可重构射频孔径的制作方法
【专利摘要】一种可重构射频孔径，包括：衬底，衬底上的多个可重构贴片；以及衬底上的多个可重构耦合元件；其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合；并且其中可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。
【专利说明】可重构射频孔径
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年2月14日提交的、美国临时专利申请序列号为61/940,070的美国临时申请，2015年2月9日提交的、美国专利申请序列号为14/617,361的美国申请以及2015年2月13日提交的、美国专利申请序列号为14/621,907的美国申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。其还涉及2013年I月9日提交的、美国专利申请序列号为13/737,441的美国申请，其全部内容并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及天线，尤其涉及有源相控阵列天线以及射频孔径。
【背景技术】
[0004]射频(RF)孔径的可重构性，例如相控阵列天线，是非常需要的特征，以通过修改阵列的物理和电配置来改变辐射特性，从而提供期望的性能度量，例如期望的频率、扫描角度或阻抗。
[0005]现有技术的相控阵列通常在各辐射元件中使用具有移相器和放大器的发射/接收(TR)模块。通常使用接近λ/2或小于λ/2的TR模块间隔来防止栅瓣，其中λ为发射或接收信号的中心频率波长。TR模块之间的λ/2或以下的间隔连同相控阵列天线的尺寸或孔径确定相控阵列天线中需要的TR模块的数量。已知尺寸或孔径的相控阵列天线，需要具有较少的TR模块，这是因为TR模块的数量抬高了相控阵列天线的成本。
[0006]同样理想的是能够重构相控阵列天线，以实现不同的波束图案。在现有技术中，这需要重构TF模块的RF馈电器(feed)，因此现有技术的相控阵列具有非常有限的可重构性。
[0007]在现有技术中，J.Luther、S.Ebadi和X.Gong在“具有电抗调谐耦合和维持共振的微带贴片可电子转向的寄生阵列辐射器(ESPAR)天线” IEEE天线与传播汇刊，卷60，编号4，2012年4月，1803-1813页中描述了在被驱动贴片和寄生贴片之间使用变抗器和耦合电容器作为控制寄生相控阵列耦合的方式。阵列元件是固定的，调谐变抗器以便切换波束。P.ff.Hannan、D.S.Lerner和G.H.Knitte I在“在大扫描角度上通过连接电路阻抗匹配相控阵列天线”，IEEE天线与传播汇刊，卷AP-13，1965年I月，28-34页中描述了在传输线之间使用连接电路来改善相控阵列的扫描阻抗和扫描性能。移相器用于波束转向，描述了宽带元件制成的阵列，并使用集总元件电容器/电感器来改变辐射元件之间的信号的相位。
[0008]需要RF孔径和改善了可重构性并具有更少数量的TR模块的有源相控阵天线。本公开的实施例解决了这些和其他需求。
【发明内容】
[0009]在本文公开的第一实施例中，一种可重构射频孔径，包括:衬底，衬底上的多个可重构贴片；以及衬底上的多个可重构耦合元件;其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合;并且其中可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦口 O
[0010]在本文公开的另一个实施例中，一种可重构射频孔径，包括:衬底上的多个可重构贴片；以及衬底上的多个可重构寄生元件；其中至少一个可重构寄生元件位于可重构贴片和另一个可重构贴片之间；其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和可重构寄生元件之间耦合，或在一个可重构寄生元件和另一个可重构寄生元件之间耦合；以及其中可重构耦合元件和可重构寄生元件影响可重构贴片之间的相互耦合。
[0011]通过下面的详细说明和附图，这些和其他特征和优点将变得更加显而易见。在附图和说明中，附图标记表示不同的特征，相同的附图标记在所有附图和说明书中指代相同的特征。
【附图说明】
[0012]图1示出了根据本公开的具有用寄生贴片和可重构耦合元件将被驱动贴片间隔开λ的RF孔径;
[0013]图2Α示出了根据本公开的具有相变材料(PCM)开关的耦合元件的RF孔径的一部分，以提供耦合元件的可重构性，并且图2Β和图2C示出了在其间具有PCM开关的金属贴片，从而提供贴片尺寸的可重构性；
[0014]图3Α示出了具有间隔开λ的贴片的RF孔径，并且图3Β示出了根据现有技术的以30°扫描主波束的扫描辐射图案的曲线；
[0015]图4Α示出了具有用在其间的耦合元件或网络将贴片间隔开λ的RF孔径，并且图4Β示出了根据本公开使用寄生贴片间隔开λ的贴片；
[0016]图5Α和图5Β分别不出了根据本公开的与图4Α和图4Β中不出的配置增益样式相对比的曲线；
[0017]图6Α和图6Β分别示出了根据本公开的用于具有被驱动贴片与高阻抗线连接的并且被驱动贴片与寄生贴片或元件连接的配置的回波损耗的曲线；
[0018]图7Α示出了相控阵列天线的网络表示，图7Β示出了根据本公开的具有两个电抗加载寄生耦合元件的单个贴片的电磁(EM)仿真模型；
[0019]图8示出了根据本公开的在寄生元件上具有电抗负载的波束扫描的实例；以及
[0020]图9示出了根据本公开的通过重构寄生元件和耦合元件形成的波束的实例。
【具体实施方式】
[0021]在以下的说明中，阐明了许多具体细节，以便清楚地描述此处公开的各具体实施例。然而，本领域技术人员应理解，无需以下论述的所有具体细节就可以实现当前要求保护的发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，没有描述公知的特征。
[0022]本公开描述了一种有源相控阵列系统，其具有的TR馈电器模块数量减少，TR亏电器模块具有如图2Β所示的像素化可重构电磁(EM)表面10。像素化可重构电磁(EM)表面10可以是具有可重构贴片12的衬底。通过用如图2C所示的开关14连接相邻贴片，可改变可重构贴片12的尺寸。开关14可以是可以切换为ON导电状态或OFF非导电状态的相变材料。为了连接相邻贴片12，将PCM开关置于ON导电状态。贴片12可以是金属贴片。
[0023]像素化可重构电磁(EM)表面10也可具有如图2Α所示的可重构耦合线16。可重构耦合线16可以是金属。如图2A所示，耦合线16可以由开关18配置为不同的配置，开关18也可以是可被置于ON导电状态或OFF非导电状态的相变材料。图1为图2B中一行像素化可重构电磁(EM)表面10的实例细节，示出了耦合线16是如何通过切换ON和OFF开关18被切换成不同的配置。如图1可见，耦合线16可被配置为相邻贴片12或寄生元件20之间的直线或蛇形线。
[0024]进一步地，像素化可重构电磁(EM)表面10可具有不被例如发射/接收(TR)模块30驱动的可重构寄生元件20。寄生元件20可为金属，并且可以是多种尺寸和形状的寄生贴片。如图7B所示，寄生元件20可以由电抗负载70电抗加载。电抗负载70可包括电容性负载和电感性负载。通过重构贴片12和耦合线16的尺寸，以及寄生元件20的尺寸、形状和电抗负载，可获得期望的性能度量，例如期望的频率、扫描角度或阻抗。
[0025]如上所述，通过金属贴片12的二维周期阵列形成图2B中示出的像素化EM表面10，贴片12用位于间隙之间的、可被接通和切断的开关14由小间隙分隔开。另外，如上所述，像素化EM表面具有如图1和图2A所示的耦合元件16、寄生元件或贴片20。贴片12可由用于发射和接收应用的TR模块30驱动。
[0026]贴片12之间的阵列间隔可大于中心频率的λ/2。贴片12之间的受控耦合是通过配置耦合线16和/或寄生贴片20实现的，其目的是在较大扫描角度抑制栅瓣，同时在扫描角度上维持较低的恒定电压驻波比(VSWR)。
[0027 ]如参照图2Β和图2C所述，本发明的实施例利用金属贴片12之间的间隙中的开关14的相变(PCM)来改变有效的贴片尺寸。2015年2月9日提交的，美国专利申请序列号14/617，361的美国专利申请进一步描述了将PCM开关用于可重构EM表面的细节，其全部内容并入本文。
[0028]本公开相比现有技术具有如下的优点:减少了所需的TR模块30的数量，并相应减少了移相器用于控制相控阵列中波束转向的位数。传统相控阵列使用具有单片微波集成电路(MMIC)的TR模块，其在各辐射元件中具有移相器和放大器。这些MMIC是天线总成本的最大部分。现有技术中通常使用小于λ/2的间隔来阻止栅瓣，天线重构需要改变天线馈电。这些因素抬高了成本以及传统相控阵列天线的复杂度。
[0029]在本公开中，参照图1和图2Α，从TR模块30到贴片12的RF馈电线32是固定的，不需要重构。贴片12的尺寸小于期望的波长，并且寄生元件和耦合线16配置在像素化EM表面10的顶面，以便在扫描角度上维持波束扫描和阻抗匹配。贴片12之间的间隔可大于操作中心频率的λ/2，使其能够减少辐射元件的数量进而减少成本。这是通过如下方式实现的:使用可重构耦合线16和可重构寄生贴片20提供的受控耦合通过改变辐射贴片12之间的相互耦合来抑制栅瓣，从而抑制栅波功率并保持反射功率为最小值。
[0030]图1示出了具有从TR模块30到被驱动贴片12的馈电线32，以及贴片12之间和寄生贴片20之间的可重构耦合线16而将金属贴片12间隔开λ的RF孔径。在示出了线性阵列的图1的实施例中，由于被驱动贴片12之间的间隔为λ，而不是在被驱动贴片12之间具有λ/2的间隔，因此TR模块的数量减少了50%。对于二维阵列，与被驱动贴片12之间具有λ/2间距相比，λ间距导致TR模块的数量减少4到I个。TR模块30和贴片12之间的受控相互耦合可提供波束转向。
[0031]图2Α示出了贴片12和无源寄生贴片20之间的可重构耦合线16的细节。可重构耦合线16包括PCM开关18，当PCM开关18处于ON状态时，其提供耦合线各部分之间的低电阻连接，或当PCM开关18处于OFF状态时，其分离各部分耦合线。通过将PCM开关18切换为ON或OFF，可提供很多耦合线16的配置。例如，图1示出了许多不同的耦合线16的配置。通过将耦合线16中所有的PCM开关18切换到OFF位置，贴片之间的耦合线16可设定为打开位置，以使贴片之间没有耦合。例如，在图1中，开关18设定为使得断路34或开路34处于其中一个耦合线16，以使相邻贴片12和寄生贴片20之间没有连接。
[0032]图2B以及示出图2B细节的图2C示出了在金属贴片12之间具有相变材料(PCM)开关14的金属贴片12的像素化阵列的RF孔径113PCM材料14位于金属贴片12之间的间隙，使得当被致动到ON状态时，PCM开关在两个贴片12之间提供低电阻桥接，从而有效地将其电连接并因此改变贴片12的有效尺寸。也可使用改变贴片12的有效尺寸的相同的方法来改变寄生贴片20的有效尺寸和形状，如图1和图4A中所示。PCM材料14可置于较小寄生贴片20之间的间隙中并切换on和off状态，以便按照与图2B和图2C中贴片12相同的方式改变寄生贴片20的尺寸。
[0033]PCM开关14和18可具有约0.1dB的插入损耗，小于0.5欧姆的导通电阻(Rcin) WCM开关的Roff/Rcm比可大于或等于104，其提供了大于25dB的RF隔离。PCM开关14和18的特定图案的致动可用于重构RF孔径10顶面上的金属贴片12和耦合线16。
[0034]图3A示出了现有技术二元金属贴片40阵列，具有λ。，中心频fο波长，2GHz下间隔150mm，而不是λο/2间隔，并且波束扫描角与宽边成30°。当两个贴片41用相等的幅度和两者之间均匀渐进的相位差进行激励时，主波束42从瞄准线(boresight)扫描-30°，栅瓣44出现在约-20°，如图3B所示。一般来说，使用λ/2和λ之间的间隔减少TR元件的数量，进而降低相控阵列系统的成本;然而，导致了这种栅瓣。
[0035]如上所示，贴片12、可重构耦合线16和寄生贴片20都可以被重构。可使用两种方法来抑制栅瓣。如图4Α所示，第一种方法采用两个被驱动贴片元件12之间的可重构耦合线16。在如图4Β所示的第二种方法中，使用被驱动贴片12之间的寄生贴片20来控制被驱动贴片12之间的相位。寄生贴片可以或可以不将可重构耦合线16连接至被驱动贴片12。也可以结合这两种方法，可重构耦合线16和寄生贴片20都被重构，以便抑制栅瓣。
[0036]如图4Α和图4Β所示，电磁仿真示出了这两种方法有效抑制了λο间隔的二元阵列的栅瓣电平，与λο/2间隔阵列的栅瓣电平大致相同。图5Α和图5Β分别示出了与图4Α和图4Β中示出配置相对比的波束图案曲线。对于图4Α中具有耦合线16的配置，图5Α中曲线示出了增益样式50具有的栅瓣小于图4Α中没有耦合线16的相同配置的增益样式52的栅瓣。对于图4Β中具有寄生贴片20的配置，图5Β中曲线示出了增益样式54具有的栅瓣小于图4Β中没有寄生贴片20的相同配置的增益样式56的栅瓣。可使用全波电磁(EM)仿真和基于多目标的优化，用于设计耦合/寄生元件。这两种方法在2GHz的中心频率下也保持了如图6Α和图6Β中示出的分别针对图4A和图4B配置的λ。/ 2间隔阵列的回波损耗/VSWR特性。图6Α中示出的Sll和S22基本与图4Α中的配置相同。对于图4Β的配置，如图6Β所示的曲线57绘出了Sll，曲线59绘出了 S22。
[0037]相控阵列领域中的技术人员已知相控阵列系统可被视为多端口天线系统，如图7Α所示，其示出了具有两个端口 60和62的相控阵列天线的网络表示。耦合线16可以以等效电路来表示。集总元件模型可用于推导计算阵列的耦合系数和耦合图案，参数可随扫描角度和频率变化。寄生元件20本身可表示为共振电路，在其间具有主要的电容性耦合，以便改变辐射特性。
[0038]图7B为具有两个由电抗负载70电抗加载的寄生贴片20的单个被驱动贴片12的电磁(EM)仿真模型。电抗负载可被接入或断开，或电抗负载通过控制可以为PCM材料的开关72而被改变。共振天线元件也可表示为具有电抗负载的并联电阻器、电感器、电容器(RLC)电路。匹配网络可被要求用于广角扫描，并且为一种用扫描角度来补偿元件阻抗变化的有效方式。
[0039]图8为示出了在O度80、+10度82和-10度84下，具有在用于为可重构阵列开发等效电路模型的寄生元件上的电抗负载的波束扫描的仿真实例。
[0040]图9示出了本公开的另一个实施例。在本实施例中，源90辐射到RF孔径92，孔径92生成具有远场波束的辐射波束图案，例如远场波束图案94和96。远场波束图案94和96的变化取决于RF孔径92如何通过切换PCM开关14和18而被配置成ON或0FF，以便重构如上所述的被驱动贴片12、寄生贴片20和可重构耦合线16。
[0041]本公开的实施例，具有如下优点。可减少相控阵列中TR模块计数，而没有现有技术使用子排列(sub-arraying)或稀疏阵列方法中的缺点，也即不能实现广角扫描和低VSWR。使用可重构寄生元件可改变天线特性。具有可重构耦合线的受控耦合允许在设计频率上使用大于λ/2的阵列间隔来进行栅瓣自由波束扫描。同样，只在RF孔径的一个表面上发生重构，避免了可重构RF馈电线的复杂度。
[0042]现在，已经根据专利法规的要求描述了本发明，本领域的技术人员会理解如何在本发明中做出改变和修改，以符合其具体要求或条件。这些变化和修改不应脱离此处公开的本发明的范围和精神。
[0043]出于按照法律的要求进行说明和公开的目的，给出了上述的示例性的和优选的实施方式的详细描述。并不意图详尽或将本发明局限于描述的确切形式，而是使本领域技术人员能够理解本发明如何适合于特定用途或实现方式。可能的修改和变化将对本领域的实践者是显而易见的。示例性的实施例的描述不是意在进行限制，其可以包括容差、特征大小、特定操作条件、工程规范等，并且其可以在不同实施方式之间变化，或者随着现有技术的状态变化而变化。示例性的实施例的描述不应该暗含为限制性的。
【申请人】是针对当前的技术发展水平进行公开的，但也预期了进展，并且根据到那时的技术发展水平，将来的改动可以将这些进展考虑在内。本发明的范围意在由所写出的权利要求和可适用的等价物所限定。除非明确地指出，对权利要求元素的单数形式的引用并不意在表示“一个且仅仅一个”。此外，本发明公开中的任何元件、部件、方法或过程步骤都不是意在可为公众所用，不管在权利要求中是否明确记载了该元件、部件、方法或过程步骤。在这里，权利要求的要素不应根据35U.S.C.第112章第六款的条款来解释，除非使用“用于......的装置”的措辞来明确陈述该要素，并且，在这里，方法或处理步骤不用那些条款来解释，除非使用“包括......的步骤”的措辞来明确陈述一个或多个步骤。
[0044]优选包括本文公开的所有元件、零件和步骤。应理解，任何其中一个元件、零件和步骤可被其他元件、零件和步骤取代，或者当对本领域技术人员显而易见时被一起删掉。
[0045]广义上讲，本文公开了至少以下内容:
[0046]—种可重构射频孔径，包括:衬底，衬底上的多个可重构贴片，以及衬底上的多个可重构耦合元件;其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合;并且其中可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。
[0047]本文本也呈现了至少以下概念。
[0048]概念1.一种可重构射频孔径，包括:
[0049]衬底；
[0050]衬底上的多个可重构贴片；以及[0051 ]衬底上的多个可重构耦合元件；
[0052]其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合;并且
[0053]其中可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。
[0054]概念2.根据概念I所述的可重构射频孔径，其中每个可重构贴片包括:
[0055]第一金属区域；以及
[0056]多个第一相变材料(PCM)开关，每个第一PCM开关在各自的第一金属区域之间切换；
[0057]其中可通过将一个或多个第一 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构贴片的尺寸。
[0058]概念3.根据概念I所述的可重构射频孔径，其中每个可重构耦合元件包括:
[0059]多个耦合线；以及
[0060]多个第二相变材料(PCM)开关，每个第二PCM开关在各自的耦合线之间切换；
[0061]其中可通过将第二PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构耦合元件的配置。
[0062]概念4.根据概念I所述的可重构射频孔径，进一步包括:
[0063]衬底上的多个可重构寄生元件；
[0064]其中至少一个可重构寄生元件位于可重构贴片和另一个可重构贴片之间；
[0065]其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和可重构寄生元件之间耦合，或在一个可重构寄生元件和另一个可重构寄生元件之间耦合;并且
[0066]其中所述可重构耦合元件和所述可重构寄生元件影响可重构贴片之间的相互耦入口 ο
[0067]概念5.根据概念4所述的可重构射频孔径，其中每个可重构寄生元件包括:
[0068]第二金属区域；以及
[0069]多个第三相变材料(PCM)开关，每个第三PCM开关在各自的第二金属区域之间切换；
[0070]其中可通过将第三PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构寄生元件的尺寸和形状。
[0071 ]概念6.根据概念5所述的可重构射频孔径，其中至少一个寄生元件进一步包括:
[0072]第四相变材料开关；以及
[0073]电抗元件；
[0074]其中所述第四相变材料开关在第二金属区和所述电抗元件之间耦合。
[0075]概念7.根据概念3所述的可重构射频孔径，其中第二PCM开关将耦合线布置成直线或蛇形图案。
[0076]概念8.根据概念I所述的可重构射频孔径，进一步包括:
[0077]多个发射/接收模块，其中每个发射/接收模块耦合到各自的可重构贴片。
[0078]概念9.根据概念I所述的可重构射频孔径，其中相邻可重构贴片之间的间隔大于期望的操作中心频率的波长的一半，或等于期望的操作中心频率的波长。
[0079]概念10.根据概念2所述的可重构射频孔径，其中所述第一金属区域具有小于期望的操作中心频率的波长的一半的尺寸。
[0080]概念11.根据概念I所述的可重构射频孔径，其中多个可重构贴片以二维阵列布置在衬底上。
[0081]概念12.根据概念4所述的可重构射频孔径，其中通过配置多个可重构寄生元件和多个可重构耦合元件来控制多个可重构贴片之间的相互耦合，以抑制栅瓣并且在扫描角度上维持低恒定电压驻波比(VSWR)。
[0082]概念13.根据概念2所述的可重构射频孔径，其中第一PCM开关具有约0.1dB的插入损耗，小于0.5欧姆的导通电阻(Rcin)以及大于或等于14的Rrff/IU比。
[0083]概念14.一种可重构射频孔径，包括:
[0084]衬底；
[0085]衬底上的多个可重构贴片；以及
[0086]衬底上的多个可重构寄生元件；
[0087]其中至少一个可重构寄生元件位于可重构贴片和另一个可重构贴片之间；
[0088]其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和可重构寄生元件之间耦合，或在一个可重构寄生元件和另一个可重构寄生元件之间耦合;并且
[0089]其中所述可重构耦合元件和所述可重构寄生元件影响可重构贴片之间的相互耦入口 ο
[0090]概念15.根据概念14所述的可重构射频孔径，其中每个可重构贴片包括:第二金属区域；以及
[0091]多个第一相变材料(PCM)开关，每个第一PCM开关在各自的第一金属区域之间切换；
[0092]其中可通过将一个或多个第一 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构贴片的尺寸。
[0093]概念16.根据概念14所述的可重构射频孔径，其中每个可重构寄生元件包括:
[0094]第二金属区域；以及
[0095]多个第二相变材料(PCM)开关，每个第二PCM开关在各自的第二金属区域之间切换；
[0096]其中可通过将第二PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构寄生元件的尺寸和形状。
[0097]概念17.根据概念14所述的可重构射频孔径，进一步包括:
[0098]衬底上的多个可重构耦合元件；
[0099]其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合；
[0100]并且
[0101]其中所述可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。
[0102]概念18.根据概念17所述的可重构射频孔径，其中每个可重构耦合元件包括:
[0103]多个耦合线；以及
[0104]多个第三相变材料(PCM)开关，每个第三PCM开关在各自的耦合线之间切换；
[0105]其中可通过将第三PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构耦合元件的配置。
[0106]概念19.根据概念16所述的可重构射频孔径，其中至少一个寄生元件进一步包括:
[0107]第四相变材料开关；以及
[0108]电抗元件；
[0109]其中所述第四相变材料开关在第二金属区和所述电抗元件之间耦合。
[0110]概念20.根据概念18所述的可重构射频孔径，
[0111]其中第二PCM开关将耦合线布置成直线或蛇形图案。
[0112]概念21.根据概念14所述的可重构射频孔径，
[0113]进一步包括:
[0114]多个发射/接收模块，其中每个发射/接收模块耦合到各自的可重构贴片。
[0115]概念22.根据概念14所述的可重构射频孔径，
[0116]其中相邻可重构贴片之间的间隔大于期望的操作中心频率的波长的一半，或等于期望的操作中心频率的波长。
[0117]概念23.根据概念15所述的可重构射频孔径，其中第一金属区域具有小于期望的操作中心频率的波长的一半的尺寸。
[0118]概念24.根据概念14所述的可重构射频孔径，其中多个可重构贴片以二维阵列布置在衬底上。
[0119]概念25.根据概念14所述的可重构射频孔径，其中通过配置多个可重构寄生元件和多个可重构寄生元件来控制多个可重构贴片之间的相互耦合，以抑制栅瓣并且在扫描角度上维持低恒定电压驻波比(VSWR)。
【主权项】
1.一种可重构射频孔径，包括: 衬底； 所述衬底上的多个可重构贴片；以及 所述衬底上的多个可重构耦合元件； 其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合;并且 其中所述可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。2.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构贴片包括: 第一金属区域；以及 多个第一相变材料PCM开关，每个第一PCM开关在各自的第一金属区域之间切换； 其中可通过将一个或多个所述第一 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构贴片的尺寸。3.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构耦合元件包括: 多个耦合线；以及 多个第二相变材料PCM开关，每个第二PCM开关在各自的耦合线之间切换； 其中可通过将所述第二 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构耦合元件的配置。4.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，进一步包括: 所述衬底上的多个可重构寄生元件； 其中至少一个可重构寄生元件位于可重构贴片和另一个可重构贴片之间； 其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和可重构寄生元件之间耦合，或在一个可重构寄生元件和另一个可重构寄生元件之间耦合;并且 其中所述可重构耦合元件和所述可重构寄生元件影响可重构贴片之间的相互耦合。5.根据权利要求4所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构寄生元件包括: 第二金属区域；以及 多个第三相变材料PCM开关，每个第三PCM开关在各自的第二金属区域之间切换； 其中可通过将所述第三PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构寄生元件的尺寸和形状。6.根据权利要求5所述的可重构射频孔径，其中至少一个所述寄生元件进一步包括: 第四相变材料开关；以及 电抗元件； 其中所述第四相变材料开关在第二金属区和所述电抗元件之间耦合。7.根据权利要求3所述的可重构射频孔径，其中所述第二PCM开关将所述耦合线布置成直线或蛇形图案。8.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，进一步包括: 多个发射/接收模块，其中每个发射/接收模块耦合到各自的可重构贴片。9.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，其中相邻可重构贴片之间的间隔大于期望的操作中心频率的波长的一半，或等于期望的操作中心频率的波长。10.根据权利要求2所述的可重构射频孔径，其中所述第一金属区域具有小于期望的操作中心频率的波长的一半的尺寸。11.根据权利要求1所述的可重构射频孔径，其中所述多个可重构贴片以二维阵列布置在所述衬底上。12.根据权利要求4所述的可重构射频孔径，其中通过配置所述多个可重构寄生元件和所述多个可重构耦合元件来控制所述多个可重构贴片之间的相互耦合，以抑制栅瓣并且在扫描角度上维持低恒定电压驻波比VSWR。13.根据权利要求2所述的可重构射频孔径，其中所述第一PCM开关具有约0.1dB的插入损耗，小于0.5欧姆的导通电阻1^以及大于或等于104的1^/1^比。14.一种可重构射频孔径，包括: 衬底； 所述衬底上的多个可重构贴片；以及 所述衬底上的多个可重构寄生元件； 其中至少一个可重构寄生元件位于可重构贴片和另一个可重构贴片之间； 其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和可重构寄生元件之间耦合，或在一个可重构寄生元件和另一个可重构寄生元件之间耦合;并且 其中所述可重构耦合元件和所述可重构寄生元件影响可重构贴片之间的相互耦合。15.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构贴片包括: 第一金属区域；以及 多个第一相变材料PCM开关，每个第一PCM开关在各自的第一金属区域之间切换； 其中可通过将一个或多个所述第一 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构贴片的尺寸。16.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构寄生元件包括: 第二金属区域；以及 多个第二相变材料PCM开关，每个第二PCM开关在各自的第二金属区域之间切换； 其中可通过将所述第二 PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构寄生元件的尺寸和形状。17.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，进一步包括: 所述衬底上的多个可重构耦合元件； 其中至少一个可重构耦合元件在可重构贴片和另一个可重构贴片之间耦合;并且 其中所述可重构耦合元件影响可重构贴片之间的相互耦合。18.根据权利要求17所述的可重构射频孔径，其中每个所述可重构耦合元件包括: 多个耦合线；以及 多个第三相变材料PCM开关，每个第三PCM开关在各自的耦合线之间切换；其中可通过将所述第三PCM开关置于导电或非导电状态来改变可重构耦合元件的配置。19.根据权利要求16所述的可重构射频孔径，其中至少一个所述寄生元件进一步包括: 第四相变材料开关；以及 电抗元件； 其中所述第四相变材料开关在第二金属区和所述电抗元件之间耦合。20.根据权利要求18所述的可重构射频孔径，其中所述第二PCM开关将所述耦合线布置成直线或蛇形图案。21.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，进一步包括: 多个发射/接收模块，其中每个发射/接收模块耦合到各自的可重构贴片。22.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，其中相邻可重构贴片之间的间隔大于期望的操作中心频率的波长的一半，或等于期望的操作中心频率的波长。23.根据权利要求15所述的可重构射频孔径，其中所述第一金属区域具有小于期望的操作中心频率的波长的一半的尺寸。24.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，其中所述多个可重构贴片以二维阵列布置在所述衬底上。25.根据权利要求14所述的可重构射频孔径，其中通过配置所述多个可重构寄生元件和所述多个可重构寄生元件来控制所述多个可重构贴片之间的相互耦合，以抑制栅瓣并且在扫描角度上维持低恒定电压驻波比VSWR。
【文档编号】H01Q21/06GK105900284SQ201580003880
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】科尔提·S·科娜, 詹姆斯·H·沙夫纳, 海约科·J·宋
【申请人】Hrl实验室有限责任公司