多功能共享孔径阵列的制作方法
【专利摘要】本申请涉及多功能共享孔径阵列。多功能射频(RF)系统可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的共享相控阵天线子系统。该系统还可以包括被配置用于控制共享相控阵天线子系统的操作的集成电子封装。集成电子封装可以包括调制器/解调制器子系统。调制器/解调制器子系统可以包括雷达模块，该雷达模块选择性地联接至共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号。雷达模块被配置成通过共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号。调制器/解调制器子系统还可以包括通信模块，该通信模块选择性地联接至共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号。通信模块被配置成通过共享相控阵天线子系统来发送和接收通信信号。
【专利说明】
多功能共享孔径阵列
技术领域
[0001]本公开涉及天线阵列、雷达系统以及通信系统，并且更具体地说，涉及多功能共享孔径阵列或共享天线阵列。
【背景技术】
[0002]当前雷达和通信系统或子系统被实现为各具有分离孔径和电子装置的独立系统。这种解决方案需要增加的重量和用于分离孔径的更大表面积。在某些应用中，这可以接受。然而，当在具有更小表面积和重量限制的平台(如无人机(UAV))上期望这种多功能时，具有多个分离功能和系统是不实际的。另外，该分离系统还需要更长时间来卸载传感器数据，如通过雷达系统接收并处理、并接着通过通信系统卸载或发送至另一位置(如从UAV至地面站)的传感器数据。这缩减了用于提供更接近实时的情况获知的能力。该分离独立系统还使得将连网UAV用于分布式感测、处理以及合作不太有效。
【发明内容】
[0003]根据实施例，多功能射频(RF)系统可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的共享相控阵天线子系统。所述系统还可以包括被设置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作的集成电子封装。所述集成电子封装可以包括调制器/解调制器子系统。所述调制器/解调制器子系统可以包括雷达模块，该雷达模块选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号。所述雷达模块可以被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号。所述调制器/解调制器子系统还可以包括通信模块，该通信模块选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号。所述通信模块可以被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收通信信号。
[0004]根据另一实施例和前一实施例，一种共享相控阵天线子系统可以包括彼此相邻设置的多个天线拼块(tile)。每一个天线拼块可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径。所述共享相控阵天线子系统还可以包括相邻拼块之间的间隙区。所述共享相控阵天线子系统可以另外包括用于针对所述多个拼块的电力、RF信号以及数据中的至少一个的分配网络。所述分配网络可以驻留在相邻拼块之间的所述间隙区中。
[0005]根据另一实施例，一种用于发送和接收雷达信号和通信信号的方法可以包括以下步骤:设置被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号的共享相控阵天线子系统。所述方法还可以包括以下步骤:集成被配置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作的电子封装。所集成的电子封装可以包括雷达模块，该雷达模块选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号。所述雷达模块可以被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号。所集成的电子封装还可以包括通信模块，该通信模块选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号。所述通信模块可以被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收通信信号。
【附图说明】
[0006]实施例的下列详细描述参照例示了本公开的具体实施例的附图。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本公开的范围。
[0007]图1是根据实施例的多功能共享孔径(MFSA:multi_funct1n shared aperture)系统的实施例的示意性框图。
[0008]图2是根据实施例的MFSA系统的任务计算机子系统的实施例的示意性框图。
[0009]图3是根据实施例的MFSA系统的调制器/解调制器子系统的实施例的示意性框图。
[0010]图4是根据实施例的MFSA系统的射频(RF)接口子系统和多功能共享相控阵天线子系统的实施例的示意性框图。
[0011]图5是根据实施例的MFSA系统的共享有源相天线阵列子系统的单位单元的实施例的示意性框图。
[0012]图6A是根据实施例的MFSA系统的MFSA共享有源天线或辐射器阵列的实施例的立体图。
[0013]图6B是图6A的、去除了顶部电路板的MFSA共享有源天线或辐射器阵列的立体图。
[0014]图7是根据实施例的包括64个天线元件的MFSA共享有源天线或辐射器阵列的实施例的俯视图。
[0015]图8是根据本公开实施例的MFSA系统的分解立体图。
[0016]图9是根据本公开实施例的、用于设置被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号的MFSA系统的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0017]实施例的下列详细描述参照例示了本公开的具体实施例的附图。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本公开的范围。相同附图标记可以指不同图中的相同部件或组件。
[0018]在此使用特定术语仅仅为了方便，而不应视为针对所述实施例的限制。例如，诸如“近端”、“远端”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”以及“向下”等的词语仅描述图中所示构造或者参照所描述图的取向而使用的相对位置。因为实施例的组件可以按许多不同取向来定位，所以出于例示的目的来使用方向性术语，而绝非进行限制。要明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的详细描述不按限制性含义来进行，并且本发明的范围根据附属权利要求书来限定。
[0019]图1是根据实施例的多功能共享孔径(MFSA)系统100的实施例的示意性框图。如在此所述，该MFSA系统100可以被配置成，发送和接收射频(RF)信号，其可以包括雷达信号或波形、和通信信号或波形。因此，该MFSA系统还可以被称为多功能RF系统。该MFSA系统100可以包括共享有源相控阵天线子系统102，其可以被配置成发送和接收雷达信号和通信信号。参照图5和6，对可以用于共享有源相控阵天线子系统102的共享有源相控阵天线子系统的实施例进行更详细描述。该系统100还可以包括集成电子封装104，该集成电子封装104可以配置用于控制共享相控阵天线子系统102的操作。该集成电子封装104可以包括调制器/解调制器子系统106。参照图3，对可以用于调制器/解调制器子系统106的调制器/解调制器系统的实施例进行更详细描述。该调制器/解调制器系统106可以通过RF接口子系统108联接至共享有源相控阵天线子系统102。参照图4，对可以用于RF接口子系统108的RF接口子系统的实施例进行更详细描述。
[0020]可以将MFSA存储立方体110与调制器/解调制器子系统106相关联，以存储各类信息或数据。参照图3，对可以用于该立方体110的MFSA存储立方体的实施例进行描述。可以由存储立方体110存储的各类信息或数据的示例可以包括，但不必限于:射束操纵控制信息、可以在卸载至另一系统之前通过系统100收集的监视信息、通信网络信息或消息、或者其它信息和数据。
[0021]还可以将时钟和复位单元112与调制器/解调制器子系统106相关联。该时钟和复位单元112可以向调制器/解调制器子系统106提供用于定时该调制器/解调制器子系统106的操作的输入信号。
[0022]该系统100或集成电子封装104还可以包括任务计算机子系统114。该任务计算机子系统114可以被配置用于控制MFSA系统100的其它子系统的操作，并且可以包括一套命令、控制、接口以及数据处理模块116，模块116可以被配置为在功能上集成其它子系统的操作并且控制其它子系统的操作。参照图2，对可以用于任务计算机子系统112的任务计算机子系统的实施例进行更详细描述。
[0023]该任务计算机子系统114可以接收来自全球定位系统(GPS)单元118和惯性测量单元(MU) 120的数据。该GPS和頂U数据可以通过链路122和124从任务计算机子系统114发送至调制器/解调制器子系统106。任务计算机子系统114与调制器/解调制器子系统106之间的其它通信链路或总线的示例可以包括，但不必限于:通用串行总线(USB)接口 126、以太网总线128以及外围组件互连扩展(PCIe)总线130。
[0024]该系统100还可以包括主平台控制接口 132。该主平台控制接口 132提供用于控制任务计算机子系统114的操作和更新任务计算机子系统114的用户接口。
[0025]该系统100可以如在此所述地配置成，提供:在大约15.7吉赫兹(GHz)至大约17.3GHz之间的雷达操作频率范围；和在大约14.4GHz至大约15.35GHz之间的通信操作频率范围。
[0026]图2是可以作为根据实施例的、图1的MFSA系统100的一部分的任务计算机子系统200的实施例的示意性框图。该任务计算机子系统200可以用于图1的任务计算机子系统114。该任务计算机子系统200可以包括多个多核计算模块202，多核计算模块202可以被编译并在处理器202上运行，以执行如下所述的各种功能和操作。多核计算模块202的示例可以包括，但不必限于:雷达激励器处理器206、编队飞行管理器208、天线功率管理器210、雷达分类器模块212、雷达跟踪器模块214、雷达搜索模块216、波形更新管理器218或其它模块220。雷达激励器处理器206可以生成可以通过共享有源相控阵天线子系统102发送的特定雷达信号或波形，以执行对一个或更多个目标或物体的监视或跟踪。编队飞行管理器208可以被配置成，控制用于操作的系统100与其它MFSA系统或RF系统协调或关联。该天线功率管理器210可以被配置成，控制与共享有源孔径天线子系统102相关联的天线元件或辐射器元件的电力量或增益。该雷达分类器模块212可以被配置成，基于通过共享有源相控阵天线子系统102所接收的返回或散射的雷达信号或波形来标识不同目标或物体。雷达跟踪器模块214和雷达搜索模块216可以被配置成，生成用于控制通过系统100生成并且通过共享有源相控阵天线子系统102发送的雷达信号、射束或波形的扫描、方向控制、射束形成以及其它特征的控制信号。波形更新管理器218可以管理可以通过系统100生成并且通过共享有源相控阵天线子系统102发送的不同类型的波形。
[0027]任务计算机子系统200还可以包括多个任务计算机物理接口222。任务计算机物理接口 222的示例可以包括，但不必限于:以太网交换器224、PCIe交换器226、监视存储器228以及防篡改接口 230。监视存储器228可以是非易失性存储器(NVM)。以太网交换器224可以包括平台净荷接口 232，平台净荷接口 232通过第一以太网总线234连接至主平台控制台接口 132。以太网交换器224还可以通过第二以太网总线128连接至调制器/解调制器子系统106。该以太网交换器224还可以通过USB接口总线126连接至调制器/解调制器子系统106。
[0028]PCIe交换器226可以包括平台控制接口 236。该平台控制接口 236可以连接至以太网交换器224以接收来自以太网交换器224的信号，并且还可以通过第一PCIe总线238连接至主平台控制台接口 132。该PCIe交换器226可以通过第二 PCIe总线130连接至调制器/解调制器106。
[0029]该PCIe交换器226还可以包括用于存储和检索监视存储器228上的ISR数据的存储和检索集成监视雷达(ISR)数据接口 240。该PCIe交换器226还可以包括归零接口 242，归零接口 242用于接收来自监视存储器228的、用于归零或复位存储器228中的、安全分析小组可能认为私有的监视信息内存的信号。
[0030]监视存储器228可以存储与目标相关联的监视信息或数据。防篡改接口230可以连接至监视存储器228，以防止篡改监视存储器228中的监视或数据。该监视存储器可以是非易失性存储器。
[0031]任务计算机物理接口222可以接收来自GPS 118和IMU 120的信息或数据，并且分别经由链路122和124将GPS和IMU数据或信息发送至调制器/解调制器子系统106，如前所述。
[0032]图3是可以作为根据实施例的、图1中的MFSA系统100的一部分的调制器/解调制器子系统300和MFSA存储立方体302的实施例的示意性框图。该调制器/解调制器300可以用于图1的调制器/解调制器子系统106，并且该MFSA存储立方体302可以用于MFSA存储立方体110。该MFSA存储立方体302可以包括:射束操纵控制队列304、监视擦除队列306以及通信网络队列308。调制器/解调制器子系统300可以包括射束管理器302。射束管理器302可以被配置成，控制通过共享有源相控阵天线子系统102发送或接收的雷达射束和通信射束的特征，如射束宽度、射束角、扫描、波形特征、RF电力和其它特征。另外，调制器/解调制器子系统300可以主机化通信波形，该通信波形专用于有关接入拒绝RF环境的各种平台任务指配，包括针对以下情况的波形:I)杠杆化(leveraging)扩频技术的低拦截概率、低检测概率(LPI/LPD) ;2)杠杆化高速通信技术的高速信息卸载;3)当在接入拒绝空对空防御(A2AD)环境中操作时的抗干扰技术。射束管理器302可以接收来自MFSA存储立方体302的射束操纵控制队列304的数据和控制信息。射束管理器302可以从系统100的其它组件或子系统(如用于控制这些其它组件或子系统的操作的RF接口子系统108和共享有源相控阵天线子系统102)发送和接收包括射束控制信息的射束控制信号310和包括信道控制信息的信道切换控制信号312。
[0033]调制器/解调制器子系统300还可以包括监视直接雷达卸载控制组件314，其可以接收通过系统100接收的雷达数据或信息316，并且可以将该雷达信息或数据卸载至另一系统。监视直接卸载控制组件314可以在MFSA存储立方体302的检索擦除队列306中存储并检索通过系统100接收的雷达数据和信息316。通过系统100接收的雷达数据或信息316可以临时存储在监视擦除队列306中，并接着在稍后的恰当时间，可以通过监视直接卸载控制组件314卸载(318)至另一系统。
[0034]调制器/解调制器子系统300还可以包括经由以太网总线128连接至任务计算机子系统114的以太网PHY 320或物理层芯片。以太网PHY 320可以将经由以太网总线128从任务计算机子系统114接收的数据和信息转换并传递至通信调制/解调制模块322。通信调制/解调制模块322可以被配置用于调制通过系统100(图1)发送的通信信号，并且用于解调制通过系统100接收的通信信号。例如，调制/解调制模块322可以包括用于四个通信信道(Ch.Ι-α.4)324 的通信阶段中心处理的一信号处理程序或多个程序。通信调制 / 解调制模块 322 可以接收来自通信网络队列308的数据和控制信号，并且可以在通信网络队列308中存储数据和控制信息。
[0035]调制/解调制子系统300可以包括用于经由PCIe总线130从和向任务计算机子系统114接收和发送数据、控制信号以及信息的PCIe交换器326 JCIe交换器326可以将从任务计算机子系统114接收的射束操纵控制信息328发送至射束管理器302，并且可以从射束管理器302接收任何返回数据或信息。PCIe交换器326还可以将来自任务计算机子系统114的通信控制数据和信息330发送至通信调制/解调制模块322，并且可以接收任何返回数据或信息。PCIe交换器326还可以将从任务计算机子系统114接收的射束控制信息332发送至导航射束计算机334，并且可以接收任何返回数据或信息。导航射束计算机334还可以接收GPS数据118和MU数据120 JCIe交换器326还可以包括用于经由PCIe总线130向和从任务计算机子系统114发送和接收雷达数据和信息的端口 335。
[0036]调制器/解调制器子系统300还可以包括雷达调制/解调制模块336。调制/解调制模块336可以被配置用于调制通过系统100(图1)发送的雷达信号，并且用于解调制通过系统100接收的雷达信号。例如，调制/解调制模块336可以包括用于四个雷达信道(Ch.Ι-α.4)338 的雷达阶段中心处理的一信号处理程序或多个程序。
[0037]调制器/解调制器子系统300另外可以包括雷达解调制数据处理模块340。该雷达解调制数据处理模块连接至雷达调制/解调制模块336，并且可以处理从雷达调制/解调制模块336接收的雷达信号或数据。雷达解调制数据处理模块340可以包括用于控制卸载通过系统100接收并处理的雷达信息344的雷达卸载组件342。雷达解调制数据处理模块340可以包括针对用于向监视直接卸载控制组件314并且向PCIe交换器326发送雷达数据和信息316的雷达信道1-4的端口 344。该端口 344还可以从PCIe交换器326的端口 335发送和接收雷达数据和信息。PCIe交换器326可以向和从雷达解调制数据处理模块340和任务计算机子系统114发送和接收雷达数据和信息。
[0038]雷达解调制数据处理模块340还可以包括激励器构造组件346和雷达解调制存储部348。激励器构造组件346可以生成用于通过系统100生成的特定雷达波形或信号。雷达解调制存储部348可以存储雷达数据和信息。
[0039 ]图4是可以作为根据实施例的、图1中的MFSA系统100的一部分的、射频(RF)接口子系统400和多功能共享相控阵天线子系统402的实施例的示意性框图。RF接口子系统400可以用于图1中的RF接口子系统108，而共享有源相控阵天线子系统402可以用于共享相控阵天线子系统102 AF接口子系统400可以包括通信RF交换器404和雷达RF交换器406。通信RF交换器可以从通信调制/解调制模块322发送和接收通信信号。与前述类似的是，通信调制/解调制模块322可以包括针对四个通信信道(通信信道1-4)的通信阶段中心处理324a-324do
[0040] RF雷达交换器406可以从雷达调制/解调制模块336发送和接收雷达信号。与前述类似的是，雷达调制/解调制模块336可以包括针对四个通信信道(雷达信道1-4)的雷达阶段中心处理338a-338d。
[0041 ] RF接口子系统400还可以包括连接至通信RF交换器404和雷达RF交换器406的雷达/通信交换器408。雷达/通信交换器408的输出连接至共享有源相控阵天线子系统402。
[0042]共享有源相控阵天线子系统402可以包括多个天线拼块(tile)410a-410d。例如，共享有源相控阵天线子系统402可以包括四个天线拼块410a-410d。共享相控阵天线子系统402可以包括处于大约16个至大约128个之间的天线元件。根据一个实施例，共享相控阵天线子系统402包括64个天线元件。参照图5，对可以用于共享有源相控阵子系统102或402的共享有源相控阵天线子系统的天线拼块的单位单元的实施例的框图进行更详细描述，并且参照图6A和6B，对可以用于共享有源相控阵天线子系统102或402的MFSA共享有源天线或辐射器阵列或阵列的一部分的实施例进行描述。
[0043]雷达/通信交换器408和通信RF交换器404和雷达RF交换器406可以响应于来自调制器/解调制器子系统300(图3)的射束管理器302的信道切换控制信号312而操作或控制。因此，通信阶段中心处理信道324a-324d或雷达阶段中心处理信道338a-338d中的一特定信道可以响应于该信道切换控制信号312，而选择性地连接至共享有源相控阵天线子系统402的特定天线拼块410a-410d。通过共享有源相控阵天线子系统402生成的射束的特殊特征可以基于来自射束管理器302的射束控制信号310或多个信号来确定。
[0044]图5是根据实施例的MFSA系统的共享有源相天线阵列子系统的单位单元500的实施例的示意性框图。该单位单元500可以用于或者可以作为共享有源相控阵天线子系统402的天线拼块410a-410d之一的一部分。单位单元500可以包括射束形成器模块502。射束形成器模块502可以被配置成生成具有特殊特征(如特定射束宽度和形状或辐射图案等)的通信射束或雷达射束。射束形成器模块502的输出连接至功率放大器504。该功率放大器可以放大通信信号或雷达信号。功率放大器(PA)504连接至RF交换器506 AF交换器506可以操作以将来自功率放大器的通信信号或雷达信号连接至第一天线元件508或第二天线元件510。第一天线元件508和第二天线元件510可以限定被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号的共享孔径512。
[0045]通过共享孔径512接收的雷达信号或通信信号可以根据信号的类型而连接至第一低噪声放大器(LNA) 514或第二低噪声放大器516。每一个低噪声放大器514和516的输出可以连接至射束形成器502。
[0046]图6A是根据实施例的MFSA系统的MFSA共享有源天线或辐射器阵列600的实施例的立体图。图6B是图6A的、去除了顶部电路板的MFSA共享有源天线或辐射器阵列的立体图。MFSA共享有源天线或辐射器阵列600可以用于图1中的共享有源相控阵天线子系统102或图4的共享有源相控阵天线子系统402。在图6的实施例中，MFSA共享有源天线或辐射器阵列600包括四个相邻天线拼块602a-602d。共享有源相控阵天线子系统102或402可以包括多个共享有源天线或辐射器阵列600。天线拼块602a-602d还可以称为天线元件或辐射器元件。图6A和6B所示的示例性天线拼块602a-602d在形状上被示出为六边形，然而在其它实施例中可以使用其它形状，如根据可以使用MFSA共享有源天线阵列600的环境的方形、矩形或其它形状。所述多个天线拼块602a-602d可以彼此相邻设置或放置。每一个天线拼块602a-602d都可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径604a-604d。在每一个相邻拼块602a-602d之间设置间隙区606。在图6中用虚线描绘了间隙区606。用于电力或RF电力、RF信号、数据或其它信息中的至少一个的分配网络609可以驻留在上电路板608上的、相邻天线拼块602a-602d之间的间隙区606内。根据实施例，用于电力或RF电力、RF信号、数据或其它信息中的每一个的分配网络可以设置在相邻天线拼块602a-602d之间的间隙区606内。
[0047]共享相控阵天线子系统可以包括上电路板608和下电路板610。相邻天线拼块602a-602d可以形成在上电路板608与下电路板610之间。可以将一组微带传送线612设置在相邻天线拼块602a-602d之间的间隙区内606内、在上电路板608上。微带传送线612可以互连所述多个天线拼块602a-602d，以供RF电力分配或者出于其它目的。传送线612可以限定分配网络609。用于电力或RF电力、RF信号、数据或其它信息中的至少一个的另一分配网络611还可以驻留在下电路板610上、相邻天线拼块602a-602d之间的间隙区内。
[0048]每一个天线拼块602a_602d可以包括由导电材料制成的中心插脚614，该中心插脚614在下电路板610与上电路板608之间延伸。每一个中心插脚614的端部616可以通过上电路板608中的通孔或开孔618暴露。通孔罩620可以环绕每一个中心插脚614在下电路板610与上电路板608之间延伸。每一个通孔罩620可以包括环绕中心插脚614的周边或边界的、由导电材料制成的多个插脚622，在相邻插脚622之间具有预定间距或距离“D”。每一个通孔罩620的插脚622可以距所关联的中心插脚614预设距离。该罩620可以环绕中心插脚614形成圆形，在围绕环绕中心插脚614的周边的相邻插脚622之间具有间距“D”，并且每一个插脚622可以距所关联的中心插脚614预设半径。通孔罩620还可以是其它形状，如根据希望操作特征的方形、矩形、六边形或其它形状。采用图6的实施例所示的圆形构造的通孔罩620可以充任圆形波导。
[0049]每一个天线拼块602a-602d还可以包括一馈线624或一对馈线624，其在通孔罩620内在下电路板610与上电路板608之间延伸。可以将辐射器探针626设置在每一个天线拼块602a-602d的下电路板610上，并且连接至每一个馈线624。
[0050]每一个天线拼块602a_602d可以包括多条边或四条边，并且因分配网络609或网络处于相邻天线拼块602a-602d之间的间隙区606内，而可被配置用于沿任何平面方向扩缩(scaling)。因此，共享相控阵天线子系统600可通过沿任何平面维度添加或去除相邻天线拼块602a-602d来扩缩。相邻天线拼块的中心之间的间距可以大约为一半波长(λ/2)。共享相控阵天线子系统600包括可通过添加或去除天线拼块来扩缩的构造，以向并行通信网络链路提供如下各项中的至少一种:预定操作范围、预定操作速率、特定隐身(stealth)检测概率、抗干扰能力、以及自适应性。
[0051]图7是根据实施例的包括64个天线拼块702的MFSA共享有源天线阵列或辐射器阵列的实施例的俯视图。天线拼块702还可以被称为天线元件或辐射器元件。每一个天线拼块702可以类似于图6A-6B中的天线拼块602a-602b。所述多个天线拼块702可以彼此相邻设置或放置。每一个天线拼块702可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径704。与图6A和6B中的间隙区606类似地，将间隙区706设置在相邻拼块702之间。用于电力或RF电力、RF信号、数据或其它信息中的至少一个的分配网络709可以驻留在相邻天线拼块702之间的间隙区706内。根据实施例，用于电力或RF电力、RF信号、数据或其它信息中的每一个的分配网络可以设置在相邻天线拼块702之间的间隙区706内。
[0052]图8是根据本公开实施例的MFSA系统800的分解立体图。图1中的MFSA系统100和参照图2-图6A和图6B描述的示例性组件或子系统可以在MFSA 800中具体实施。MFSA系统800可以包括包含多个层或多层格型结构的结构。例如，电子封装802可以包括与共享相控阵天线子系统804相邻或在其后的多层格型结构。如前所述，共享相控阵天线子系统804可以包括彼此层叠的多个电路板。图1中的示例性电子封装104可以在电子封装802中具体实施，并且可以包括:任务计算机子系统114、调制器/解调制器子系统106和RF接口子系统108。共享有源相控阵天线子系统102和600可以在共享相控阵天线子系统804中具体实施。
[0053]图9是根据本公开实施例的、用于设置被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号的MFSA系统的方法900的实施例的流程图。在框902中，可以设置被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号的共享相控阵天线子系统。框902可以包括参照框904-910描述的功能和操作。
[0054]在框904中，可以彼此相邻放置多个天线拼块。每一个天线拼块可以包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径。在框906中，可以在相邻拼块之间设置间隙区。
[0055]在框908中，可以将用于针对所述多个天线拼块中的每一个的电力或RF电力、RF信号和/或数据的分配网络设置在相邻天线拼块之间的间隙区内。根据另一实施例，可以在相邻天线拼块之间的间隙区内，设置用于所述多个天线拼块的电力或RF电力分配、RF信号、数据分配或其它信息分配中的每一个的分配网络。
[0056]在框910中，共享相控阵天线子系统可以通过沿任何平面方向添加或去除相邻天线拼块来扩缩。
[0057]在框912，可以设置被配置用于控制共享相控阵天线系统的操作的集成电子封装。
[0058]在框914中，可以将集成电子封装的雷达模块经由RF接口子系统联接至共享相控阵天线子系统。在框916中，可以将集成电子封装的通信模块经由RF接口子系统联接至共享相控阵天线子系统。RF接口子系统可以接收这样的控制信号，其用于选择性地将雷达模块或通信模块联接至用于分别发送和接收雷达信号或通信信号的共享相控阵天线子系统。该控制信号可以通过与在此描述的任务计算机子系统类似的任务计算机子系统来提供。
[0059]而且，本公开包括根据下列条款的实施例:
[0060]条款丨、一种多功能射频(RF)系统(100)，该多功能射频系统包括:共享相控阵天线子系统(102、402、600)，该共享相控阵天线子系统(102、402、600)被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号;和集成电子封装(104)，该集成电子封装(104)被配置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作，所述集成电子封装包括调制器/解调制器子系统(106、300)，所述调制器/解调制器子系统(106、300)包括:雷达模块(336)，该雷达模块(336)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号，所述雷达模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号；和通信模块(322)，该通信模块(322)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号，所述通信模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收通信信号。
[0061 ]条款2、根据条款I所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)包括:多个天线拼块(4103-410(1、6023-602(1)，所述多个天线拼块(41(^-410(1、6023-602(1)彼此相邻设置，每一个天线拼块包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径(604a-604d);间隙区(606)，该间隙区(606)位于相邻拼块之间；以及分配网络(609)，该分配网络(609)用于针对所述多个拼块的电力、RF信号以及数据中的每一个，所述分配网络驻留在相邻拼块之间的所述间隙区中。
[0062]条款3、根据条款2所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)还包括:上电路板(608);和下电路板(610); —组微带传送线(612)，该组微带传送线(612)设置在相邻拼块之间的所述间隙区内、在所述上电路板上，并且互连所述多个天线拼块用于电力分配，其中，每一个天线拼块(602a-602d)包括:中心插脚(614)，该中心插脚(614)由导电材料制成，所述中心插脚(614)在所述下电路板与所述上电路板之间延伸，所述中心插脚(614)的端部(616)通过在所述上电路板(608)中的通孔(618)而暴露;通孔罩(620)，该通孔罩(620)在所述中心插脚周围在所述下电路板与所述上电路板之间延伸；馈线(624)，该馈线(624)在所述通孔罩内在所述下电路板与所述上电路板之间延伸；以及辐射器探针(626)，该辐射器探针(626)设置在所述下电路板上并且连接至所述馈线。
[0063]条款4、根据条款2所述的系统，其中，每一个天线拼块(602a_602d)包括多个边，并且因驻留在相邻拼块之间的所述间隙区(606)内的、用于电力、RF通信以及数据中的至少一个的所述分配网络(609)，而能够被配置用于沿任何平面方向扩缩。
[0064]条款5、根据条款4所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)能够通过沿任何平面维度添加相邻天线拼块(602a-602d)来扩缩。
[0065]条款6、根据条款2所述的系统，其中，相邻天线拼块(602a_602d)的中心之间的间距大约是提供预定扫描能力的波长的一半。
[0066]条款7、根据条款2所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(600)包括能够通过添加或去除天线拼块(602a-602d)来扩缩的构造，以向并行通信网络链路提供下列中的至少一个:预定操作范围、预定操作速率、特定隐身检测概率、抗干扰能力以及自适应性。
[0067]条款8、根据条款I所述的系统，其中，所述电子封装(802)包括与所述共享相控阵天线子系统(804)相邻的多层格型结构。
[0068]条款9、根据条款I所述的系统，其中，所述系统的雷达操作频率处于大约15.7GHz至大约17.3GHz之间，而所述系统的通信操作频率处于大约14.4GHz至大约15.35GHz之间。
[0069]条款10、根据条款I所述的系统，所述系统还包括:RF接口子系统(108,400),该RF接口子系统(108，400)被配置成选择性地将所述雷达模块(336)或所述通信模块(322)联接至所述共享相控阵天线子系统(402)。
[0070]条款11、根据条款I所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(700)包括处于大约16个天线元件(702))至大约128个天线元件(702)之间的天线元件(702)。
[0071]条款12、根据条款I所述的系统，所述系统还包括:任务计算机子系统(114、200)，该任务计算机子系统(114、200)与所述调制器/解调制器子系统(106)相关联，所述任务计算机子系统包括用于控制所述系统的操作的命令和控制模块(116)、接口模块(116)以及数据处理模块(116)。
[0072]条款13、一种共享相控阵天线子系统(402、600)，该共享相控阵天线子系统(402、600)包括:彼此相邻设置的多个天线拼块(410a-410d、602a-602d)，每一个天线拼块包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径(604a-604d);相邻拼块之间的间隙区(606);以及分配网络(609)，该分配网络(609)用于针对所述多个拼块的电力、射频(RF)信号以及数据中的至少一个，所述分配网络驻留在相邻拼块之间的所述间隙区中。
[0073]条款14、根据条款13所述的子系统，所述子系统还包括:上电路板(608);下电路板(610);以及一组微带传送线(612)，该组微带传送线(612)设置在相邻拼块(602a-602d)之间的所述间隙区(606)内、在所述上电路板上，并且互连所述多个天线拼块用于电力分配，其中，每一个天线拼块(602a_602d)包括:中心插脚(614)，该中心插脚(614)由导电材料制成，该中心插脚(614)在所述下电路板与所述上电路板之间延伸，所述中心插脚(614)的端部(616)通过所述上电路板(608)中的通孔(618)暴露;通孔罩(620)，该通孔罩(620)在所述中心插脚周围在所述下电路板与所述上电路板之间延伸;馈线(624)，该馈线(624)在所述通孔罩内、在所述下电路板与所述上电路板之间延伸；以及辐射器探针(626)，该辐射器探针设置在所述下电路板上并且连接至所述馈线。
[0074]条款15、根据条款13所述的子系统，其中，每一个天线拼块(602a_602d)包括多个边，并且因用于电力、RF通信以及数据中的至少一个的、驻留在相邻拼块之间的所述间隙区(606)内的所述分配网络，而可被配置用于沿任何平面方向扩缩。
[0075]条款16、根据条款15所述的子系统，其中，该共享相控阵天线子系统(102、402、600)能够通过沿任何平面维度添加或去除相邻天线拼块(602a-602d)来扩缩。
[0076]条款17、一种用于发送和接收雷达信号和通信信号的方法(900)，该方法(900)包括以下步骤:设置(902)共享相控阵天线子系统(102、402、600)，该共享相控阵天线子系统(102、402、600)被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号；以及设置(912)集成电子封装
(104)，该集成电子封装(104)被配置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作，所述集成电子封装包括:雷达模块(336)，该雷达模块(336)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号，所述雷达模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统发送和接收雷达信号，和通信模块(322)，该通信模块(322)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号，所述通信模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统发送和接收通信信号。
[0077]条款18、根据条款17所述的方法，所述方法还包括以下步骤:放置(904)多个天线拼块(4103-410(1、6023-602(1)，所述多个天线拼块(41(^-410(1、6023-602(1)彼此相邻，每一个天线拼块包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径(604a-604d);设置(906)间隙区(606)，该间隙区(606)在相邻拼块之间；以及放置(908)分配网络(609)，该分配网络(609)在相邻拼块之间的所述间隙区内，用于针对所述多个天线拼块的电力、射频RF通信以及数据中的至少一个。
[0078]条款19、根据条款18所述的方法，其中，每一个天线拼块(602a_602d)包括多个边，所述方法还包括以下步骤:通过放置(908)在相邻拼块之间的所述间隙区(606)内的、用于电力、RF通信以及数据中的至少一个的所述分配网络(609)，而沿任何平面方向扩缩(910)所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)。
[0079]条款20、根据条款18所述的方法，所述方法还包括以下步骤:通过沿任何平面维度添加相邻天线拼块来扩缩(910)所述共享相控阵天线子系统。
[0080]附图中的流程图和框图例示了根据本发明的各个实施例的系统、方法以及计算机程序产品的可能实现的架构、功能以及操作。在这点上，该流程图或框图中的每一个框都可以表示模块、区段、或指令的一部分，其包括用于实现所指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些另选实现中，该框中提到的功能可以出现在图中所提到的次序之外。例如，根据所涉及功能，接连示出的两个框事实上可以大致同时执行，或者这些框有时可以按逆序执行。还应注意到，这些框图和/或流程图例示中的每一个框以及这些框图和/或流程图例示中的框的组合，可以通过执行该指定功能或行为，或者执行专用硬件与计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
[0081 ]在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不是旨在对本发明的实施例进行限制。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该/所述”同样旨在包括多数形式，除非上下文另外进行了明确指示。还应明白，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在规定特征、整数、步骤、操作、部件和/或组件，而非排除存在或增加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、部件、组件和/或其组合。
[0082]所附权利要求书中的所有装置或步骤加功能部件的对应结构、材料、行为以及等同物旨在包括用于结合如具体要求保护的其它要求保护的部件来执行该功能的任何结构、材料或行为。已经出于例示和描述的目的，呈现了本发明的描述，但不是旨在排它或按所公开的形式限制成本发明的实施例。在不脱离本发明的实施例的范围和精神的情况下，本领域普通技术人员应当明白许多修改例和变型例。选择并描述实施例，以便最佳地说明本发明的实施例的原理和实践应用，并且使得本领域普通技术人员能够针对具有如适于预期特定用途的各种修改例的各种实施例来理解本发明的实施例。
[0083]尽管在此已经例示并描述了具体实施例，但本领域普通技术人员清楚的是，被设想以实现同一目的的任何步骤结构都可以用所示具体实施例来替代，并且本发明的实施例在其它环境中具有其它应用。本申请旨在覆盖本发明的任何修改或改变。所附权利要求书绝不是旨在将本发明的实施例的范围限制成在此描述的具体实施例。
【主权项】
1.一种多功能射频RF系统(100)，该多功能射频RF系统(100)包括: 共享相控阵天线子系统(102、402、600)，该共享相控阵天线子系统(102、402、600)被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号；以及 集成电子封装(104)，该集成电子封装(104)被配置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作，所述集成电子封装包括调制器/解调制器子系统(106、300)，所述调制器/解调制器子系统(106、300)包括: 雷达模块(336)，该雷达模块(336)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号，所述雷达模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号，以及 通信模块(322)，该通信模块(322)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号，所述通信模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收通?目?目号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)包括: 多个天线拼块(410&-410(1、6023-602(1)，所述多个天线拼块(41(^-410(1、6023-602(1)彼此相邻设置，每一个天线拼块包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径(604a-604d)； 间隙区(606)，该间隙区(606)位于相邻拼块之间；以及 分配网络(609)，该分配网络(609)用于针对所述多个拼块的电力、RF信号以及数据中的每一个，所述分配网络驻留在相邻拼块之间的所述间隙区中。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)还包括: 上电路板(608);以及 下电路板(610); 一组微带传送线(612)，该组微带传送线(612)设置在所述上电路板上、在相邻拼块之间的所述间隙区内，并且互连所述多个天线拼块用于电力分配， 其中，每一个天线拼块(602a-602d)包括: 中心插脚(614)，该中心插脚(614)由导电材料制成，所述中心插脚(614)在所述下电路板与所述上电路板之间延伸，所述中心插脚(614)的端部(616)通过在所述上电路板(608)中的通孔(618)而暴露； 通孔罩(620)，该通孔罩(620)在所述中心插脚周围在所述下电路板与所述上电路板之间延伸； 馈线(624)，该馈线(624)在所述通孔罩内在所述下电路板与所述上电路板之间延伸；以及 辐射器探针(626)，该辐射器探针(626)设置在所述下电路板上，并且连接至所述馈线。4.根据权利要求2所述的系统，其中，每一个天线拼块(602a-602d)包括多个边，并且因驻留在相邻拼块之间的所述间隙区(606)内的、用于电力、RF通信以及数据中的至少一个的所述分配网络(609)，而能够被配置用于沿任何平面方向扩缩。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)能够通过沿任何平面维度添加相邻天线拼块(602a-602d)来扩缩。6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统具备下列中的至少一个: 相邻天线拼块(602a-602d)的中心之间的间距大约是提供预定扫描能力的波长的一半；以及 所述共享相控阵天线子系统(600)包括能够通过添加或去除天线拼块(602a-602d)来扩缩的构造，以向并行通信网络链路提供下列中的至少一个:预定操作范围、预定操作速率、特定隐身检测概率、抗干扰能力以及自适应性。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统具备下列中的至少一个: 所述电子封装(802)包括与所述共享相控阵天线子系统(804)相邻的多层格型结构； 所述系统的雷达操作频率处于大约15.7GHz至大约17.3GHz之间，而所述系统的通信操作频率处于大约14.4GHz至大约15.35GHz之间；以及 所述共享相控阵天线子系统(700)包括大约16个天线元件(702)至大约128个天线元件(702)之间的天线元件(702)。8.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括: RF接口子系统(108，400)，该RF接口子系统(108，400)被配置成选择性地将所述雷达模块(336)或所述通信模块(322)联接至所述共享相控阵天线子系统(402)。9.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括: 任务计算机子系统(114、200)，该任务计算机子系统(114、200)与所述调制器/解调制器子系统(106)相关联，所述任务计算机子系统包括用于控制所述系统的操作的命令和控制模块(116)、接口模块(116)以及数据处理模块(116)。10.—种用于发送和接收雷达信号和通信信号的方法(900)，该方法(900)包括以下步骤: 设置(902)共享相控阵天线子系统(102、402、600)，该共享相控阵天线子系统(102、402、600)被配置用于发送和接收雷达信号和通信信号；以及 设置(912)集成电子封装(104)，该集成电子封装(104)被配置用于控制所述共享相控阵天线子系统的操作，所述集成电子封装包括: 雷达模块(336)，该雷达模块(336)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收雷达信号，所述雷达模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收雷达信号，以及 通信模块(322)，该通信模块(322)选择性地联接至所述共享相控阵天线子系统以发送和接收通信信号，所述通信模块被配置成通过所述共享相控阵天线子系统来发送和接收通?目?目号。11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括以下步骤: 放置(904)多个天线拼块(4103-410(1、6023-602(1)，所述多个天线拼块(41(^-410(1、602a-602d)彼此相邻，每一个天线拼块包括用于发送和接收雷达信号和通信信号的有源相控阵孔径(604a-604d); 设置(906)间隙区(606)，该间隙区(606)在相邻拼块之间；以及 放置(908)分配网络(609)，该分配网络(609)在相邻拼块之间的所述间隙区内，用于针对所述多个天线拼块的电力、射频RF通信以及数据中的至少一个。12.根据权利要求11所述的方法，其中，每一个天线拼块(602a-602d)包括多个边，所述方法还包括以下步骤: 通过放置(908)在相邻拼块之间的所述间隙区(606)内的、用于电力、RF通信以及数据中的至少一个的所述分配网络(609)，而沿任何平面方向扩缩(910)所述共享相控阵天线子系统(102、402、600)。13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤: 通过沿任何平面维度添加相邻天线拼块来扩缩(910)所述共享相控阵天线子系统。
【文档编号】H01Q21/29GK106019233SQ201610089971
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月17日
【发明人】M·A·皮茨, J·A·纳瓦罗, L·蔡
【申请人】波音公司