工作在低频带中。第一天线元件被布置为具有与第二天线元件的偏振基本垂直的偏振。第二天线元件被布置成至少一个组，并且每个所述组包括串联耦合的且被布置为在直馈电结构上具有公共馈电点的多个第二天线元件。一个馈电结构与第二天线元件的每个组相邻设置。馈电结构的方向基本垂直于第一天线元件的偏振。图4示意性示出了本发明的具有第一天线孔径420、第二天线孔径421和第三天线孔径422的一个实施例的侧视图。第一天线孔径为包括在该示例中实现为缝隙423的第一天线元件的导电表面。接地平面304在该实施例中被实现为集成在第一层压制件401中或被镀在第一层压制件401的表面上的导电线412，第一层压制件401以距离似6基本平行于第一天线孔径420。导电线412具有与第二天线元件(在该情况中为偶极子元件)基本平行的纵向延伸。如上文所述，该距离通常约为第一天线孔径中的天线元件频率的半个至一个波长。具有其间隙405的微波带线404被施加至第二层压制件403。第一泡沫结构402 位于第一和第二层压制件之间。第二天线元件410(在该示例中为偶极子元件)被施加至第三层压制件407，且可选的第一寄生天线元件411(在该情况中为偶极子元件)被施加至第四层压制件409。包括第三层压制件407和第二天线元件410的第二天线孔径421，具有朝向第二泡沫结构406和微波带线404的第一边似4与朝向第三泡沫结构408和第三天线孔径422的第二边425。第二泡沫结构406位于第二和第二层压制件之间，并且第三泡沫结构408位于第三和第四层压制件之间。在该实施例中，层压制件、泡沫结构、天线元件和微波带线被实现为各自位于独立x/y平面内的平面结构，参见坐标符号430。还可以使用如图5将示出的弯曲的结构。在商标名称Rohacell下可获得的具有接近1的相对介电常数 1)的适合的泡沫结构。在该示例中的发射模式中的平均视轴波束方向沿正Z方向
431。在该实施例中，第二天线孔径421包括 第三层压制件407以及 第二天线元件410。第三天线孔径422包括 第四层压制件409以及 第一寄生天线元件411。通过用距离426以及第一泡沫结构402与第二泡沫结构406和第一层压制件401 与第二层压制件403的厚度将第一和第二天线孔径分开，除了在第一和第二天线孔径的天线元件之间具有正交偏振之外，两个天线孔径之间的干扰将被最小化，这也是本发明的优点。由距离4 分开的间隔可以通过常规机械方法实现，或者可以将另外的泡沫结构插入在第一天线孔径420和具有形成接地平面的导电线412的第一层压制件401之间。在其它实施例中，可以去除泡沫结构中的一个或几个并由层压制件自身的厚度替代。可选地，可使用例如蜂巢的其它类型的结构。还可以利用空气和机械布置替代泡沫结构来分开层压制件。层压制件通常为一些类型的刚性或柔性PCB，但也可为任意类型的用于如天线元件、接地平面或微波带线的导电元件的非导电支架。本发明的另一有利的实施例是，将具有馈电结构和接地平面的第二天线孔径以及可选地将天线屏蔽器中的第三天线孔径并入天线结构。于是，在一个实施例中，可以利用天线屏蔽器的材料替代前述的泡沫结构。然而，天线屏蔽器可以用多种方法制造。一种可能是利用如前所述的集成的第二和第三天线孔径以及利用近似等于或远小于第一天线孔径频带的中心频率的半波长。另一实现天线屏蔽器的方法是将其构建得像具有两个或更多个包括具有天线元件的PCB的硬层以及可选的馈电结构与接地平面的夹层结构一样。然后， 将泡沫或蜂巢材料插入硬层之间。然后，在适合的距离处将天线屏蔽器安装在第一天线孔径之上或之前。天线屏蔽器将从特定区域移除塑料，以允许接触第二天线元件的公共射频馈电点和接地平面。天线孔径可以是平坦的、在x/y平面延伸的以及是如结合图4所解释的彼此基本平行的。然而，天线孔径也可以在第三维中弯曲，并且孔径不必必须是平行的。图5示出了存在两个孔径时的一些可能的配置。图fe示出了堆叠的第一和第二天线孔径420和421， 天线孔径420和421是平行的，且第二孔径421的垂直投影完全覆盖了第一孔径420的区域。图恥示出了孔径为平行的、且第二孔径的垂直投影覆盖了第一孔径的大部分区域和第一孔径区域外的区域501的示例。图5c是图恥的变形，其中，第二孔径的垂直投影覆盖了除特定的第一旁边区域502和第二旁边区域503外的第一孔径的大部分区域。图5d示出了不平行的两个平面孔径，且第二孔径的垂直投影覆盖了第一孔径的全部区域。图5e-5g示出了第二孔径的垂直投影覆盖了第一孔径的主要区域时的弯曲孔径的三个示例。图k示出了弯曲的第二孔径和平坦的第一孔径，图5f示出了平坦的第二孔径和弯曲的第一孔径，并且最后图5g示出了两个孔径都是弯曲的。也可以组合这些示例，例如在第二孔径的垂直投影的部分落入第一孔径的区域之外时的图5e和恥的示例。在第二孔径包含在天线屏蔽器中的实施例中，图k的配置可以适于允许第二孔径符合天线结构的某个期望的外形。本发明实施例的另一示例是将第二天线元件施加至在第二中间层包括微波带线的柔性PCB (FPCB)或PCB的第一层。然后，将可以为很薄(通常约l_3mm)的FPCB或PCB应用于使用第一天线孔径的缝隙之间的导电部分作为接地平面304的第一天线孔径。然后， 将两个天线孔径应用在基本相同的平面中。本发明使得能够对于频率和偏振不同的两种天线功能使用基本相同的几何区域。 对于前述应用，为给出良好的角度精确性和获得高增益，对IFF/SSR天线使用尽可能大的孔径是重要的。第二天线元件由第二天线孔径的第三边缘(209)或第四边缘(210)馈电。这意味着不需要馈电通孔，这是本发明的另外的优点。已利用关于如何构建天线结构以及如何实现作为天线结构一部分的、诸如天线元件、层压制件、泡沫结构、接地平面和微波带线的不同元件的不同实施例及示例来例示了本发明。但本发明并不局限于这些实施例和示例，也可以利用本发明的范围内的任意便利的方法来实现。作为示例，微波带线和第二天线元件可以实现为粘合到例如Rohacell泡沫结构的金属片。本发明不限于以上实施例，还可以在所附权利要求的范围内自由变化。
权利要求
1.一种天线结构，包括至少两个堆叠的天线孔径，即具有第一天线元件(102，423)的第一天线孔径(101，420)和至少一个具有第二天线元件Q01，410)的第二天线孔径(200， 421)，其特征在于所述天线结构被布置为用于工作在至少高频带和低频带中，其中，所述第一天线元件(102，423)被布置为用于工作在高频带中并且所述第二天线元件(201，410) 用于工作在低频带中，所述第一天线元件(102，423)被布置为具有与所述第二天线元件 (201,410)的偏振基本垂直的偏振；并且所述第二天线元件被布置成至少一个组，并且包括串联耦合的多个第二天线元件的所述组中的每一个被布置为在直馈电结构(206，301， 404)上具有公共馈电点005)，一个馈电结构与第二天线元件的每个组相邻地设置，所述馈电结构的方向基本垂直于所述第一天线元件(102，423)的偏振。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于所述第二天线元件(201，410)是偶极子；所述组中的每一个被布置在第二天线元件的列Ο02)中，所述列基本平行。
3.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于所述第一天线元件(102，423)是平行波导(103)中的缝隙，所述波导平行于所述第二天线元件的列002)，并且所述缝隙被布置成格状。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第二天线元件的列(202)被布置在所述第一天线元件的列(105)之间。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第二天线孔径 (200,421)位于所述第一天线孔径之上或之前，并且所述第二天线孔径000，421)朝向所述第一天线孔径(101，420)的垂直投影大部分在所述第一天线孔径的区域内。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的天线结构，其特征在于第三天线孔径上的第一寄生偶极子元件Gll)位于所述第二天线孔径G21)的第二边(425)之上或之前。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的天线结构，其特征在于沿每个波导(103)的中心线(106)布置所述第一天线元件的列(105)，每隔一个缝隙向所述中心线(106)的一侧偏心，并且中间的缝隙向所述中心线的相反侧偏心；相邻波导的中心线之间存在基本恒定的第一距离(107)以及在所述第一天线元件的列(10 中的相邻缝隙之间存在基本恒定的第二距离(108)。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第二天线元件的列(202)被设置在所述第一天线元件的两列(105)之间并与之平行，平行位移约为所述第一距离(107)的一半，所述第二天线元件的相邻列之间的第三距离(203)和所述第二天线元件的列(20 中的相邻第二天线元件之间的第四距离(204)基本恒定。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述馈电结构(206， 301,404)的接地平面(304)包括位于所述第一天线孔径之上或之前一定距离处的导电结构。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的天线结构，其特征在于 所述第一天线孔径为包括所述第一天线元件G23)的导电表面， 包括导电结构的接地平面(304，412)被集成在第一层压制件G01)中，并且与所述第一天线孔径(420)基本平行地位于距离(426)处， 将具有间隙G05)的馈电结构(404)施加到第二层压制件(403)上， 将所述第二天线元件(410)施加到第三层压制件(407)上，以及 将可选的第一寄生天线元件(411)施加到第四层压制件(409)上。
11.根据权利要求10所述的天线结构，其特征在于 第一泡沫结构(402)位于所述第一和第二层压制件之间，以及 第二泡沫结构(406)位于所述第二和第三层压制件之间，并且第三泡沫结构(408) 位于所述第三和第四层压制件之间。
12.根据权利要求10或11所述的天线结构，其特征在于所述接地平面(304，412)、所述馈电结构004)、所述第一泡沫结构002)、所述可选的第一寄生天线元件(411)和所述第二泡沫结构(406)被集成在覆盖所述第一天线孔径(101，420)的天线屏蔽器中。
13.根据权利要求1-9中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第二天线孔径(200，421)和所述具有其接地平面(304)的馈电结构被集成在覆盖所述第一天线孔径 (101,420)的天线屏蔽器中。
14.根据权利要求1-8中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述馈电结构(301， 404)的接地平面(304)包括所述第一天线孔径(101，420)的导电表面(104)。
15.根据权利要求1-14中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述天线孔径(101， 420，200，421)在第三维中是平面的或弯曲的。
16.根据权利要求1-15中任意一项所述的天线结构，其特征在于延伸的馈电结构 (206,301,404)被施加到位于所述第一和第二天线孔径之间的非导电的第二层压制件 (403)上，所述馈电结构对于每个第二天线元件(201，410)具有一个间隙(302，405)，所述第二天线元件朝向馈电结构的垂直投影覆盖至少部分间隙；以及所述馈电结构具有位于所述馈电结构的一个端点处的公共射频馈电点(205)。
17.根据权利要求16所述的天线结构，其特征在于所述第二天线元件O01，410)为偶极子，并且所述偶极子的中点在所述间隙(302，405)的中心之上。
18.根据权利要求1-17中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第一距离(107) 约为所述第一天线孔径的频带的中心频率的半波长或更少，并且所述第三距离(203)约为所述第二天线孔径的频带的中心频率的半波长或更少，以使得所述天线结构可电子扫描。
19.根据权利要求1-18中任意一项所述的天线结构，其特征在于可以逐个缝隙略微地改变所述缝隙的偏心量和所述缝隙的长度，以实现尖端效应。
20.根据权利要求1-19中任意一项所述的天线结构，其特征在于可以逐个偶极子略微地改变偶极子的长度和宽度，以实现尖端效应。
21.根据权利要求1-20中任意一项所述的天线结构，其特征在于在所述第一寄生偶极子元件Gll)之上或之前堆叠有其它寄生偶极子元件。
22.根据权利要求1-21中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第二天线元件 (201,410)临近耦合或电耦合至所述馈电结构O06，301，404)。
23.根据权利要求1-22中任意一项所述的天线结构，其特征在于所述第一和第二天线元件能够被电子扫描。
24.—种包括权利要求1-23中任意一项所述的天线结构的雷达系统。
25.一种用于布置天线结构的方法，所述天线结构包括至少两个堆叠的天线孔径，即具有第一天线元件(102，423)的第一天线孔径(101，420)和至少一个具有第二天线元件 (201,410)的第二天线孔径000，421)，其特征在于所述天线结构被布置为用于工作在至少高频带和低频带中，其中所述第一天线元件(102，423)被布置为用于工作在高频带中并且所述第二天线元件(201，410)用于工作在低频带中，所述第一天线元件(102，423)具有与所述第二天线元件O01，410)的偏振基本垂直的偏振；并且所述第二天线元件被布置成至少一个组，且包括多个串联耦合的第二天线元件的所述组中的每一个在直馈电结构 (206,301,404)上具有公共馈电点Ο05)，一个馈电结构与第二天线元件的每个组临近地设置，所述馈电结构的方向基本垂直于所述第一天线元件(102，423)的偏振。
全文摘要
本发明提供了一种天线结构，该天线结构包括至少两个堆叠的天线孔径，即具有第一天线元件的第一天线孔径和至少一个具有第二天线元件的第二天线孔径。该天线结构被布置为用于工作在至少高频带和低频带中。第一天线元件被布置为用于工作在高频带中且所述第二天线元件用于工作在低频带中。第一天线元件被布置为具有与第二天线元件的偏振基本垂直的偏振。第二天线元件被布置成至少一个组，且每个组包括多个串联耦合的第二天线元件并被布置为在直馈电结构上具有公共馈电点。一个馈电结构与第二天线元件的每个组临近地设置。馈电结构的方向基本垂直于第一天线元件的偏振。本发明还提供了相应的方法和包括该天线结构的雷达系统。
文档编号H01Q1/38GK102257675SQ200880132438
公开日2011年11月23日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者本特·斯文松 申请人:Saab公司