CN107026307A - 结构化天线阵列及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及结构化天线阵列及其制造方法。一种结构化天线阵列可包括：核心，包括交叉的壁部，其中，所述核心进一步包括形成在所述壁部的第一表面上的天线元件和形成在所述壁部的第二表面上的馈电元件；分布基板层，耦接至所述核心并且与所述天线元件和馈电元件电通信；第一外壳，与分布基板层相对地耦接至所述核心；和第二外壳，与第一外壳相对地耦接至分布基板层。

Description

结构化天线阵列及其制造方法
技术领域
本公开总体上涉及天线系统，并且更具体而言，涉及可用作移动平台(mobileplatform)的结构化承载部分的宽带天线阵列(wide band antenna array)。
背景技术
诸如飞机、航天器、陆地或海洋交通工具的许多移动平台通常要求使用天线系统来发射和接收电磁波信号。该天线系统通常以布置在网格状样式中的天线元件阵列的形式设置。安装在天线元件上的各种组件给移动平台增加了不期望的重量。将天线阵列放置在移动平台的外部可以减少空气动力效率。由于材料的成本、生产时间和过程以及需要的额外的工具夹具，故可能使要求制造天线阵列的费用很高。这样的制造和设计缺点会限制天线阵列的操作尺寸，这限制了天线的有效区域并且影响天线系统的性能。
因此，本领域的技术人员在天线阵列领域继续研究和开发努力。
发明内容
在一个实例中，公开的结构化天线阵列可包括：核心，包括交叉的壁部(wallsection)，其中，该核心(core)进一步包括形成在所述壁部的第一表面上的天线元件(antenna element)和形成在所述壁部的第二表面上的馈电元件(feed element)；分布基板层(distribution substrate layer)，耦接至所述核心并且与所述天线元件和馈电元件电通信；第一外壳(first skin)，与分布基板层相对地耦接至所述核心；和第二外壳，与第一外壳相对地耦接至分布基板层。
在另一个实例中，公开的移动平台可包括结构化构件和结构化天线阵列，该结构化天线阵列耦接至所述结构化构件并形成结构化构件的一部分，其中，该结构化天线阵列包括：核心，该核心包括交叉的壁部，其中，所述核心还包括形成在壁部的第一表面上的天线元件和形成在壁部的第二表面上的馈电元件；分布基板层，耦接至所述核心并且与天线元件和馈电元件电通信；第一外壳，与分布基板层相对地耦接至所述核心；和第二外壳，与第一外壳相对地耦接至分布基板层。
在又一个实例中，公开的制造结构化天线阵列的方法可包括的步骤为：(1)形成包括交叉的壁部的核心，其中，所述壁部包括形成在第一表面上的天线元件、形成在相对的第二表面上的馈电元件以及耦接至所述天线元件和所述馈电元件的连接销(connectorpin)；(2)连接核心周围的框架；(3)将分布基板层放置在核心上，其中，所述分布基板层包括多个过孔；(4)将所述连接销连接至所述过孔以将所述壁部机械耦接至所述分布基板层；(5)将所述连接销焊接至所述过孔以将馈电元件和天线元件电耦接至分布基板层；(6)将RF连接器连接至分布基板层以将馈电元件和天线元件电耦接至RF连接器；(7)将第一外壳与所述分布基板层相对地放置在所述核心上；(8)将第二外壳与所述第一外壳相对地放置在所述分布基板层上；并且(9)对核心、分布基板层、第一外壳和第二外壳进行固化。
所公开的装置和方法的其他实例将从下文的具体实施方式、附图和所附权利要求书变得显而易见。
附图说明
图1为所公开的结构化天线阵列的一个实例的俯视示意透视图；
图2为图1的结构化天线阵列的仰视示意透视图；
图3为结构化天线阵列的核心的一个实例的示意透视图；
图4为由多个天线元件形成的基板层的第一侧的示意透视图；
图5为由多个馈电元件形成的图4的基板层的第二侧的示意透视图；
图6为示出了形成用于实现壁部后续的互锁装配以形成图3的核心的壁槽的图4的基板层的示意透视图；
图7为将图6的基板层切割为多个壁部以用于形成核心的示意透视图；
图8A为形成在每个馈电元件的末端的一个边缘上的连接销的壁部的一个实例的示意透视图；
图8B为示出了具有天线元件的第一表面的壁部的一个实例的侧面示意侧立面视图；
图8C为示出了具有馈电元件的第二表面的壁部的一个实例的侧面示意侧立面视图；
图9为结构化天线阵列的一个实例的示意截面图；
图10为图9的结构化天线阵列的一部分的放大示意截面图；
图11为结构化天线阵列的第二外壳的一个实例的示意透视图；
图12为形成核心的邻近的壁部之间的接头位置的一个实例的示意透视图；
图13为公开的制造结构化天线阵列的方法的一个实例的流程图；
图14为部分构建在第一支撑构件和工具支撑板上的核心的一个实例的示意透视图；
图15为完全构建在工具上的核心的示意透视图；
图16为在核心周围连接的框架的一个实例的示意透视图；
图17为置于核心上的分布基板层的一个实例的示意透视图；
图18为工具的第二支撑构件的一个实例的示意透视图，所述工具用于固定和旋转所述结构化天线阵列；
图19为核心、框架和分布基板层旋转以及第一支撑构件移除的示意透视图；
图20为置于核心的第一外壳的一个实例的示意透视图；
图21为整体形成为移动平台的结构化构件的结构化天线阵列的一个实例的示意透视图；
图22为飞机生产和服务方法的方框图；
图23为飞机的示意说明图；和
图24为放置在分布基板层上的第二外壳的一个实例的示意透视图。
具体实施方式
下面的具体描述参照示出了本公开描述的具体实例的所述附图。其他具有不同的结构和操作的实例不脱离本公开的范围。相同的参考标号在不同的视图中可指相同的特征、元件或组件。
在图13和图22中，如上文所涉及的，方框可代表其操作和/或部分，连接各种方框的线不表示其操作或部分的任何顺序或从属关系。由虚线表示的方框表明其可替代的操作和/或部分。连接各种方框的虚线，如果有的话，代表其操作或部分可替代的从属关系。将理解的是，在各种公开的操作中，不是所有的从属关系都有必要表示出来。图13和图22以及描述在本文中阐述的方法的操作的所附的公开内容不应该理解为必须确定要被执行的操作的次序。相反，虽然表明了一个示例的顺序，要理解的是在合适的时候，操作的次序可修改。因此，某些操作可以不同的顺序执行或同时执行。另外，本领域的技术人员将理解，不是所有描述的操作都需要执行。
除非另外表明，否则在本文中所使用的术语“第一”，“第二”等仅作为标签，而并不旨在对这些术语所指代的项施加顺序的、位置的或层次要求。此外，标记为“第二”的项不要求或预示存在低编号项(例如“第一”项)和/或存在高编号项(例如“第三”项)。
如本文中使用的，措辞“至少一个”在用于一系列项时意指可使用一个或多个所列项的不同组合以及可能仅需要所列项中的一个。所述项可以是具体的物体、东西或种类。换句话说，“至少一个”意指在所列项中可使用项或项数目的任何组合，可不要求所列项中所有的项。例如，“项A、项B和项C中的至少一个”可意指：项A；项A和项B；项B；项A、项B和项C；或项B和项C。在一些情况下，“项A、项B和项C中的至少一个”可意指作为实例而非限制：两个项A，一个项B和十个项C；四个项B和七个项C或一些其他合适的组合。
贯穿本公开，由于在附图中绘出实例，可参照各种组件之间的空间关系和组件的各种方面的空间定向。然而，正如本领域的技术人员将认识到的，在阅读完本公开之后，本文描述的实例可置于任何方向上。因此，使用诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“上面”、“下面”、“上”、“下”的术语或其他类似的术语来描述各种组件之间的空间关系或描述本文描述的实例的方面的空间方向应分别理解为描述这样的实例的方面的组件之间的相对关系或空间方向，因为本文描述的实例可以布置为任何方向。
本文所指的“实例”、“一个实例”、“另一个实例”或类似的语言意为结合实例描述的一个或多个特征、结构、元件、组件或特点包括在至少一个实施方式或实施中。因此，贯穿本公开，措辞“在一个实例中”，“作为一个实例”和类似的语言，可能，但不一定，指同样的实例。进一步地，表征任何一个实例的主题可以但非必须包括表征任何其他实例的主题。
下文提供了说明性的非穷举实例，这些实例可以但非必须要求根据本公开的本主题的保护范围。
参照图1和图2，公开了结构化天线阵列100的一个实施方式。在没有对结构化部分的整体力量做出不期望的改变的情况下，该结构化天线阵列100形成能够易于集成至移动平台(例如诸如飞行器、海洋交通工具、陆地交通工具等的交通工具)的结构化部分的承载结构化构件。另外，结构化天线阵列100可不增加超过没有结合天线能力的传统结构化构件的重量的显著的额外重量。
一般而言，结构化天线阵列100限定了被定向为与进入的无线电波的方向正交并且被配置为接收无线电波的天线的天线孔径(antenna aperture)或有效区域。结构化天线阵列100包括第一(例如，纵向)维度(在本文中以长度L1标识)和第二(例如，横向)维度(在本文中以宽度W1标识)(图1)。一般而言，结构化天线阵列100可基于具体的应用而被构建为具有任何合适的维度。作为一个具体而非限制性的实例，结构化天线阵列100可包括约74英寸的长度L1和约14英寸的宽度W1。
结构化天线阵列100包括互相连接以形成核心104的壁部102(例如，多个壁部102)。作为一个实例，核心104可以是由壁部102的大致平行(例如纵向)的行106与壁部102的大致平行(例如横向)的列108大致正交互接而形成的蜂巢核心或网格状核心。在具有74英寸乘14英寸的尺寸的结构化天线阵列100具体而非限制性的实例中，结构化天线阵列100的核心104可包括10个行106纵向延伸的壁部102和6个1列108横向延伸的壁部102。还可考虑其他数目的壁部102(例如，行106和/或列108列)。
虽然图1和图3示出了形成核心104的壁部102的X-Y网格状布置，核心104具有大致正方形的开口(例如，正方形天线单元128)并且还可考虑其他的网格状布置。例如，还可由互相连接的壁部102形成具有六边形开口(例如，六边形天线单元128)的蜂巢或网格状核心104。这样，形成结构化天线阵列100的核心104的壁部102大致正交的布局旨在示出壁部102和/或天线元件110和馈电元件126的网格状布局的一个实施方式(图3至图5)。所选择的网格状类型的布局和结构化天线阵列100的整体尺寸可取决于结构化天线阵列100将被使用的具有应用。
参照图9并参照图1和图2，结构化天线阵列100包括框架112。框架112安装在核心104周围并支撑核心。作为一个实例，核心104安装在框架112相对的(上和下、前和后等)的凸缘118之间。框架112固定核心104并保持壁部102适当的对齐(例如正交对齐)和核心104和/或天线单元128适当的形状(例如正方形)。框架112还提供用于将结构化天线阵列100附接至移动平台的结构化部分的附接点。
结构化天线阵列100包括第一(例如，前面的)外壳114(图1)和第二(例如，背面的)外壳116(图2)。外壳114(在图1中切除其一部分以更好地示出形成核心104的壁部102的网格状布置)和外壳116耦接至核心104(和分布基板层190)(未在图1和图2中示出)以形成夹层结构(sandwich structure)。因此，结构化天线阵列100包括由第二外壳116、核心104、分布基板层190(图9和图10)和第一外壳114形成的层状结构。
结构化天线阵列100可提供充足的结构力以便能够替换承载结构或结构化构件。作为一个实例，在移动平台应用中，结构化天线阵列100可用作飞机、航天器、旋翼飞机等的主要结构化构件。其他可能的应用可包括用作海洋或陆地交通工具的主要结构化构件。由于结构化天线阵列100可集成至移动平台的结构中，它可能不会像要求安装在否则高空气动力，高速的移动平台的外表面的天线或天线阵列那样对移动平台的空气动力产生消极影响。
参照图3并参照图1、图4和图5，多个壁部102中的每一个(在本文中还被标识别为壁部102)包括天线元件110(例如，多个天线元件110)(图4)和馈电元件126(例如，多个馈电元件126)(图5)。天线元件110和馈电元件126嵌入在、集成在、附接在或以其他方式形成在壁部102相对的表面上。因此，结构化天线阵列100包括天线单元128(例如，多个天线单元128)(图1)。由互相连接的壁部102形成天线单元128，例如，布置为形成网格状(例如，正方形单元)核心104。结构化天线阵列100的核心104包括天线单元128的行106和列108。
天线元件110可以是扁平的(例如，平面的)导电元件或微带天线。作为一个实例，天线元件110为偶极天线元件(dipole antenna element)。作为一个非限制性的实例，天线元件110中的每一个(在本文中还指天线元件110)可被配置为以在约2GHz到约4GHz范围内的频率进行操作。
壁部102的垂直布置(例如，形成正方形天线单元128)创建正交的偶极天线元件110的组以提供双极化(dual polarization)。例如，某些天线元件110水平极化而某些其他的天线元件110(例如，正交定向)垂直极化。在其他实例中，结构化天线阵列100可包括仅一组偶极天线元件110以提供单极化。
有益地，结构化天线阵列100不要求使用金属基板支撑天线元件110和/或馈电元件126。结构化天线阵列100因此可能不具有不期望的寄生重量代价。如在本文中所使用的，术语“寄生(parasitic)”一般意指与对于发射或接收操作来说不直接需要的天线或天线阵列的组件相关联的重量。这样，结构化天线阵列100为轻质结构(lightweight structure)，使其对于航空航天应用尤其合适和有益。
参照图4和图5，在一个实例建构中，由第一表面122上的天线元件110(图4)和第二表面124上的馈电元件126(图5)形成基板层120。作为一个实例，在基板层120的第一表面122以大致平行的行形成天线元件110，且在基板层120的第二表面124以大致平行的行形成馈电元件126。还可考虑天线元件110和/或馈电元件126的其他布置。在第一表面122上的每对天线元件110(在本文中还标识为天线元件对110a)(图4)与在相对的第二表面124上的一个馈电元件126(在本文中也标识为馈电元件126)相关联。
作为一个实例，基板层120包括非导电基板材料。作为一个实例，基板层120可以是印刷电路板(“PCB”)材料或类似的电子电路板材料(在本文中一般指电子板材料(electronic board material)192)。作为一个通用而非限制性的实例，基板层120可以是玻璃加强环氧层压板(glass-reinforced epoxy laminate)(通常还被称为FR-4)。作为一个具体而非限制性的实例，基板层120可以是可从亚利桑那州、钱德勒市的Isola Group购得的I- RF MT层压板。
基板层120的第一表面122和第二表面124中的每一个都涂覆有铜箔(未明确示出)，对铜箔进行蚀刻以便在第一表面122上形成天线元件110并在第二表面124形成馈电元件126，其具有期望的尺寸和相对间隔。保护涂层(未明确示出)可涂覆在第一表面122上的天线元件110和第二表面124上的馈电元件126，以便保护形成天线元件110和馈电元件126的铜箔。作为一个实例，保护涂层可以是诸如焊接掩模的非导电涂层。在图3、图6、图7、图8A、图8B、图8C和图10中以点划线示出的天线元件110和馈电元件126示出了由保护涂层覆盖的天线元件110和馈电元件126。同样地，基板层120的第二表面124上的馈电元件126在图8A和图10中以点划线示出以便示出由保护涂层覆盖(如，隐藏)的馈电元件126，并且基板层120的第一表面122上的天线元件110在图8A和图10中以点划线示出以便在不可见的第一表面122(例如，隐藏在第二表面124下)上示出天线元件110。
参照图8B和图8C，在一个实例中，可以暴露一个或多个(例如，每个)天线元件110和一个或多个(例如，每个)馈电元件126的一部分(例如，不被保护涂层覆盖的铜箔的部分)以形成测试触头(test contact)160。
参照图6，在一个实例建构中，装配用壁槽(wall slot)130在相分隔的位置处形成在基板层120中。壁槽130中的每一个(在本文中还标识为壁槽130)包括第一(例如，上面的)部分130a和第二(例如，下面的)部分130b。壁槽130有助于壁部102的交叉装配以形成核心104(图3)。作为一个实例，壁槽130可被水射流切割或机器加工形成进入基板层120的路径以便穿透基板层120的整个厚度。
参照图7，作为一个实例，基板层120可被切割成形成壁部102的多个段或条。根据壁部102的整体长度L2和/或结构化天线阵列100(图1)期望的整体尺寸(例如，长度L1和/或宽度L2)，一个或多个壁部102可切割成合适的长度(例如，用于缩短壁部102的长度)。壁部102的高度H2代表结构化天线阵列100的核心104的整体高度H1(图3)。
参照图8A、图8B和图8C并参照图10，作为一个实例，每个壁部102的边缘(未明确标识)可被切割以在邻近的馈电元件126和天线元件110的末端之间形成凹口(notche)132。凹口132使得每个馈电元件126的末端能够形成第一(例如，信号)连接销134(例如，第一导电引脚)以及使得每个天线元件的末端能够形成第二(例如，接地)连接销136(例如，第二导电引脚)。可以利用导电材料电镀(例如，利用铜覆盖)第一连接销134和第二连接销136中的每一个。
参照图8B和图8C，在一个实例建构中，多对天线元件110(例如，每个天线元件对110a)可直接(例如，物理地)耦接在一起(例如，由铜材料的连续的条形成)。邻近一个天线元件对110a的天线元件110的另一个天线元件对110a的另一个天线元件110可电容耦合在一起。作为一个实例，电容耦合板(capacitive coupling pad)188(图8C)可耦接至第二表面124(例如，物理并电耦接至电子板材料192)。电容耦合板188可促进并且能够实现天线元件110之间的电容连接和通信。
在一个实例中，天线元件110和馈电元件126可通过至分布基板层190(图10)的连接而直接耦接(例如，物理和电连接)在一起。在一个实例中，天线元件110和馈电元件126可经由电容耦合板188(例如，穿过基板层120的厚度)电容耦合在一起。
参照图10并参照图9，作为一个实例，第一外壳114和第二外壳116包括形成夹层结构(还被称为多层覆盖(superstrate))的多个基板材料层。作为一个实例，第一外壳114包括第一(例如，内部)非导电基板层140、第二(例如，外部)基板层142和设置在第一非导电基板层140与第二非导电基板层142之间的介电基板层(dielectric substrate layer)144。同样地，作为一个实例，第一外壳114包括第一(例如，内部)非导电基板层146、第二(例如，外部)基板层148和设置在第一非导电基板层146和第二非导电基板层148之间的介电基板层150。
作为一个实例，第一外壳114的第一非导电基板层140和第二基板层142以及第二外壳116的第一非导电基板层146和第二基板层148可以是电子板材料192(例如，PCB材料或类似的电子电路板材料)。作为一个一般性而非限制性的实例，第一非导电基板层140、第二基板层142、第一非导电基板层146和第二基板层148可以是玻璃加强环氧层压板(一般也称为FR-4)。作为一个具体而非限制性的实例，第一非导电基板层140、第二基板层142、第一非导电基板层146和第二基板层148可以是I- RF MT层压板。例如，第一外壳114的第一非导电基板层140和第二基板层142和/或第二外壳116的第一非导电基板层146和第二基板层148可包括被固化以形成层压结构的多层(例如，5层)I- RF MT。
作为一个实例，第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150可以是任何适合的电绝缘并允许电磁波(例如，射频(“RF”)波)通过该材料传播的介电材料。作为一个一般性而非限制性的实例，介电基板层144和介电基板层150可以是介电泡沫材料(dielectric foam material)。作为一个具体而非限制性的实例，介电基板层144和介电基板层150可以是可从马萨诸塞州，伦道夫的爱玛森康明(Emerson&Cuming MicrowaveProducts,Inc.)购得的 Lok。例如，第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150可包括 Lok约0.25英寸厚的薄板。介电基板层144和/或介电基板层150的具体性质(例如，介电常数)可取决于(例如，基于所选择的)天线参数，包括但不限于操作频率、带宽等。
虽然在图10中示出的第一外壳114和第二外壳116的实例包括三个基板层(例如，内部和外部非导电基板层以及介电基板层)，还可考虑基板层的其他配置和布置。作为一个实例，第一外壳114和/或第二外壳116可包括设置在内部非导电基板层与外部非导电基板层之间的一个或多个另外的非导电基板层。
第一外壳114和第二外壳116为结构化天线阵列100提供结构硬度。可选择第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150的介电材料以便合适地调谐(例如，天线元件110的)结构化天线阵列100的RF发射和接收能力。例如，可选择第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150的介电材料，以便合适地以天线元件110的衰减工作。在一个实例中，第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150的介电属性可以相同。在一个实例中，第一外壳114的介电基板层144和第二外壳116的介电基板层150的介电属性可以不同，以便调谐结构化天线阵列100。作为一个实例，可基于具体的性能参数修改介电基板层144和/或介电基板层150的厚度。
参照图10并参照图9，作为一个实例，结构化天线阵列100包括分布基板层190(例如，电子分布板)。核心104(例如，每个互相连接的壁部102)可机械地或电耦接至分布基板层190。如在图10中最佳地示出的，分布基板层190被设置在核心104与第二外壳116之间。
作为一个实例，分布基板层190包括非导电基板材料。作为一个实例，分布基板层190可以是电子板材料192(例如，PCB材料或类似的电子电路板材料)。作为一个一般性而非限制性的实例，分布基板层190可以是玻璃加强环氧层压板(一般还被称为FR-4)。作为一个具体的而非限制性的实例，分布基板层190可以是I- RF MT层压板。例如，分布基板层190可包括被固化以形成层压结构的多层(例如，5层)I- RF MT。
作为一个实例，分布基板层190包括过孔138。过孔138是至少部分通过分布基板层190的厚度形成的孔洞。壁部102的第一连接销134和第二连接销136(例如，天线元件110和馈电元件126的末端)插入过孔138，以便将壁部102机械耦接至分布基板层190(例如，将核心104机械耦接至分布基板层190)。过孔138可电镀有导电材料(例如利用铜覆盖)，以便将馈电元件126电耦接至分布基板层190。贯穿分布基板层190的过孔138通过多个贯穿分布基板层190延伸的导电轨道或轨迹(未明确示出)互相电连接。因此，分布基板层190将天线元件110和馈电元件126互相电连接在一起，并连接至例如移动平台的无线电收发电子设备(未明确示出)。
参照图9并参照图2，作为一个实例，射频(“RF”)连接器152(例如多个RF连接器152)机械地并电耦接至分布基板层190。RF连接器152可以是任何合适的RF连接器，诸如同轴RF连接器。
作为一个实例，RF连接器152可机械地并电耦接至形成在分布基板层190中的过孔138。RF连接器152通过多个贯穿分布基板层190延伸的导电轨道或轨迹电耦接至馈电元件126和/或天线元件110。因此，分布基板层190充当集成壁部102的馈电元件126和天线元件110的电子分布传输媒介物。换句话说，天线元件110和馈电元件126通过分布基板层190物理连接至RF连接器152。结构化天线阵列100可通过RF连接器152耦接至移动平台的无线电收发器电子设备(未明确示出)。
在一个实例中，馈电元件126的一部分(例如，选择的多个馈电元件126)和/或天线元件110的一部分(例如，选择的多个天线元件110)耦接至多对RF连接器152并且与多对RF连接器相关联。作为一个实例，天线单元128的至少一列108的馈电元件126和/或天线元件110(例如形成天线单元128的壁部102)与两个RF连接器152相关联。所述两个RF连接器152中的一个可与水平极化的天线元件110相关联，并且两个RF连接器152中的另一个可与垂直极化的天线元件110相关联。
因此，结构化天线阵列100在为例如约2GHz到约4GHz的频率范围内的宽带(例如S带)中操作。结构化天线阵列100还是双极化(例如，水平极化和垂直极化)。
参照图11并参照图2、图9和图10，在一个实例建构中，在第二外壳116中形成外壳槽158。作为一个实例，外壳槽158可被水射流切割或机器加工形成至少进入第二外壳116的路径(例如，至少部分通过第二非导电基板层148和介电基板层150)。外壳槽158促进接触连接至分布基板层190的RF连接器152(图2和图9)。如在图2中最佳地示出的，RF连接器152内部对齐并且至少部分穿过外壳槽158延伸。
参照图2并参照图9，在一个实例建构中，连接器支撑件154可安装在外壳槽158内并耦接至第二外壳116。连接器支撑件154可支撑并加强RF连接器152。作为一个实例，连接器支撑件154为坚硬的薄板，例如，由金属制成，并包括具有用于收纳RF连接器152的合适的尺寸和形状的多个孔(未明确示出)。
参照图9并参照图11，在一个实例建构中，螺纹插入件156可安装在第二外壳116中以便有利于连接器支撑件154的连接。作为一个实例，孔洞(未明确示出)可沿着外壳槽158的一侧至少部分穿过第二外壳116的第二非导电基板层148和介电基板层150形成(例如，利用机器加工)。螺纹插入件156可安装在所以形成的孔洞中。一种灌注混合物(未明确示出)可用来将螺纹插入件156粘合在第二外壳116内。固件(未明确示出)可连接至螺纹插入件156，以便将连接器支撑件154连接到第二外壳116。
如上所述，根据具体的天线应用和/或结构化天线阵列100集成至其中的移动平台的具体结构化构件，结构化天线阵列100的整体尺寸(例如长度L1和/或宽度W1)(图1)可大范围地变化。因此，核心104可由多个核心区段或连接在一起的核心部分制成或形成。
参照图12，在一个实例建构中，为了制造具有期望尺寸的结构化天线阵列100，一个或多个壁部102可包括两个或两个以上连接在一起的壁部分。作为一个实例，至少一个壁部102包括第一壁部分162a和第二壁部分162b。第一壁部分162a和第二壁部分162b的邻近的边缘(未明确示出)紧靠在一起以形成壁部102。导电接头(conductive splice)164可用来将第一壁部分162a中的一个天线元件110(例如一半天线元件110a)和邻近的第二壁部分162b中的一个天线元件110(例如一半邻近天线元件110b)电连接在一起。导电接头164可由任何合适的导电材料制成。作为非限制性实例，导电接头164可由焊接、箔片、导电粘合剂、导电网眼等制成。
第一壁部分162a和第二壁部分162b可物理连接在一起并由结构非导电接头夹(non-conductive splice clip)166支撑。非导电接头夹166可由结构非导电材料制成。作为一个实例，非导电接头夹166可由电子板材料190(例如，PCB或其他合适的电子电路板材料)制成。作为一个一般性而非限制性的实例，非导电接头夹166可以是玻璃加强环氧层压板(一般还被称为FR-4)。作为一个具体而非限制性的实例，非导电接头夹166可以是I- RF MT层压板。非导电接头夹166可通过导电接头164附接至壁部102(例如，在第一壁部分162a与第二壁部分162b之间)。可使用合适的非导电粘合剂或其他粘合剂将非导电接头夹166附接至壁部102。非导电接头夹166被设计为不与壁部102任何暴露的导电材料相接触(例如，铜箔或其他电子板)。
因此，在本文中公开的结构化天线阵列100克服很多存在于传统的结构化天线阵列中的缺点，包括可生产性、花费、尺寸和重量限制和RF性能。使用电子板材料190来制造壁部102、分布基板层190、第二外壳116的第一非导电基板层146和第二非导电基板层148以及第一外壳114的第一非导电基板层140和第二非导电基板层142可排除由于材料之间的热膨胀系数的不匹配引起的生产性问题并减少生产成本。粘合在核心104(和分布基板层190)上的第二外壳116和第一外壳114产生轻质，牢固的结构化构件，可集成进另一个结构。结构化天线阵列100结构集成进移动平台的结构化构件使得天线孔径尺寸相比传统天线阵列而言显著增加。
参照图13，公开了方法200的一个实例。方法200是公开的用于制造结构化天线阵列100的方法的实例实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，可对方法200做出修改、添加或省略。方法200可包括更多、更少的或其他步骤。另外，可以任何合适的顺序执行所述步骤。
参照图13并参照图3至图5，在一个实例实施方式中，方法200包括形成包括交叉的壁部102的核心的步骤，如方框302所示。壁部102包括电子板材料190，其具有在第一表面122上的天线元件110，在第二表面124上馈电元件126以及连接销134，136，从壁部102的边缘延伸并耦接至馈电元件126和天线元件110。作为一个实例，壁部102互相正交连接，例如，通过将壁槽130的第一部分130a和第二部分130b配对以形成天线单元128的行106和列108。每个天线单元128(还被称为天线单元128)包括方向正交的天线元件对110(例如天线元件对110a)和电容耦接至天线元件对110的相关联的馈电元件对126。
参照图14和图15，在一个实例实施方式中，工具168可用来构建结构化天线阵列100。作为一个实例，工具168可包括第一支撑构件170(例如，连接的一组管子，通道等)，其具有合适的尺寸和形状以支撑结构化天线阵列100。工具168还可包括位于第一支撑构件170上的一个或多个支撑板172。支撑板172可由具有与壁部102、第二外壳116和第一外壳114相似的热膨胀性质(例如，具有匹配的热膨胀系数)的材料制成。作为一个一般性而非限制性的实例，支撑板172可以是玻璃加强环氧层压板(例如FR-4)。
可通过互相连接的壁部102在工具(tooling)168上(例如在第一支撑构件170和支撑板172上)构建核心104。如图15所示，根据结构化天线阵列100的整体长度L1(图1)和壁部102的长度L2(图7)，核心104可包括多个核心区段(分别标识为第一核心区段104a、第二核心区段104b、第三核心区段104c和第四核心区段104d)。在这样的实例中，邻近的壁部102可在接头位置174处相连以便形成壁部102的纵行。连在一起的邻近壁部102(例如，第一壁部分162a和第二壁部分162b)可如上文描述地并参照图12执行。
参照图13并参照图1、图2、图9和图16，在一个实例实施方式中，如方框304所示，方法200包括连接核心104周围的框架112的步骤。
参照图13并参照图9、图10和图17，在一个实例实施方式中，方法200包括将分布基板层190放置在核心104上的步骤，如方框306所示。作为一个实例，分布基板层190(图10)放置在核心104上，这样在分布基板层190中形成的过孔138(图10)与从区段102的边缘延伸的第一连接销134和第二连接销136对齐。方法200还包括将连接销134、136连接至过孔138的步骤，如方框308所示。将连接销134、136连接至(例如插入)过孔138将壁部102机械耦接至分布基板层190。方法200还包括将连接销134、136焊接至过孔138的步骤，如方框310所示。将连接销134、136焊接至将馈电元件126电耦接至分布基板层190的过孔138。
根据结构化天线阵列100的整体长度，分布基板层190可由多个分布基板层区段(未明确示出)构建。作为一个实例，每个分布基板层区段可包括一个区段的分布基板层190。每个分布基板层区段可(例如，机械和电气地)叠接在一起。
参照图13并参照图9和图17，在一个实例实施方式中，方法200还包括将RF连接器152连接至分布基板层190的步骤，如方框312所示。将RF连接器152连接至分布基板层190，从而将RF连接器152电耦接至馈电元件126和/或天线元件110。作为一个实例，RF连接器152可连接(例如，插入和焊接)至第一非导电基板层146中的过孔138。
参照图13并参照图8B和图8C，在一个实例实施方式中，方法200包括测试结构化天线阵列110的连续性(continuity)的步骤，如方框322所示。作为一个实例，在核心104(例如，壁部102)耦接至分布基板层190之后，可使用在壁部102形成的天线元件110和/或馈电元件126的测试触头160测试结构化天线阵列110的电连续性。在构建之前(例如，在应用结构粘合剂和/或第二外壳116和/或第一外壳114的连接之前)能够测试结构化天线阵列100的电子组件(例如，天线元件110、馈电元件126、RF连接器152)的连续性并核实其恰当的性能与操作的能力有益地允许在结构化天线阵列100执行维修。
参照图13，在一个实例实施方式中，方法200包括向核心104和/或分布基板层190施加结构粘合剂(未明确示出)的步骤，如方框314所示。作为一个实例，结构粘合剂可灌注或喷洒在核心104和分布基板层190上并处于每个天线单元128内(图3)。结构粘合剂可以是适合于使壁部102的互相连接的边缘结构稳定并且将将壁部102结构稳定在分布基板层190上的树脂材料。
参照图18和图19，在一个实例实施方式中，工具168还可包括第二支撑构件176。作为一个实例，第二支撑构件176(例如，连接的一对管子、通道等)可具有合适的尺寸和形状，以便支撑结构化天线阵列100并将结构化天线阵列100固定在第一支撑构件170与第二支撑构件176之间，例如，以便在构建期间围绕旋转轴R旋转结构化天线阵列100。另外的支撑板172可放置在结构化天线阵列100与第二支撑构件176之间。例如，在分布基板层190连接至核心104之后，部分构建的结构化天线阵列100(例如，分布基板层190和核心104)可固定在第一支撑构件170与第二支撑构件176之间、旋转180度、移除第一支撑构件170，例如用于暴露天线单元128并且将结构粘合剂施加于核心104(例如壁部102)和分布基板层190(方框314)，如图19中所示。
参照图13并参照图9、图10和图20，方法200包括将第一外壳114放置在核心104上的步骤，如方框316中所示。第一外壳114放置在分布基板层190的对面。第一外壳114可逐层形成。作为一个实例，第一外壳114的第一非导电基板层140(图10)放置在核心104上。第一外壳114的介电基板层144(图10)放置在第一非导电基板层140上。第一外壳114的第二非导电基板层142放置在介电基板层144上。虽然未明确示出，但第一外壳114还可包括至少一个粘合剂层，诸如1515-3薄膜粘合剂，其被设置在第一非导电基板层140与介电基板层144之间以及介电基板层144与第二非导电基板层142之间。同样地，至少一个粘合剂层可被设置在第一外壳114(例如，第一非导电基板层140)与核心104之间。例如，在固化操作期间，粘合剂层将第一非导电基板层140、介电基板层144、第二非导电基板层142和核心104粘合在一起。
根据结构化天线阵列100的整体长度，第一外壳114可由多个第二外壳区段(未明确示出)构建。作为一个实例，每个第二外壳区段可包括第一非导电基板层140的一个区段、介电基板层144的一个区段和第二非导电基板层142的一个区段。每个第二外壳区段可叠接在一起。
在应用第一外壳114之后，第一支撑构件170和支撑板172可被放置在第一外壳114上，以便将结构化天线阵列100固定在第二支撑构件176(和支撑板172)与第一支撑构件170(和支撑板172)之间，并且旋转180度以放置第二外壳116。可在旋转之后移除第二支撑构件176和支撑板172，如图24所示。
参照图13并参照图9、图10和图24，方法200包括将第二外壳116放置在分布基板层190上的步骤，如方框324所示。第二外壳116可放置在第一外壳114的对面以便形成第二外壳116、核心104、分布基板层190和第一外壳114的夹层结构，如图10中最佳地所示的。第二外壳116可在分布基板层190上逐层形成。作为一个实例，第二外壳116的第一非导电基板层146(图10)放置在分布基板层190上。第二外壳116的介电基板层150(图10)放置在第一非导电基板层146上。第二外壳116的第二非导电基板层148放置在介电基板层150上。虽然未明确示出，第二外壳116还可包括至少一个粘合剂层，诸如可从美国新泽西洲，伍德兰公园的氰特公司(Cytec Industries,Inc.,Woodland Park,New Jersey)购得的1515-3薄膜粘合剂，该至少一个粘合剂层放置在第一非导电基板层146与介电基板层150之间以及介电基板层150与第二非导电基板层148之间。同样地，至少一个粘合剂层可放置在第二外壳116(例如，第一非导电基板层146)与分布基板层190之间。例如，在固化期间，所述粘合剂层将第一非导电基板层146、介电基板层150、第二非导电基板层148和分布基板层190粘合在一起。
根据结构化天线阵列100的整体长度，第二外壳116可由多个第一外壳区段(未明确示出)构建。作为一个实例，每个第一外壳区段可包括第一非导电基板层146的一个区段、介电基板层150的一个区段和第二非导电基板层148的一个区段。每个第一外壳区段可叠接在一起。
虽然方法200的实例示出了在第一外壳114放置在核心104上之后，第二外壳116被放置在分布基板层190上，但还可考虑可替代的制造结构化天线阵列100的步骤顺序。例如，在第二外壳116放置在分布基板层190之后，将第一外壳114放置在核心104上。作为一个实例，可在旋转和施加结构粘合剂(方框314)之前将第二外壳116放置在分布基板层190上，并且之后可将第一外壳114放置在核心104。作为一个实例，第二外壳116可在施加结构粘合剂和旋转之后放置在分布基板层190上。
如图2、图9、图11和图24所示，RF连接器152可延伸穿过形成在第二外壳116中的外壳槽158(例如，通过介电基板层150和第二非导电基板层148形成)。
参照图13，在一个实例实施方式中，方法200包括对结构化天线阵列100进行固化的步骤(例如，第二外壳116、核心104和第一外壳114的装配组合)，如方框318所示。固化结构化天线阵列100可包括将第二外壳116、核心104、分布基板层190和第一外壳114加热到合适的温度加热合适的时间段，例如，在炉子中。作为一个具体而非限制性的实例，结构化天线阵列100可在约250°F的温度下固化120分钟。
使用电子电路板材料形成壁部102和具有接近的匹配热膨胀系数的第二外壳116和第一外壳114实现了非增压的固化操作(例如，高压灭菌固化)，这可排除由于材料之间的热膨胀系数不匹配引起的生产问题。同样地，使用具有接近匹配用于形成壁部102和第二外壳116和第一外壳114的电子电路板材料的热膨胀系数的支撑板172进一步减少了由于材料之间的热膨胀系数不匹配引起的生产问题。
参照图13并参照图2和图9，在一个实例实施方式中，方法200包括将连接器支撑件154附接至第二外壳116的步骤，如方框320所示。
参照图21，在一个实例中，公开的结构化天线阵列100集成在移动平台180的结构化构件178内并形成其一部分。结构化构件178可包括移动平台180任何合适的主要结构。作为一个实例，结构化天线阵列100可形成飞机182的机身184或机翼186中至少一个的一部分。
在本文中所公开的结构化天线阵列100和制造结构化天线阵列100的方法的实例可在可在图22示出的飞机制造和服务方法1100和图23示出的飞机1200的情境下描述。飞机1200可以是移动平台180(例如，飞机182)(图21)的一个实例。作为实例而非用于限制，结构化天线阵列100公开的实例的飞机应用可包括复合材料加固构件，诸如机身外壳、机翼外壳、控制表面、舱口、地板、门板、接近面板、尾翼等。
在预生产期间，示出的方法1100可包括飞机1200的规格和设计，如方框1102所示，这可包括用于具体的天线能力的结构化天线阵列100的设计和材料采购，如方框1104所示。在生产期间，可发生如方框1106所示的飞机1200的部件和子组件制造以及如方框1108所示的飞机1200的系统集成。在本文中描述的结构化天线阵列100的制造可实现为生产、部件和子组件制造步骤(方框1106)的一部分和/或实现为系统集成(方框1108)的一部分。之后，飞机1200可通过认证和交付，如方框1110所示，以便投入使用，如方框1112所示。在服役时，飞机1200可按时间表进行日常的保养和维护，如方框1114所示。日常的保养和维护可包括飞机1200的一个或多个系统的修改、重新配置、翻新等。结构化天线阵列100在日常的维护和服务期间也可使用(方框1114)。
示出的方法1100的每个过程可由系统集成商、第三方和/或操作者(例如顾客)执行或进行。出于所述描述的目的，系统集成商可包括，不限于，任何数目的飞机制造商和主系统分包商；第三方可包括但不限于任何数目的卖家、分包商和供应商；以及操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图17所示，由示出的方法1100生产的飞机1200可包括具有一个或多个结构集成的结构化天线阵列100的机身1202和多个高级系统1204和内部1206。高级系统1204的实例包括一个或多个推进系统1208、电系统1210、液压系统1212和环境系统1214。可包括任何数目的其他系统。虽然示出了航空航天实例，本文公开的原则可应用于其他产业，诸如汽车产业、海洋产业等。
本文示出或描述的装置和方法可在制造和服务方法1100的任何一个或多个阶段期间使用。例如，对应部件和子组件制造(方框1106)的部件和子组件可以与在飞机1200服役期间(方框1112)生产部件和子组件相似的方式制造或生产。而且，所述装置和方法的一个或多个实例，或其组合可在生产阶段(方框1108和方框1110)使用。同样地，作为实例而非用于限制，系统、装置和方法或其组合的一个或多个实例可在飞机1200服役期间(方框1112)和在保养和维护阶段(方框1114)使用。
虽然已经示出并描述了公开的结构化天线阵列和制造结构化天线阵列的方法的各种实例，在阅读本说明书之后，本领域的技术人员可想到其变形形式。本申请包括这样的变形并且仅受到权利要求书的限制。

Claims (20)

1.一种结构化天线阵列，包括：
核心，包括交叉的壁部，其中，所述核心进一步包括形成在所述壁部的第一表面上的天线元件和形成在所述壁部的第二表面上的馈电元件；
分布基板层，耦接至所述核心并且与所述天线元件和所述馈电元件电通信；
第一外壳，与所述分布基板层相对地耦接至所述核心；以及
第二外壳，与所述第一外壳相对地耦接至所述分布基板层。
2.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，所述天线元件包括偶极天线元件。
3.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，所述核心包括所述壁部的垂直交叉以形成天线单元的列和行的正方形单元结构。
4.根据权利要求3所述的结构化天线阵列，其中，所述天线单元中的每一个包括垂直定向以提供双极化的至少一对所述天线元件。
5.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，所述壁部中的每一个包括电子板材料。
6.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，所述分布基板层包括电子板材料。
7.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，所述第一外壳和所述第二外壳均包括：
第一非导电基板层；
介电基板层，耦接至所述第一非导电基板层；以及
第二非导电基板层，与所述第一非导电基板层相对地耦接至所述介电基板层。
8.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，进一步包括耦接至所述分布基板层并且与所述分布基板层电通信的RF连接器。
9.根据权利要求8所述的结构化天线阵列，其中，多对所述RF连接器与选择的多个所述馈电元件和选择的多个所述天线元件电通信。
10.根据权利要求1所述的结构化天线阵列，其中，至少一个所述壁部包括第一壁部分、第二壁部分和导电接头，所述导电接头将所述第一壁部分的一个所述天线元件电连接至邻近的所述第二壁部分的一个所述天线元件。
11.根据权利要求10所述的结构化天线阵列，进一步包括通过所述导电接头连接至所述第一壁部分和所述第二壁部分的非导电接头夹。
12.一种移动平台，包括：
结构化构件；以及
结构化天线阵列，耦接至所述结构化构件并且形成所述结构化构件的一部分，其中，所述结构化天线阵列包括：
核心，包括交叉的壁部，其中，所述核心进一步包括形成在所述壁部的第一表面上的天线元件和形成在所述壁部的第二表面上的馈电元件；
分布基板层，耦接至所述核心并且与所述天线元件和所述馈电元件电通信；
第一外壳，与所述分布基板层相对地耦接至所述核心；以及
第二外壳，与所述第一外壳相对地耦接至所述分布基板层。
13.根据权利要求12所述的移动平台，其中，
所述壁部中的每一个包括电子板材料，
所述分布基板层包括所述电子板材料，并且
所述第一外壳和所述第二外壳均包括：
第一非导电基板层，包括所述电子板材料；
介电基板层，耦接至所述第一非导电基板层；以及
第二非导电基板层，与所述第一非导电基板层相对地耦接至所述介电基板层，所述第二非导电基板层包括所述电子板材料。
14.根据权利要求12所述的移动平台，其中，
所述核心包括所述壁部的垂直交叉以形成天线单元的列和行的正方形单元结构，并且
所述天线单元中的每一个包括垂直定向以提供双极化的至少一对所述天线元件。
15.根据权利要求12所述的移动平台，其中，所述天线元件包括偶极天线元件。
16.根据权利要求12所述的移动平台，进一步包括耦接至所述分布基板层并且与所述分布基板层电通信的RF连接器。
17.根据权利要求12所述的移动平台，其中，所述壁部中的至少一个包括第一壁部分；第二壁部分；导电接头，所述导电接头将所述第一壁部分的一个所述天线元件电连接至邻近的所述第二壁部分的一个所述天线元件；以及非导电接头夹，通过所述导电接头连接至所述第一壁部分和所述第二壁部分。
18.根据权利要求12所述的移动平台，其中，所述结构化构件包括飞机的机身和机翼中的至少一个。
19.一种用于制造结构化天线阵列的方法，包括：
形成包括交叉的壁部的核心，其中，所述壁部包括形成在第一表面上的天线元件、形成在相对的第二表面上的馈电元件以及耦接至所述馈电元件和所述天线元件的连接销；
连接所述核心周围的框架；
将分布基板层放置在所述核心上，其中，所述分布基板层包括多个过孔；
将所述连接销连接至所述过孔以将所述壁部机械耦接至所述分布基板层；
将所述连接销焊接至所述过孔以将所述馈电元件和所述天线元件电耦接至所述分布基板层；
将RF连接器连接至所述分布基板层以将所述馈电元件和所述天线元件电耦接至所述RF连接器；
将第一外壳与所述分布基板层相对地放置在所述核心上；
将第二外壳与所述第一外壳相对地放置在所述分布基板层上；并且
对所述核心、所述分布基板层、所述第一外壳和所述第二外壳进行固化。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
测试所述核心到所述分布基板层的电连续性；并且
将结构粘合剂施加于所述核心和所述分布基板层。
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