高增益紧耦合偶极子天线阵列的制作方法

1.本公开涉及天线系统及其制造方法。


背景技术：

2.紧耦合偶极子天线阵列(tcda)包括为发射器和接收器应用提供宽带和 广角性能的偶极子阵列。然而，对于一些应用，期望在较窄的角度上具有增 强的方向性的增益。本公开满足了这种需要。


技术实现要素：

3.本文公开了具有增强的方向性的天线系统。在以下列举的段落中描述了 根据本公开的发明主题的说明性、非排他性的示例：
4.a1.一种天线系统，包括：
5.耦合到馈线的导体阵列，其中该阵列被配置为：
6.响应于通过馈线输入到阵列的输入信号，发射电磁辐射；或者
7.响应于在阵列上接收到的电磁辐射，向馈线输出输出信号；和
8.设置在阵列前面的导向器，其中导向器具有第一电抗负载，第一电抗负 载具有第一复阻抗，该第一复阻抗经调整(tailor)以通过电抗地加载导体来 增加天线系统的方向性。
9.a2.根据段落a1所述的天线系统，还包括设置在阵列后面的反射器，其 中反射器被配置为使电磁辐射的一部分朝向导向器反射，电磁辐射是在反射 器上接收到的且包括已接收的电磁辐射。
10.a3.根据段落a2所述的天线系统，其中：
11.反射器包括第二电抗负载；和
12.第二电抗负载具有第二复阻抗，该第二复阻抗调整接收到的电磁辐射朝 向导向器的反射。
13.a4.根据段落a3所述的天线系统，其中：
14.反射器包括印刷电路板；
15.印刷电路板包括导电轨；以及
16.导电轨包括厚度部或曲折部中的至少一个，该厚度部或曲折部根据沿着 反射器长度的位置而变化，以便调整第二复阻抗。
17.a5.根据段落a1-a4中任一段落所述的天线系统，其中：
18.导向器包括印刷电路板；
19.印刷电路板包括电路系统；以及
20.该电路系统具有形成第一电抗负载的一个或多个电抗性阻抗。
21.a6.根据段落a5所述的天线系统，其中：
22.电路系统包括电路元件，该电路元件被配置为控制电磁辐射在沿着阵列 长度的
不同位置处的相位，以便通过在不同位置处调整电磁辐射的相消干涉 或相长干涉中的至少一种来增加方向性。
23.a7.根据段落a5-a6中任一段落所述的天线系统，其中一个或多个电抗 性阻抗包括容抗和感抗。
24.a8.根据段落a1-a7中任一段落所述的天线系统，其中第一电抗负载包 括电路元件阵列，并且其中每个电路元件包括：
25.第一电容器；和
26.与电感器并联的第二电容器；
27.其中第一电容器与第二电容器和电感器的组合串联。
28.a9.根据段落a1-a8中任一段落所述的天线系统，其中：
29.导体以周期p沿阵列周期性定位；和
30.第一电抗负载包括以周期p沿导向器的长度定位的电路元件阵列。
31.a10.根据段落a1-a9中任一段落所述的天线系统，还包括：
32.包括阵列的第一微带，其中第一微带还包括：
33.导体；
34.导电背板；
35.设置在导体与导电背板之间的第一电介质；以及
36.多个负载，其中每个负载将导体中的一个导体连接到导体中的相邻 一个导体；和
37.包括导向器的第二微带，其中：
38.第二微带还包括第一电抗负载；
39.第一电抗负载包括由一个或多个电介质层隔开的多个导电部件；以 及
40.多个导电部件包括电容垫或具有电感的导线中的至少一个。
41.a11.根据段落a10所述的天线系统，还包括：
42.第三微带，其包括定位在阵列后面的反射器，其中第三微带包括第二电 抗负载，该第二电抗负载包括导线，该导线具有沿第三微带的长度改变导线 的电感的变化厚度部或曲折部中的至少一个。
43.a12.根据段落a11所述的天线系统，其中第一微带、第二微带和第三微 带是平行共面的，并且具有相同的长度。
44.a13.根据段落a1-a12中任一段落所述的天线系统，其中：
45.阵列与导向器之间的距离在λ/4的10％以内；
46.阵列与反射器之间的距离在λ/8的10％以内；以及
47.λ是辐射的最长波长。
48.a14.根据段落a3-a13中任一段落所述的天线系统，其中第一电抗负载 和第二电抗负载被调整为以下内容的函数：
49.范围在10mhz和10ghz之间的电磁辐射的频率；和
50.天线的方向性。
51.a15.根据段落a1-a14中任一段落所述的天线系统，其中方向性包括会 聚到阵列的面向导向器的侧壁或从该侧壁会聚的电磁辐射。
52.a16.根据段落a1-a15中任一段落所述的天线系统，其中导向器被配置 为使得方
向性包括在从地平线或到地平线的仰角方向上聚焦的电磁辐射。
53.a17.根据段落a1-a16中任一段落所述的天线系统，其中阵列包括紧耦 合偶极子阵列(tcda)或多抽头天线。
54.a18.根据段落a17所述的天线系统，其中：
55.每个导体的长度在λ/10的10％以内；
56.导体隔开的距离在λ/100的10％以内；以及
57.λ是电磁辐射的最长波长。
58.a19.根据段落a17或a18所述的天线，其中：
59.导体电容地耦合或通过电场的近场相互作用耦合，使得由导体的一个导 体处的电磁辐射产生并在导体的下一个相邻导体处经历的电场具有：
60.与1/d2成比例的近场振幅；和
61.与1/d3成比例的电抗近场振幅，其中d是导体的一个导体与导体的 下一个相邻导体相隔的距离。
62.a20.根据段落a1-a19中任一段落所述的天线系统，还包括飞行器结构， 其中：
63.飞行器结构包括或附接到设置在阵列后面的反射器；
64.该反射器被配置为使电磁辐射的一部分朝向导向器反射，该电磁辐射是 在反射器上接收到的且包括已接收的电磁辐射；以及
65.飞行器结构还包括蒙皮、翼梁、舱壁或机翼前缘。
66.a21.一种飞行器，其包括段落a1-a20中任一段落所述的天线系统。
67.a22.一种制造天线系统的方法，该方法包括：
68.获得多抽头天线，该多抽头天线包括导体阵列和连接导体阵列的多个负 载；
69.将馈线耦合到导体阵列，使得多抽头天线被配置为：
70.响应于通过馈线输入到多抽头天线的输入信号，发射电磁辐射；或 者
71.响应于在多抽头天线上接收到的电磁辐射，向馈线输出输出信号；
72.将导向器定位在多抽头天线的前面，其中导向器具有增加天线系统的方 向性的导向器电抗；以及
73.将反射器定位在多抽头天线的后面，其中反射器具有使辐射朝向导向器 反射的反射器电抗。
74.a23.根据段落a22所述的方法，还包括：
75.根据沿着反射器长度的位置来改变反射器电抗；和
76.沿着导向器的长度改变导向器电抗，从而控制电磁辐射在沿着导向器长 度的不同位置处的相位，以便在不同位置处调整电磁辐射的相消干涉或相长 干涉中的至少一种。
77.a24.一种使用天线系统的方法，该方法包括：
78.使用紧耦合偶极子天线阵列(tcda)接收或发射辐射；和
79.使用定位在tcda前面的导向器和定位在tcda后面的反射器来增加天 线系统的方向性。
80.a25.根据段落a24所述的方法，其中方向性朝向地平线或水线。
附图说明
81.图1a是包括耦合到导向器和反射器的tcda的示例性天线系统的示意 图。
82.图1b是包括耦合到导向器和反射器的tcda的示例性天线系统的示意图， 其中tcda、导向器和反射器包括微带。
83.图1c是将图1a的天线系统的方向性与没有反射器和导向器的天线系统 的方向性进行比较的曲线图。
84.图2示出包括多抽头天线的示例性tcda。
85.图3a是示出设计导向器或反射器的示例性方法的流程图。
86.图3b是绘制示例性导向器的示例性设计参数、表面阻抗、im(zs)和容 差函数(zfunc)作为电磁辐射频率的函数的曲线图。
87.图3c是绘制示例性反射器的示例性设计参数、im(zs)作为频率的函数 的曲线图。
88.图4a是示例性导向器的横截面示意图。
89.图4b是示例性导向器中的电抗部件的示例性电路图。
90.图4c是示例性导向器的透视图，其示出电抗负载在多个单元电池中的周 期性定位。
91.图5是示例性反射器的透视图。
92.图6a示出耦合到翼梁的示例性天线系统，其中翼梁包括反射器并且天线 系统不包括导向器。
93.图6b是绘制与没有反射器时的增益相比的图6a的天线系统的增益的曲 线图。
94.图7a示出耦合到翼梁的示例性天线系统，其中天线系统包括反射器和导 向器并且翼梁包括反射器。
95.图7b是绘制图7a的天线系统的增益的曲线图。
96.图7c是绘制图7a的天线系统的方向性的曲线图。图7d是绘制图7a的天线系统的增益的曲线图。
97.图8示出包括耦合到翼梁的微带的示例性天线系统。
98.图9示出包括两个导向器和反射器的示例性天线系统。
99.图10a示出图9的天线系统的增益。
100.图10b示出图9的天线系统的方向性。
101.图11是包括本文描述的任何示例的天线系统的飞行器的示意图。
102.图12是示出制造天线系统的示例性方法的流程图。
103.图13是示出使用天线系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
104.在下面的描述中，参考构成其一部分的附图，并且通过说明的方式示出 了若干实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他 实施例并且可以进行结构改变。
105.技术说明
106.本公开描述了一种天线系统，其包括天线(例如，馈电阵列)，该天线 被电抗地加载以便控制从天线发射和/或在天线上接收的电磁辐射的方向性。 电抗加载包括电感性负
载或电容性负载中的至少一种，电感性负载或电容性 负载包括电磁耦合到天线的一个或多个并联电路元件。在一些示例中，电路 元件包括电抗负载，该电抗负载具有复阻抗，该复阻抗经调整以改变在馈电 阵列中的每个元件上经历的电场或电流的相位，使得由相消干涉和/或相长干 涉产生的集体电场的总和是具有期望方向性的电场图案(其中电场在不期望 的方向上被抵消)。
107.示例性天线系统
108.图1a至图1b示出示例性天线系统100，其包括沿着阵列102的长度l1 定位的导体104的阵列102。天线系统100还包括定位在阵列102的第一侧 108上的第一电抗元件(例如，导向器106)和定位在阵列102的第二侧112 上的第二电抗元件(例如，反射器110)，使得阵列102位于导向器106与反 射器110之间。在所示的示例中，导向器106和反射器110各自包括电抗部 件，这些电抗部件电抗地加载阵列102，使得所产生的方向性是沿x方向具有 最大方向性的电磁场图案，并且电磁辐射113从阵列102的侧壁114(“刀刃”) 被引导或被引导到该侧壁114。在所示的示例中，导体104由负载116连接， 并且导体104沿线设置以形成包括线性阵列的阵列102。在一些示例中，阵列 102被设计成在电磁辐射113的单个频率或窄频率范围内操作。
109.在一个或多个示例中，导向器106包括控制阵列102中的每个导体104 处的电场相位的电感性负载和电容性负载的组合，而反射器110主要包括电 感性负载，该电感性负载经调整使得反射器朝向阵列102或导向器106反射 119电磁辐射113。在一些示例中，导向器106包括电容带120，电容带120 包括在第一电介质上具有第一矩形金属层的电容性负载，并且其长度l2延伸 阵列102的长度l1，反射器包括电感带122，电感带122包括在第二电介质 上具有第二矩形金属层的电感性负载，并且其长度l3延伸阵列102的长度 l1，并且反射器110和导向器106都具有比它们的宽度更长的长度l3、l2。
110.在一个或多个示例中，导向器106与阵列102之间的距离d1以及反射器 110与阵列102之间的距离d2也经调整以控制电抗负载的方向性和电抗性阻 抗。示例性距离包括但不限于在λ/4的10％以内的d1和在λ/8的10％以内的 d2(其中λ是电磁辐射113的最长波长)。在一个或多个示例中，选择d2 使得反射器110包括电感性负载，并且选择d1使得导向器106包括电容性负 载。
111.图1b示出使用印刷电路板124实现的示例性天线系统100，印刷电路板 124包括具有侧壁114的微带。阵列102包括第一微带126，第一微带126包 括导体104、导电背板128以及导体104与导电背板128之间的第一电介质 130。导向器106包括第二微带132，第二微带132包括一个或多个第一部件 134，第一部件134与第二电介质136结合，以形成根据沿导向器106的长度 l2的位置而变化的导向器电抗(包括第一电抗负载135或第一电抗部件)。 反射器110包括第三微带138，第三微带138包括一个或多个第二部件140， 第二部件140与第三电介质142结合，以形成根据沿反射器110的长度l3的 位置而变化的反射器电抗(包括第二电抗负载141或第二电抗部件)。在各 种示例中，导向器电抗和反射器电抗控制在阵列102中的不同导体104处所 经历的电磁场或电流的相位，以便调整在每个导体104处所经历的电磁场或 电流的相消干涉或相长干涉中的至少一种。在一个或多个示例中，当导体104 的阵列102被电抗地加载在导电背板128上方时，电抗加载使得导向器106 或反射器110中的附加寄生元件显得更短(电容性)或更长(电感性)，从 而调谐方向性。
112.在各种示例中，阵列102、导向器106和反射器110形成在相同的基板或 印刷电路板124上，或者它们可以形成在不同的基板或印刷电路板124上。
113.图1c示出与没有导向器106和反射器110的方向性146相比，使用图1a 的天线系统100实现的示例性方向性144。在一些示例中，选择方向性144以 沿着仰角(θ)方向(而不是方位角)聚焦电磁辐射，使得电磁辐射会聚或聚 焦到地平线或从地平线会聚或聚焦。
114.尽管图1a至图1b示出了包括导体104的线性阵列的阵列102，但是导 体104的其他配置(例如，非线性配置)也是可能的。如下一节中所述，导 体104的阵列102的示例包括但不限于馈电阵列、tcda(其中导体104各自 包括偶极振子)、相控阵列(其中阵列102中的一个或多个导体104被驱动， 并且阵列102中的不同导体104经历具有不同相位的电场或电流)或多抽头 天线。
115.示例性阵列
116.图2示出包括多抽头天线200的示例性阵列，多抽头天线200包括连接 导体104的阵列的多个负载116(例如，传输线)和连接到导体104的馈线 202。多抽头天线200被配置为：
117.(1)响应于通过馈线202输入到多抽头天线200的输入信号，发射电磁 辐射；或者
118.(2)响应于在多抽头天线200上接收到的电磁辐射，向馈线202输出输 出信号。
119.图2示出导体104的阵列，导体104是电容地耦合或通过电场的近场相 互作用耦合的偶极振子，使得由导体104中的一个导体104a处的电磁辐射产 生并在导体104中的下一个相邻导体104b处经历的电场具有：
120.(1)与1/d2成比例的近场振幅；和
121.(2)与1/d3成比例的电抗近场振幅，其中d是导体中的一个导体104a 与导体中的下一个相邻导体104b相隔的距离。
122.示例性尺寸包括但不限于，每个导体104包括具有在λ/10的10％以内的 贴片长度l4的贴片，并且导体104隔开在λ/100的10％以内的距离d(其中 λ是电磁辐射的最长波长)。
123.图2进一步示出了连接到端口206的模块204。在一个接收器实现方式中， 负载116从导体104在暴露于电磁辐射时产生的信号中分接或接收能量或功 率，模块204包括组合由负载116接收的功率的组合器，并且端口206包括 接收功率的输出端口。在一个接收器实施例中，负载116各自具有与输出端 口的期望阻抗相等的阻抗。在一个发射器实施例中，模块204包括分离器， 该分离器将在包括输入端口的端口206上接收到的信号进行分离，以便分配 传输到每个导体104的输入信号。以这种方式，由负载116接收或传输到负 载116的功率以为多抽头天线200提供改进的增益的方式被捕获或使用。
124.负载116(包括抽头)与导体104的使用拓宽了包括多抽头天线200的 tcda的带宽。在一个或多个示例中，负载116包括电阻元件和/或电容元件， 并且通过引入破坏多抽头天线200的谐振特性的损耗、降低多抽头天线200 的效率(或增益)来增加天线工作的带宽。
125.示例性导向器和反射器设计
126.在一些示例中，由导向器和/或反射器提供的电抗加载是通过改变导向器 和反射器的尺寸、电路设计(包括阻抗)和间距并测量变化对方向性的影响 而根据经验确定的。在其他示例中，使用电磁仿真和建模软件来确定电抗加 载。
127.图3a是示出设计导向器电抗和反射器电抗的方法的流程图(也参考图 1a至图1c
和图2的元件)。
128.框300表示获得导向器106或反射器110的二维(2d)散射截面(例如， 雷达截面(rcs))的表达式，该表达式包括相对于刀刃(平带的侧壁114) 以分贝为单位的回波宽度，其作为导向器106或反射器110的表面阻抗的函 数。在一个或多个示例中，导向器106或反射器110的单个单位单元的2d rcs 由下式给出：
[0129][0130]
其中γ＝1.781和zs是单个单位单元的表面 阻抗，k0是电磁辐射的频率相关波矢，并且η0是电阻性阻抗。
[0131]
框302表示求es的解，该解具有包括导向器106、反射器110和阵列102 的天线系统的期望方向性。在一个或多个示例中，使用导向器106和/或反射 器110的有限元建模来确定es。
[0132]
框304表示求一个或多个表面阻抗zs，该表面阻抗与具有期望方向性的 es的期望解相匹配。在一个或多个示例中，该步骤包括使用以下公式将阻抗 绘制为电磁辐射的频率的函数：
[0133][0134]
框306表示选择对于tcda带宽内的两个极端频率具有可接受的2d rcs 的单个单位单元的几何形状和电抗。在各种示例中，可接受的rcs是使用变 量zi1和zi2(分别在频率f1和f2处的zs的虚部)并通过最小化阻抗容差百 分比(或选择低于预定阈值的阻抗容差百分比)来确定的。在一个或多个示 例中，阻抗容差百分比由下式给出：
[0135]
100x|((zfunc
–
im(zs))/zfunc|，
[0136]
其中zfunc＝zi1+(f-f1)*(zi2-zi1)/(f2-f1)。
[0137]
对于一个示例的频率范围和朝向水线或地平线的窄圆锥中的方向性，图 3b绘制了导向器106的单个单位单元的im(zs)和zfunc，并且图3c绘制了 反射器110的im(zs)。典型的导向器106或反射器110包括分别沿导向器 或反射器的长度l2、l3布置(例如，周期性地)的多个单位单元。
[0138]
示例性导向器和反射器结构
[0139]
图4a示出第二微带132(包括导向器106)中的示例性单位单元400， 单位单元400包括实现为传输线或电路元件401的第一电抗部件。电路元件 401包括电抗负载c1、c2、包括由一个或多个电介质层402、404隔开的导电 部件134的l，其中c1形成包括第一导电垫的第一容抗，c2形成包括第二 导电垫的第二容抗，并且l包括包含导线或导电轨的感抗。图4b是单位单元 400的电路图，示出了第二容抗(电容器c2)与感抗(电感器l)并联，并 且第一容抗(电容器c1)与第二容抗c2和感抗l的组合串联。
[0140]
图4c示出其中第二微带132包括以周期p沿着微带的长度l2定位的单 位单元400的阵列(由阵列102中的导体104的间距d限定或与阵列102中 的导体104的定位相称地定位，如图1a或图2所示)的示例。在一个或多个 示例中，每个单位单元400包括图4a和图4b的电路元件401。
[0141]
图5示出示例性第三微带138(包括反射器110)，其中第二部件140包 括沿着反射
器110的长度具有曲折部504或变化厚度部506中的至少一个的 导电轨502(例如，感应导线503)。减小导线的厚度506增加了电感。增加 导线503或导电轨502的曲折部504也增加了电感。
[0142]
示例性天线组件和性能
[0143]
图6a示出包括阵列102和翼梁602的天线系统600，其中翼梁602包括 金属接地平面，该金属接地平面包括反射器110或充当反射器110。
[0144]
图6b示出没有导向器106和反射器110(高度全向)的阵列102(线性 阵列)的增益，以及具有反射器110但没有导向器106(半空间全向或心形) 的阵列102的增益。阵列102的效率(efficiency)由下式给出：
[0145][0146]
其中，g0是阵列102中每个馈电元件的增益，г(θ)是归一化仰角图案，p 是馈电元件的周期，并且k是电磁辐射的波数2π/λ。对于全向辐射图案，g0＝2p/λ。 如图6b所示，假设阵列102的效率为100％(使得所有导体都匹配，而没有 欧姆损耗)，则包括翼梁602(但是没有导向器106)的天线系统与没有翼梁 602的方向性相比具有3db的更高增益。翼梁602使得天线系统600能够在 半空间(心形)上是全向的。
[0147]
图7a示出根据另一示例(尺寸和电抗如表1所示)的天线系统600，其 包括阵列102(线性阵列)、导向器106和与翼梁602结合的反射器110。如 图7b和图7c所示，导向器106的存在显著增加了天线系统600的增益和方 向性。图7d示出当负载电容(图1a和图2中的负载116的电容)从9.3pf 变为8.87pf且导向器的容抗从每平方6.7pf降低到每平方6.67pf时，天线系 统600的增益没有显著改变。
[0148]
图8示出包括阵列102(线性阵列)、导向器106以及包括反射器110的 翼梁602的天线系统600的另一示例，其中导向器106包括单位单元400，单 位单元400包括图4a、图4b和图4c所示的电路元件401和部件134。
[0149]
表1.各种天线配置的性能
[0150][0151][0152]
图9示出其中天线系统600包括阵列102、定位在阵列102前面(在阵列 102的第一侧108上)的多个导向器106a、106b，并且翼梁602包括反射器 110的示例。图10a和图10b示出当第二导向器106b与翼梁602相距14英 寸并且阵列102包括线性阵列时，图9的天线系统的增益和方向性，显示了 与没有导向器的天线系统相比，增益和方向性均增加。在一些示例中，不同 的导向器106a、106b经调整以增加阵列102的带宽中不同频率处的方向性和 增益(例如，一个导向器106a经调整以用于高频处更高的增益和方向性，而 另一个导向器106b经调整以用于低频处更高的增益和方向性)。
[0153]
图11示出包括机身1102、机翼1104和飞行器结构1150的示例性飞行器 1100。包括或耦合到天线系统的示例性飞行器结构包括飞行器1100的各种结 构部件，这些结构部件包括但不限于舱壁1101、飞行器蒙皮1103(例如，蒙 皮面板)、翼梁602或机翼1104的前缘1152。天线系统的一个或多个部件(例 如，反射器110)以各种配置与飞行器结构集成或组合。在一些示例中，天线 系统100完全安装在飞行器结构1150的表面上，而在其他示例中，天线系统 100安装在飞行器结构的内部。图11进一步示出了天线系统是可配置的并且 被定位成使得期望的方向性朝向水线1106或地平线1108。
[0154]
示例性流程步骤
[0155]
制造天线系统的方法
[0156]
图12示出了制造天线系统的方法，该方法包括以下步骤。
[0157]
框1200表示获得或制作元件阵列(例如，多抽头天线、tcda、线性阵 列或馈电阵列)。在一个或多个示例中，元件包括导体。示例性导体包括电 介质上的金属层。在一个或多个进一步的示例中，元件各自包括偶极振子。
[0158]
框1202表示将馈线耦合到阵列。该阵列被配置为：
[0159]
响应于通过馈线输入到偶极振子的输入信号，发射辐射；或者
[0160]
响应于在多抽头天线上接收到的电磁辐射，向馈线输出输出信号。
[0161]
框1204表示将导向器定位在阵列的前面，其中导向器具有增加天线系统 的方向性的电抗。在一个或多个示例中，导向器包括印刷电路板或电路系统， 该印刷电路板或电路系统包括与电介质结合以形成第一电抗负载的金属垫或 金属轨。
[0162]
框1206表示将反射器定位在阵列的后面，其中反射器被配置为使辐射朝 向导向器或阵列反射。在一个或多个示例中，反射器包括印刷电路板或电路 系统，该印刷电路板或电路系统包括与电介质结合以形成第二电抗负载的金 属垫或金属轨。
[0163]
框1208表示最终得到的天线系统。在以下列举的段落中描述根据本公开 的发明主题的说明性、非排他性的示例(还参考图1a、图1b、图2、图4a 至图4c、图5和图6a、图8、图9和图11)：
[0164]
a1.一种天线系统(100)，包括：
[0165]
耦合到馈线(202)的导体(104)的阵列(102)，其中该阵列(102) 被配置为：
[0166]
响应于通过馈线(202)输入到阵列(102)的输入信号，发射电磁 辐射(113)；或者
[0167]
响应于在阵列(102)上接收到电磁辐射(113)，向馈线(202)输 出输出信号；和
[0168]
设置在阵列(102)前面的导向器(106)，其中导向器(106)具有第一 电抗负载(135)，第一电抗负载(135)具有第一复阻抗，该第一复阻抗经 调整以通过电抗地加载导体(104)来增加天线系统(100)的方向性(144)。
[0169]
a2.根据段落a1所述的天线系统(100)，还包括设置在阵列(102)后 面的反射器(110)，其中反射器(110)被配置为使电磁辐射(113)的一部 分朝向导向器(106)反射(119)，电磁辐射(113)是在反射器110上接收 到的且包括已接收的电磁辐射。
[0170]
a3.根据段落a2所述的天线系统(100)，其中：
[0171]
反射器(110)包括第二电抗负载(141)；和
[0172]
第二电抗负载(141)具有第二复阻抗，该第二复阻抗调整接收到的电磁 辐射(113)朝向导向器(106)的反射。
[0173]
a4.根据段落a3所述的天线系统(100)，其中：
[0174]
反射器(110)包括印刷电路板(124)；
[0175]
印刷电路板(124)包括导电轨(502)；以及
[0176]
导电轨(502)包括厚度部(506)或曲折部(504)中的至少一个，该厚 度部(506)或曲折部(504)根据沿着反射器(110)的长度(l3)的位置而 变化，以便调整第二复阻抗。
[0177]
a5.根据段落a1-a4中任一段落所述的天线系统(100)，其中：
[0178]
导向器(106)包括印刷电路板(124)；
[0179]
印刷电路板(124)包括电路系统；以及
[0180]
该电路系统具有形成第一电抗负载(135)的一个或多个电抗性阻抗。
[0181]
a6.根据段落a5所述的天线系统(100)，其中：
[0182]
电路系统包括电路元件(401)，该电路元件(401)被配置为控制电磁 辐射(113)在沿着阵列(102)的长度(l1)的不同位置处的相位，以便通 过在不同位置处调整电磁辐射(113)的相消干涉或相长干涉中的至少一种来 增加方向性(144)。
[0183]
a7.根据段落a5或a6所述的天线系统(100)，其中一个或多个电抗 性阻抗包括容抗和感抗。
[0184]
a8.根据段落a1-a7中任一段落所述的天线系统(100)，其中第一电抗 负载(135)包括电路元件(401)的阵列，并且其中电路元件(401)中的每 个包括：
[0185]
第一电容器(c1)；和
[0186]
与电感器(l)并联的第二电容器(c2)；
[0187]
其中第一电容器(c1)与第二电容器(c2)和电感器(l)的组合串联。
[0188]
a9.根据段落a1-a8中任一段落所述的天线系统(100)，其中：
[0189]
导体(104)以周期p沿着阵列(102)周期性地定位；和
[0190]
第一电抗负载(135)包括以周期p沿着导向器(106)的长度(l2)定 位的电路元件(401)阵列。
[0191]
a10.根据段落a1-a9中任一段落所述的天线系统(100)，还包括：
[0192]
包括阵列的第一微带(126)，其中第一微带(126)还包括：
[0193]
导体(104)；
[0194]
导电背板(128)；
[0195]
设置在导体(104)与导电背板(128)之间的第一电介质(130)； 以及
[0196]
多个负载(116)，其中每个负载(116)将导体中的一个导体(104a) 连接到导体中的相邻一个导体(104b)；和
[0197]
包括导向器(106)的第二微带(132)，其中：
[0198]
第二微带(132)还包括第一电抗负载(135)；
[0199]
第一电抗负载(135)包括由一个或多个电介质层(402、404)隔开 的多个导电部件(134)；以及
[0200]
多个导电部件(134)包括电容垫或具有电感的导线中的至少一个。
[0201]
a11.根据段落a10所述的天线系统(100)，还包括：
[0202]
第三微带(138)，其包括定位在阵列(102)后面的反射器(110)，其 中第三微带(138)包括第二电抗负载(141)，该第二电抗负载包括导线， 该导线具有沿着第三微带(138)的长度(l3)改变导线的电感的变化厚度部 (506)或曲折部(504)中的至少一个。
[0203]
a12.根据段落a10或a11所述的天线系统(100)，其中第一微带(126)、 第二微带(132)和第三微带(138)中的两个或更多个是平行共面的，并且 具有相同的长度。
[0204]
a13.根据段落a1-a12中任一段落所述的天线系统(100)，其中：
[0205]
阵列(102)与导向器(106)之间的距离(d1)在λ/4的10％以内；
[0206]
阵列(102)与反射器(110)之间的距离(d2)在λ/8的10％以内；以 及
[0207]
λ是电磁辐射(113)的最长波长。
[0208]
a14.根据段落a1-a13中任一段落所述的天线系统(100)，其中第一电 抗负载(135)或第二电抗负载(141)中的至少一个被调整为以下内容的函 数：
[0209]
范围在10mhz和10ghz之间的电磁辐射(113)的频率；和
[0210]
天线系统(100)的方向性(144)。
[0211]
a15.根据段落a1-a14中任一段落所述的天线系统(100)，其中方向性 (144)包括会聚到阵列(102)的面向导向器(106)的侧壁(114)(例如， 边缘)或从该侧壁会聚的电磁辐射(113)。
[0212]
a16.根据段落a1-a15中任一段落所述的天线系统(100)，其中导向器 (106)被配置为使得方向性(144)包括在从地平线(1108)或到地平线(1108) 的仰角方向上聚焦的电磁辐射(113)。
[0213]
a17.根据段落a1-a16中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列(102) 包括紧耦合偶极子阵列(tcda)或多抽头天线(200)。
[0214]
a18.根据段落a1-a17中任一段落所述的天线系统(100)，其中：
[0215]
每个导体(104)的长度(l4)在λ/10的10％以内；
[0216]
导体(104)隔开的距离(d)在λ/100的10％以内；以及
[0217]
λ是电磁辐射(113)的最长波长。
[0218]
a19.根据段落a1-a18中任一段落所述的天线系统(100)，其中：
[0219]
导体(104)电容地耦合或通过电场的近场相互作用耦合，使得由导体的 一个导体(104a)处的电磁辐射(113)产生并在导体的下一个相邻导体(104b) 处经历的电场具有：
[0220]
与1/d2成比例的近场振幅；和
[0221]
与1/d3成比例的电抗近场振幅，其中d是导体的一个导体(104a)与导 体的下一个相邻导体(104b)相隔的距离。
[0222]
a20.根据段落a1-a19中任一段落所述的天线系统(100)，还包括飞行 器结构(1150)，其中：
[0223]
飞行器结构(1150)包括或附接到反射器(110)；和
[0224]
飞行器结构(1150)还包括蒙皮(1103)、翼梁(602)、舱壁(1101) 或机翼前缘。
[0225]
a21.一种飞行器(1100)，包括段落a1所述的天线系统(100)。
[0226]
a22.根据段落a1-a21中任一段落所述的天线系统(100)，其中导向器 (106)和反射器(110)包括无源元件。
[0227]
a23.根据段落a1-a16中任一段落所述的天线系统(100)，其中电磁辐 射(113)包括射频。
[0228]
a24.一种发射机，包括段落a1-a18中任一段落所述的天线系统，其中 方向性(144)将电磁辐射的能量聚焦到水线或地平线处的传感器。
[0229]
a25.根据段落a1-a24中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列 (102)、导向器(106)和反射器(110)被电抗地加载在导电背板(128) 上，以提供高达6分贝的增益改进。
[0230]
a26.根据段落a1-a25中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列 (102)、导向器(106)和反射器(110)被电抗地加载，使得当包括阵列(102) 中的导体(104)中的一个导体的有源中心偶极振子被激励时，其他偶极振子 (包括其他导体(104))也被激励，但是在给定的相位中，偶极振子的激励 场在水平方向上相加并在阵列的上方和下方(上下)抵消。
[0231]
a27.根据段落a1-a26中任一段落所述的天线系统(100)，其中方向性 (144)在仰角方向(角度θ)上增加，但在方位角方向上没有显著增加，使 得电场图案包括具有椭圆形横截面的锥体，该锥体包括沿仰角方向的长轴线 和沿方位角方向的短轴线。
[0232]
a28.根据段落a1-a27中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列(102) 包括导体(104)的线性阵列。
[0233]
a29.根据段落a1-a28中任一段落所述的天线系统(100)，其中导体(104) 包括偶极振子。
[0234]
a30.根据段落a1-a29中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列(102) 包括馈电阵列。
[0235]
a31.根据段落a1-a29中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列(102) 包括tcda。
[0236]
a32.根据段落a1-a29中任一段落所述的天线系统(100)，其中阵列(102) 包括多个负载(116)，并且每个负载(116)将导体中的一个导体(104a)连 接到导体中的相邻一个导体(104b)。
[0237]
a33.根据段落a32所述的天线系统(100)，其中每个负载(116)包括 电阻或与电容串联的电阻。
[0238]
a34.根据段落a1-a33中任一段落所述的天线系统(100)，其中第一电 抗负载(135)包括电容带(120)，该电容带包括在第一电介质上的第一金 属层。
[0239]
a35.根据段落a3-a34中任一段落所述的天线系统(100)，其中第二电 抗负载(141)包括电感带(122)，该电感带包括在第二电介质上的第二金 属层。
[0240]
a36.根据段落a1-a35中任一段落所述的天线系统(100)，其中第一电 抗负载(135)包括包含电介质层(404)的至少一个电容器(c1)。
[0241]
a37.根据段落a1-a36中任一段落所述的天线系统(100)，其中第一电 抗负载(135)或第二电抗负载(141)中的至少一个包括在电介质层(404) 和/或半导体上的电路系统。
[0242]
a38.根据段落a37所述的天线系统(100)，其中电路系统包括一个或 多个分立的电气部件、一个或多个电路元件(401)、一个或多个导电轨(502) 或一个或多个导电垫。
[0243]
使用天线阵列的方法
[0244]
图13示出使用天线系统的方法。
[0245]
框1300表示使用天线阵列(例如，tcda)接收或发射辐射。
[0246]
框1302表示使用定位在阵列前面的导向器和定位在天线阵列后面的反射 器来增加天线系统的方向性。在一个或多个示例中，方向性朝向地平线或水 线。
[0247]
结论
[0248]
以上是对本公开的优选实施例的说明。出于说明和描述的目的，已经呈 现了优选实施例的以上描述。其并非旨在详尽或将本公开限制于所公开的精 确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。意图在于权利范围不 由该详细描述限定，而由所附权利要求限定。