专利名称：平台上的小型的可共形的宽带行波天线的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及射频天线，且具体地，涉及弯曲平台上的小共形 宽带天线。发明背景能够与弯曲平台共形的的小宽带天线对军事和商业应用来说已经曰 益变得更加重要。无线系统的扩散和对高速度的需要推动了宽带需求。天 线的小的程度可由其工作自由空间波长来衡量；通常，如果天线的最大维 度小于1/2自由空间波长，则天线是电小的(electrically small),特别是， 如果为宽带宽天线，则要求，例如，其最大维度小于1/2自由空间波长超 过20%。可共形特征，其被定义为对于安装天线的平台的表面具有最小的 突出(protrusion)和突入(intrusion)，是期望的且甚至是必须的，特别是对于 才几载平台(airborne platform )更是如jt匕。目前，对于天线来说，宽带和小型化/可共形性的要求是本质上矛盾的。 天线的带宽受到它的尺寸、形状和周围物体干扰的限制。虽然从20世纪50年代后到60年代，已经发明了非频变(FI)类天线，且充分地在文献 (例如，DuHamel和Scherer， 1993; Mayes， 1988)中记载，但是，这些 天线的设计没有涉及到其可共形性，也没有涉及它们的安装平台，而这两 者都限制了天线的尺寸和形状，以及天线的辐射性质。应注意，天线必须 与馈电线缆和收发机连接，而这是不能忽视的实际的平台，特别当平台(且 因此天线)是电小时更是如此。1970年左右， 一种被称作微带贴片天线的共形天线被发明出来，该共 形天线具有一个地平面作为它的设计的一部分，这样，该共形天线适合安 装在具有传导或非传导表面的平台上。不过，微带贴片天线是窄带天线。 又用了 20年的时间，才发明了宽带微带贴片天线。这种宽带微带贴片天 线是螺旋模式微带(SMM)天线(Wang和Tripp， 1991; Wang和Tripp， 1994)。自从1990年以来，SMM天线取得了相当大的进步(Wang, 2000; Wang等人，2006);且形成了使用平面FI天线，特别是微型化慢波(SW) 天线(Wang和Tillery， 2000)的另外的技术。除了高达10:I或更高的倍 频程带宽以外，这些天线中的辐射特征的多样性提供了诸如双极化这样的 多功能的独特的能力，这在其它的天线中很少能够得到。从微带贴片天线到SMM天线到SW天线，这些取得专利的设计的共 同特征是包含一相当平坦的地平面，该地平面^皮;攻置成非常靠近且平行于 一相当平坦的表面辐射器。在这些天线中包含传导地平面使它们适合于共 形地安装在诸如飞机或地面交通工具等平台的表面上。然而，对于不规则 形状的，和/或具有小尺寸且小曲率半径(就工作波长而言)的平台，这些 天线还远远不能满足大部分可共形性的需求。而且，天线的增益带宽从根本上受它的电尺寸(即，波长尺寸)的限 制；因此，当天线为电小时，很难获得宽带。这个由于天线尺寸导致的天 线增益带宽限制理论是60年前(1948)由Chu建立的。自从那以后，许多在意的观点。今天，给定尺寸天线的增益带宽限制的Chu方程式实质上并未 改变。最近，本发明者注意到，当把Chu理论应用于真实世界的问题时的一些主要的缺点和含糊处(Wang, August 2005; Wang， March 2006 )。 Chu 理论的这些严重的缺点根源于它的基础的假设，该假设过窄且与多数的实 际的问题不相符。首先，天线是很少被隔离在空间的物体；当它被安装在 平台上时，它的特定的尺寸变得不明确。因为天线通常连接到给收发机馈 电的传输线，所以它的长度和尺寸并不明确，特别是当它是电小时更是如 此。实际上，在一些电小天线的设计中，主要的辐射器是平台或者收发机， 而不是天线本身。其次，在Chu理论中，天线问题被限制性地由公式表示为(严格的说， 不适当的)具有外部匹配网络的天线，且在它们与收发机之间存在单端口 连接。利用天线孔径中的匹配结构或者使用多端口将产生不服从Chu限制 的问题。第三，因为Chu理论是基于Q (品质因数)和带宽之间的反向关系， 而随着Q减少到约4以下时，上述反向关系快速地变为无效，所以Chu 理论仅可用于高Q的窄带天线。因此，Chu理论对于通常为非谐振类型的 宽带(低Q)天线是完全不适用的。第四，不切实际的零耗散损耗的假设，使Chu理论不适用于那些以耗 散损耗为'J 、代价来对增益带宽进行优化的设计方法。本发明者在先前提到的两篇论文中指出，共形行波(TW)天线，诸如 SMM天线和SW天线，不服从过度限制性的Chu限制。对于这些共形TW 天线，大于10: 1的且超过所述的Chu限制的倍频程带宽(定义为工作带 宽的上限和下限的比率)是切实可行的。上频限方面的实际带宽限制主要 是由于天线的辐射性质(图案和极化)的缘故；且下频限的实际的带宽限 制是由于其阻抗的缘故。然而，这些超越Chu限制的共形TW天线受限于SMM天线和SW天 线，这两种天线有传导地平面和相当平坦的且恒定距离间隔开的辐射器。 最近，被发明者设计了本发明，本发明可能具有优于以前的技术方法的性 能和/或形状因子。此外，本发明是一种创新，其获得了小尺寸的弯曲表面的给定平台的宽带和可共形性，还通过将行波耦合平台的表面以产生工作频率的低端的 辐射，来减少天线的尺寸。发明概述本发明是一种克服给定尺寸的天线的基础增益带宽限制的新颖的解决方案，其通过使用行波(TW)天线并将其与安装平台强耦合来扩大天线的 有效尺寸。本发明的优选形式包括总体上为曲线的且与所述平台共形的传 导地表面、位于所述地表面之上并与之间隔开的宽带TW表面辐射器、在 表面辐射器和传导地表面之间的阻抗匹配结构，以及位于所述表面辐射器 外围上的电抗阻抗匹配网络。所述表面辐射器由缝隙阵列组成，且总体上是曲线的，除了在表面辐 射器的靠近所述地表面的外围处，所述表面辐射器与所述地表面间隔多于 0.01TW波长。所述表面辐射器的一个曲线维度在长度上至少为O.ITW波 长，以便支持经由所述缝隙阵列辐射所期望的天线图案的所述行波。表面 辐射器在中央区域有一簇中间馈电部分，其连接到给发射机/接收机馈电的 线缆。位于表面辐射器和地表面之间的阻抗匹配结构产生具有所期望的宽 带辐射性质的一种或多种^f莫式的行波的传播。分布式电抗阻抗匹配网络位 于表面辐射器的外围，以产生具有所期望的宽带辐射性质的所述TW到所 迷平台上的传播。表面辐射器源自一平面宽带天线，优选地为平面非频变(FI)类型，该 平面宽带天线通过弯曲和伸展按照径向共形投影而将其轮廓调整为与所 期望的共形表面相符，且在从截断的平面宽带或FI天线到与所述平台共形 的弯曲表面过程中，保持其径向维度。平面FI天线可以为对数周期(LP) 型，自互补型，正弦型，等。可以添加用于表面辐射器的一个或多个电介 质层或磁电介质衬底或覆盖层，以减小天线的尺寸，或增加天线的带宽。本发明的新颖性在于克服了给定尺寸和形状的天线的基础增益带宽 限制的明智而筒单的解决方案。本发明来源于对这个领域中的完全确立的理论的缺点的深刻理解。通过使用行波天线，并将其与安装天线的平台强 耦合，天线的有效尺寸被扩大，且因此天线增益带宽被增强。本发明将要 克服安装在平台上的天线的频率带宽限制，特別是克服对频率的下限的限 制。本发明是一种用于安装在弯曲平台上的电小共形宽带天线。(如下文中所使用的，"电小"在天线理论中通常是指1/2自由空间波长或更短的线 性维度。因此，"电小天线"，是指最大线性维度是1/2自由空间波长的或 者更短的天线。)它的低的轮廓和共形形状使其适合安装或集成在小曲率 半径的弯曲平台上且有最小的突入和/或突出。天线和其安装平台作为天线 /平台组件而被共同考虑和设计，从而利用天线和其安装平台之间的交互作 用，以获得宽带，可共形性和小型化的特点，特别是当天线的最大维度小 于例如1/2波长时更是如此。本发明的优选的形式包括通常是曲线的且与 所述平台共形的传导地表面、位于所述地表面以上且有一定间隔的宽带行 波(TW)表面辐射器、在表面辐射器和传导地表面间的阻抗匹配结构，以及 位于所述表面辐射器的外围的电抗性阻抗匹配网络。所述表面辐射器包括缝隙阵列，且并通常为曲线的，且除了在所述表 面辐射器靠近所述地表面的外围处，所述表面辐射器与所述地表面间隔多 于0.01TW波长。(这里，TW波长是指所期望的传播的TW的波长。)表 面辐射器的至少一个曲线维度在长度上至少为O.ITW波长，以支持经由缝 隙阵列辐射所期望的天线图案的TW。表面辐射器在中央区域具有一簇中 间馈电部分，其与给发射机/接收机馈电的线缆连接。位于表面辐射器和地表面之间，且位于所述中间馈电部分和表面辐射 器的外围之间的阻抗匹配结构，产生具有所期望的宽带辐射性质且具有最 小反射的一个或多个才莫式的TW的传播。分布式电抗阻抗匹配网络位于所 述表面辐射器的外围处，以产生所述TW到平台上的传播，来获得整个天 线/平台组件的所期望的宽带辐射特性，并具有最小反射。表面辐射器来源于一平面宽带天线，优选地，源于一平面非频变(FI) 型宽带天线，通过弯曲和伸展，该平面宽带天线的轮廓被调整到所期望的 共形表面。换句话说，表面辐射器是从一截断的平面宽带或FI天线到与所述平台共形的弯曲表面的径向共形投影，且保持其径向维度。(径向维度 或径向距离被定义为，从中间馈电部分的中心沿着表面辐射器的曲线表面 向外到表面辐射器上的一点所测量的长度。)平面FI天线已经很好地被记录于文献中(DuHamel和Scherer, 1993; Mayes,1988)，其可以是对数周期(LP) 型，自互补型，正弦型，等。TW天线的馈电部分包括一对或更多对传输线，其可以支持不同的辐 射模式和/或双正交极化的或圓极化。 一个或多个电介质层或磁电介质 (magneto-dielectric )衬底可被安置于地表面和表面辐射器之间，或作为 覆盖层放置于表面辐射器之上，或一个或多个电介质层或磁电介质衬底被 安置于地表面和表面辐射器之间且作为覆盖层放置于表面辐射器之上，以 进一步减少天线尺寸，或增加天线带宽，特别是天线带宽的下限。
图1示出了安装于非常弯曲的平台上的天线的平面视图；图2A示出了安装于非常弯曲的平台上的小共形宽带TW天线的平面 视图；图2B示出了图2A中所示的天线/平台在A-A'平面截取的横截面视图；图2C图解说明了在保持径向维度下， 一平面结构到一弯曲表面的径 向共形投影的几何构造；图3示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的平面宽带缝隙 阵列；图4A示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的正方形平面 对数周期缝隙阵列；图4B示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的细长的平面 对数周期缝隙阵列；图5A示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的圓形平面正 弦缝隙阵列；图5B示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的细长的正弦平面缝隙阵列；图5C示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的细长的锯齿 形平面缝隙阵列；图5D示出了用于通过径向共形投影而得到表面辐射器的细长的对数 周期自互补型平面缝隙阵列；图6在(a) S内的源和(b)S上的等效的表面电流及表面^兹流之间，示出 了封闭的表面S之外的场的等效图；图7示出了 TW天线和平台的等效电路。发明的详细描述 物理结构现在参考图1,该图描述了安装在平台30上的天线10，天线/平台组 件共同用50表示，这是由于，且特别是天线的尺寸小于如1/2波长时，天 线IO及其安装平台30之间有不可分离的相互作用。在本发明的一个优选的形式中，以图2A的平面视图，并以图2B中的 以图2A的A-A，平面截取的横截面视图，描绘了与一平台耦合的共形宽 带行波(TW)天线。宽带TW天线100共形地安装在平台300上，且作为一 个集成的天线/平台组件200。共形安装，通常意味着天线是低轮廓结构的， 使其能以最小的突入和/或突出集成在平台上。宽带TW天线100由位于传导地表面150以上且与之间隔开的宽带TW 表面辐射器110组成，传导地表面150和宽带TW表面辐射器110通常是 曲线的并与平台300共形。表面辐射器IIO在它的中央区域具有一簇中间 馈电部分112,并具有缝隙阵列115以支持具有需要的宽带辐射性质的TW。 表面辐射器IIO通常是曲线表面，其位于传导地表面150之上，除了外围 140处外，其与传导地表面150的间隔超过0.01TW波长(在其整个工作 频率内)，在外围140处，表面辐射器110可能靠近地表面150或者与之接触。描述表面辐射器110的线条象征性地表示了一定宽度的传导带，这些传导带未在图2a的平面视图中明确示出，且其宽度可以是恒定的也可以 是变化的。缝隙阵列115源于一截断的平面天线，此截断的平面天线被弯 曲以与所述平台的曲面共形。图2c在一个包含z轴的横截面内(就是说，以j求面坐标表示的e平面或e-z平面内)，示出了该弯曲的缝隙阵列1J5怎样由图3所示的平面宽带天线410通过径向共形投影形成。在这里，径向共形投影被定义为，2维(2d)平面结构410向3维(3d) 表面结构115的投影，同时保持径向距离或维度。该径向距离或维度被定 义为，沿着表面辐射器110的曲线表面从中间馈电部分的中央112 (z轴) 向外到表面辐射器iio上的一点所测得的长度。该径向距离或维度能通过 从z轴向外、沿着表面辐射器110的曲线表面、按着(如图2c所示的)A备11 A ^i士^n;沐; —々fe ^E口厶工iEt备11 A ^ ," f七rf^ A人4*志^ AA f rb ，產^和固定的矢量e形成的)固定的e平面以及表面辐射器的沿着该线积分路 径的表面切线平行。尽管表面辐射器110的表面总的来说是曲线的，但是， 设计应该将矢量116的快速变化减到最小，以获得tw的平滑传播。如果我们将上述过程想象为将2d平面天线410转换成3d弯曲的缝隙 阵列115的弯曲过程和伸展过程，则弯曲过程发生在径向维度(或方向) 上，而伸展和收缩过程发生在正交维度(或方向)上。换句话说，该表面 辐射器是一径向共形投影，此径向共形投影在从截断的平面宽带或fi天线 到与平台共形的弯曲的辐射器的过程中，在共形径向维度上具有最小的改 变。在图2a中，表示表面辐射器110的线条是4臂自互补螺旋状的物体， 其中，金属带的宽度和金属带间的间隔是相等的(根据"自互补"的定义)， 并可针对表面辐射器110的辐射性质及其对沿着表面辐射器110的需要的 tw的支持来选择。如图2b所示，表面辐射器110的缝隙阵列115在这里 是一 4臂自互补螺旋状物体的平面壳，该螺旋状物体在x-z平面内弯曲成 圓柱弧(cylindrical arc )，以与圓柱形平台共形，而在y-z平面内不弯曲。表面辐射器110的一个曲线维度(在这种情况下，为y维度)在长度上至少为O.ITW波长，以支持经由所述表面辐射器辐射出所需的天线方向图的头见定的TW。阻抗匹配结构130位于中间^t贵电部分112、 TW表面辐射 器110的外围140以及地表面150之间，以产生具有最小反射的所述的TW 的传播。表面辐射器110的中央区域中的这簇中间馈电部分112是一微波电路， 此微波电路激发表面辐射器IIO上的所期望的TW模式，而且，其在一侧 匹配表面辐射器110和地表面150的输入阻抗并在另一侧匹配馈线160的 输入阻抗。中间馈电部分112的设计大体上遵从微波理论以及多端子平面 天线结构的理论(Deschamps， 1959 )。馈线160可以是用于单模式操作的 双引线传输线，或用于双模式操作的一对双引线传输线。馈线160可包含 平衡-不平衡变换器(balun)，或一复用电路，其也用作中间馈电部分112和 发射机/接收机(T/R)350的输入端子的平衡/非平衡电路结构之间的阻抗变 换器。分布式电抗阻抗匹配网络141位于表面辐射器的外围，以产生所迷TW 到平台300上的传播，所述传播对于整个天线/平台组件具有所需的宽带辐 射性质，并具有最小反射。分布式电抗阻抗匹配网络141的一种简单设计 可以是在表面辐射器110的外围140分布的、与平台300连接的一组非常 短的(小于1/100波长)导线。用于宽带阻抗匹配的阻抗匹配结构13以及 外围140处的分布式阻抗匹配网络141的一般理论和技术在微波电路的领 域里已是完全确定的，这些理论和技术可以适用于本申请(例如，详细的 著述可以在Matthaei等人1964的著作里找到，1985年再版)，并且，对 于更为复杂的阻抗匹配的情况或者对于更好的宽带的性能，这些理论和技 术可能也是必需的。必须指出的是，如果有两个或更多的模式待被用于天 线的多模式操作、多功能操作、或者图案/极化分集操作，则对于TW的每 个模式，都需要满足阻抗匹配的要求。由于表面辐射器上的辐射来自于由多臂螺旋物形成的缝隙阵列115， 因此，如图3所示的表面辐射器410可能是本发明的更通用和更典型的结 构之一。这里，表面辐射器410包括缝隙阵列420、中间馈电部分430, 和在外围440处的分布式阻抗匹配网络；整个天线/平台组件一皮表示为400。然而，注意，图2A和图2B中的螺旋形的结构对于用于TW的单模式或多 模式的宽带激发的天线的中央区域中的这簇中间馈电部分112的设计提供 了一种<更利的结构。还要注意，每个矩形圈的四个缝隙可以连4妻以形成一 个矩形环形缝隙，使得该天线变成一环形缝隙阵列。每个缝隙阵列单元可 以-故进一步细分，以形成更多单元的阵列。注意，图3所示的缝隙阵列形式的表面辐射器410仅是宽带平面天线 的平面一见图，为了获得所需的3维表面辐射器，必须使用图2C所示的径向共形投影。还要注意，在转变中，当不可能对所有的e或e-z平面保持径向不变(fidelity)时，则保持沿着源于中间馈电部分430中心的至少一 个径向曲线坐标不变，以与平台450的表面共形。用一种更直观的方式表 述，表面辐射器410的构造可以从一平面2维结构开始，之后将其弯曲和 伸展成一弯曲表面，同时保持至少一个子午线(沿着源于中间馈电部分430 中心的径向曲线坐标)的长度不变，且正交维度进行必要的扭曲，以便实 现表面辐射器410的最终的共形曲面。表面辐射器的其他形式可以从文献(DuHamel 和 Scherer,1993;Mayes,1988)中论述的平面非频变(FI)天线中的任一个获得，这 些平面非频变天线可以是对数周期(LP)型，自互补型、正弦型，等。例如， 图4A所示的平面FI天线500可以通过径向共形投影而被弯曲和伸展，同 时保持沿着源于中间馈电部分520中心的且沿着表面辐射器510的至少一 个径向曲线坐标不变，以与平台的表面共形。图4B示出了一细长的平面FI天线600，该FI天线像在图4A中的FI 天线一样可以被弯曲和伸展，且保持沿着源于中间馈电部分620中心的及 沿着表面辐射器610的至少一个径向曲线坐标不变，以与平台的表面共形。的平台，而在图4A中，平台上分配给安装天线的表面是矩形的形状。保持沿着源于中间馈电部分的中心的至少 一 个径向曲线坐标不变的 目的，是使TW能够以最小反射沿着该径向方向传播。例如，在图2A和 2B中所示的表面辐射器110的圓柱弧形壳的形式的情况下，主要的径向坐 才示^ y #，4亍。图5A、 5B、 5C、 5D示出了其他的平面FI TW天线单元，这些平面 FTTW天线单元可被用来通过径向共形投影而形成表面辐射器710、 720、 730和740。发明的理论基础应该指出，用于宽带共形天线的现有技术的方法是针对安装在一平台 的大的平面的表面区域上，且此平面的表面区域具有一大的曲率半径。这 些天线的理论源于非变频(FI)平面天线(DuHamel和Scherer, 1993; Mayes, 1988)以及之后的创新，此创新明智地加了一个背向传导地平面，以使这些 天线适合于共形地安装在平台上的大的平面的表面区域上(Wang和Tripp, 1991; Wang和Tripp, 1994; Wang和Tillery, 2000)。不失一般性，本发明的操作理论可以通过考虑发射的情况来进行解 释；根据互易性，接收的情况与发射的情况类似。参考图2A与2B， 行 波(TW)在共形宽带TW天线100的馈电部分112处发起，且从z轴向外向 外围140径向传播。当TW沿曲线表面辐射器IIO径向传播时，辐射从缝 隙阵列115产生，缝隙阵列115对于所期望的辐射图案处于适合的相位关 系。TW通过适当设计的阻抗匹配结构130而以最小的反射从z轴向外径 向传播，阻抗匹配结构130位于表面辐射器110和地表面150之间，且经 由外围140处的分布式阻抗匹配网络141与平台300耦合。阻抗匹配对于 天线的性能是至关重要的，且必须在从馈电部分112到外围140且之后到 安装平台300的宽的带宽内得到满足。关于多级传输线和波导的一般的阻 抗匹配技术可在文献中获得(例如，Matthaei等人，l964, l985再版)。在Walter(1965)的著作中，可以找到关于行波天线的一般性讨论。对 平台上的本电小宽带共形TW天线的辐射的讨论如下(Wang, 1999, pp.103-105以及165-175 )。图6显示出，就外部场而言，依据等效性原理， (a)中描绘的天线/平台组件的初始问题，与(b)的问题是等价的。图6中 的S是一个围住天线/平台组件的封闭表面，且被选择成无限接近天线/平 台组件。封闭表面S外边的时谐电场和磁场，E和H,可以由以下给出的等式 表示为表面S上的等效电流和等效,兹流Js和Ms产生的电场和》兹场A/s=-"x￡ 在S上 (la)入二wxW在S上 (lb)封闭表面S外的电》兹场由下式给出,=j"/肌。A^(r')g +人(r')xV'g + ^^V; .A^(r')V'g A',在S外面 (2)其中，g是由下式给出的自由空间格林函数一l'g = g(,-，,-') = ^-^ (3)k=2tt/X;其中，入是TW的波长。11是自由空间波阻抗，等于V^7i;或120兀，S。和从分别是介电常数和磁导率。且(D^2兀f，其中，f是感兴趣的频率。不带撇和带撇(，)的位置矢量，r和r，，分别与量值r和r，，分别对应 源坐标和场坐标中的场点和源点。(所有"带撇的"符号指的是源。)符号 V:表示与带撇的(，)坐标系对应的表面梯度算子，且；表示场位置矢量r的 方向上的单位矢量。对于由缝隙阵列组成的本TW天线，表面辐射器区域完全通过等效表 面磁流M,表示。至于在平台的表面内的区域，如果平台表面是导电的，则 仅有等效表面电流J,。对于不导电的平台的表面区域，通常存在等效表面 电流和磁流,J5和Ms 。在区中的时谐磁场由下式给出￡0) = — 7; 远区中 (4)请注意，根据等式(1)到(4)，这里所涉及的源，场，和格林函数，都是 复矢量。因此，辐射将仅在等式(2)中的积分实质上同相位时才是有效的； 且辐射必须也产生一个有用的辐射图案。对于所需的最大辐射，好的阻抗 匹配是至关重要的。基于天线理论，且特别对于等式(2)和(3)中的问题，有 用的天线辐射图案直接与它的源电流有关。因此，从已知的宽带天线结构 设计宽带平面阵列而不是通过随机方法进行设计，是有益的。图7示出了 TW天线结构100中从表面辐射器110的中心区域的中间 馈电部分112的阵列单元馈电端子簇到外围140处的阻抗匹配网络的等效 电路。作为从中间^t电部分112看到的输入阻抗Zr ，可以分为三段传输线， 每段包含等效的集总阻抗。第一级，阻抗Z^，其表示表面辐射器110。下一级是T连接形式的阻 抗Z^，其表示阻抗匹配结构130。第三级是表面辐射器110的外围区域 140处的L网络形式的分布式阻抗匹配网络Z^141。最后一级，平台300, 表示为阻抗Zp,.。输入阻抗Zr将通过阻抗匹配结构130 (或者Z，—)及分布 式阻抗匹配网络141 (或者Z照)与馈线160匹配。本发明的变化和替代形式虽然表面辐射器的结构是，或得自于，图2到图5中所示的使用径向 共形投影的平面FI天线，但是，其它的平面天线及其它的投影方式可以作 为本发明的替代的形式，只要它们能够以最小反射支持TW波并具有所需 的辐射性质。
权利要求
1. 一种能够与弯曲平台共形的电小宽带行波天线，其包括传导地表面，其总体为曲线的并与所述平台共形；宽带行波表面辐射器，其由缝隙阵列和用于所述缝隙阵列与给发射机/接收机馈电的线缆之间的连接的一簇中间馈电部分组成，所述表面辐射器总体是曲线的，且除了在所述表面辐射器的接近所述地表面的外围处，所述表面辐射器与所述地表面间隔多于0.01工作行波波长，所述表面辐射器的一个曲线维度在长度上至少为0.1行波波长，以便支持经由所述缝隙阵列辐射所期望的天线图案的所述行波；阻抗匹配结构，其位于所述表面辐射器和所述传导地表面之间，且其一端靠近所述中间馈电部分，以产生具有最小反射且具有所期望的宽带辐射性质的行波的传播；以及分布式阻抗匹配网络，其位于所述表面辐射器的所述外围处，以将所述天线强耦合到所述平台，以产生在所述天线的低工作频率上具有最小反射且具有所期望的宽带辐射性质的所述行波到所述平台上的传播。
2. 如权利要求1所述的宽带行波天线和平台组件，其中所述平台在所述 天线之下的并接近所述天线的表面有大的传导性，且所述地表面与所述平 台电合并。
3. 如权利要求1所述的宽带行波天线，其中所述宽带行波表面辐射器由 一平面非频变天线通过径向共形投影成与所迷平台共形的轮廓而成形。
4. 如权利要求1所述的宽带行波天线，其中所述宽带行波表面辐射器由 一平面自互补天线通过径向共形投影成与所述平台共形的轮廓而成形。
5. —种能够与弯曲平台共形的电小宽带行波天线，其包括传导地表面，其总体为曲线的并与所述平台共形；宽带行波表面辐射器，其由缝隙阵列和用于所述缝隙阵列与给发射机/ 接收机馈电的线缆之间的连接的一簇中间馈电部分组成，所述表面辐射器总体是曲线的，且除了在所述表面辐射器的接近所述地表面的外围处，所 述表面辐射器与所述地表面间隔多于0.01工作行波波长，所述表面辐射器 的一个曲线维度在长度上至少为0.1行波波长，以便支持经由所述缝隙阵列辐射所期望的天线图案的所述行波；阻抗匹配结构，其位于所述表面辐射器和所述传导地表面之间，且其 一端靠近所述中间^t电部分，以产生具有最小反射且具有所期望的宽带辐 射性质的行波的传播；分布式阻抗匹配网络，其位于所迷表面辐射器的所述外围处，以将所 述天线强耦合到所述平台，以产生在所述天线的低工作频率上具有最小反 射且具有所期望的宽带辐射性质的所述行波到所述平台上的传播；以及位于所述表面辐射器和所述地表面之间的电介质层或磁电介质衬底， 和共形地位于所述表面辐射器之上的电介质层或磁电介质覆盖层。
6. 如权利要求5所述的宽带行波天线和平台组件，其中所述平台在所述 天线之下的并接近所述天线的表面有大的传导性，且所述地表面与所述平 台电合并。
7. 如权利要求5所述的宽带行波天线，其中所述宽带行波表面辐射器由
8. 如权利要求5所述的宽带行波天线，其中所迷宽带行波表面辐射器由 一平面自互补天线通过径向共形投影成与所述平台共形的轮廓而成形。
9. 一种能够与弯曲平台共形的电小宽带行波天线，其包括传导地表面，其总体为曲线的并与所述平台共形；宽带行波表面辐射器，其由缝隙阵列和用于所述缝隙阵列与给发射机/ 接收机馈电的线缆之间的连接的一簇中间馈电部分组成，所述表面辐射器 总体是曲线的，且除了在所述表面辐射器的接近所述地表面的外围处，所 述表面辐射器与所述地表面间隔多于0.01工作行波波长，所述表面辐射器 的一个曲线维度在长度上至少为0.1行波波长，以支持经由所述缝隙阵列 辐射两个或更多所期望的天线图案的两个或更多模式的行波；阻抗匹配结构，其位于所述表面辐射器和所述传导地表面之间，且其 一端靠近所述中间馈电部分，以产生具有最小反射且具有所期望的宽带辐 射性质的所述模式的行波的传播；分布式阻抗匹配网络，其位于所迷表面辐射器的所述外围处，以将所 述天线强耦合到所述平台，以产生在所述天线的低工作频率上具有最小反射且具有所期望的宽带辐射性质的所述模式的行波到所述平台上的传播； 以及位于所迷表面辐射器和所述地表面之间的电介质层或磁电介质衬底， 和共形地位于所述表面辐射器之上的电介质层或磁电介质覆盖层。
10. 如权利要求9所述的宽带行波天线和平台组件，其中所述平台在所迷 天线之下的并接近所述天线的表面有大的传导性，且所述地表面与所述平 台电合并。
11. 如权利要求9所述的宽带行波天线，其中所述宽带行波表面辐射器由 一平面非频变天线通过径向共形投影成与所述平台共形的轮廓而成形。
12. 如权利要求9所述的宽带行波天线，其中所述宽带行波表面辐射器由 一平面自互补天线通过径向共形投影成与所述平台共形的轮廓而成形。
全文摘要
本发明涉及平台上的小型的可共形的宽带行波天线。本发明是一种克服给定尺寸的天线的基础增益带宽限制的新颖的解决方案，其通过使用行波(TW)天线并将其与安装平台强耦合来扩大天线的有效尺寸。本发明的优选形式包括总体上为曲线的且与所述平台共形的传导地表面、位于所述地表面之上并与之间隔开的宽带TW表面辐射器、在表面辐射器和传导地表面之间的阻抗匹配结构，以及位于所述表面辐射器外围上的电抗阻抗匹配网络。
文档编号H01Q1/36GK101533949SQ200910118760
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年3月12日
发明者约翰逊·J.H.·王 申请人:王光电公司