CN115939741A - 超低成本一维扫描天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请题为“超低成本一维扫描天线阵列”。本文公开了天线元件，其包括金属方形环贴片和金属方形环槽以发送或接收射频(RF)信号。所公开的天线元件使用由两个低介电泡沫层隔开的若干介电层。方形环贴片位于上部泡沫层上方，而方形环槽位于上部泡沫层和底部泡沫层之间。电馈线被用于向天线元件单元供应电力或输出由方形环贴片接收的RF信号。所公开的天线元件可以被一起布置在天线阵列中，该天线阵列可调谐以共同生成或接收RF信号。

Description

超低成本一维扫描天线阵列

背景技术

相控阵列天线(“PAA”)是一种天线类型，其包括多个子天线(通常被称为组合天线的天线元件、阵列元件或辐射元件)，其中馈入阵列元件的各个信号的相对幅度和相位可以以这样的方式变化，即对PAA的总辐射图案的影响在期望方向上得到加强，而在不期望方向上得到抑制。换言之，可以生成可指向或转向不同方向的波束。发射或接收PAA中的波束指向是通过控制来自PAA中的每个天线元件的发射或接收信号的幅度和相位来实现的。

个体的辐射信号被组合以形成由PAA产生的相长和相消干涉图案，从而产生一个或多个天线波束。然后可以使用PAA在方位角和仰角上快速指向该一个或多个波束。

发明内容

下面参照下面列出的附图对所公开的示例进行详细描述。提供以下概述以说明本文公开的示例或实施方式。然而，这并不意味着将所有示例限制为任何特定配置或操作顺序。

所公开的示例和实施方式涉及可以定位在一起以形成天线阵列(或PAA)的天线元件，该天线阵列可以被贴附或合并到弯曲或共形结构(例如，飞行器机身)中。所公开的天线元件使用若干堆叠的介电层，其中至少两个由低介电泡沫层(例如，核心或低介电泡沫或者具有低平均介电常数结构的蜂窝材料)隔开。水平顶部介电层支撑微带方形环贴片辐射器并且也用作环境防护罩以防止腐蚀。方形环贴片切口孔降低了贴片的谐振频率并允许更小的外径，这对于减少互耦和避免过分强调宽边天线增益是合乎期望的。下部包括两层介电基板以支撑方形环槽和馈线(例如，提供单线性极化的单线或提供双线性极化的双馈线)，以便提供RF功率或带走所接收的RF信号。馈线激发方形环槽中的正交谐振模式，进而激发上方的方形环贴片中的正交谐振模式。方形环槽和方形环贴片一起工作以提供比任何一个可单独提供的阻抗带宽更宽的阻抗带宽。天线元件可以以发送或接收RF模式进行操作。

根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记代表相同的部分：

图1示出了根据所公开的一些实施方式的具有方形辐射器的天线元件的透视图；

图2示出了根据所公开的一些实施方式的具有方形辐射器的天线元件的截面侧视图；

图3示出了根据所公开的一些实施方式的显示天线馈线的示例取向的天线元件的俯视图；

图4示出了根据所公开的一些实施方式的具有多个天线元件的三角形阵列点阵的天线阵列的俯视图；

图5示出了具有由本公开中公开的天线元件构成的天线阵列的天线系统的框图；和

图6示出了具有由本公开中公开的天线元件构成的一个或多个阵列天线的飞行器的透视图。

相应的附图标记在整个附图中指示相应的部分。

具体实施方式

将参照附图详细描述各种示例。在可能的情况下，将在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。在整个本公开中仅出于说明性目的而提供对特定示例和实施方式的引用，但除非有相反指示，否则并不意味着限制所有实施方式。

相控阵列天线(PAA)包括多个发射器，并且被用于在高频RF应用(例如，雷达、5G或无数其他应用)中进行波束成形。PAA中的发射器的数量可以从几个到几千不等。使用PAA的目的是通过利用两个或更多个辐射信号之间的相长干涉来控制所发射光束的方向。这在天线界被称为“波束成形”。

更具体地，PAA通过调整发送到阵列中的每个发射器的驱动信号之间的相位差来实现波束成形。这允许控制辐射图案并将其定向到目标，而无需天线的任何物理移动。这意味着沿特定方向的波束成形是准全向发射器(例如偶极天线)之间的干涉效应。

所公开的实施方式和示例提供了一种超低成本的单位单元天线元件，其具有用于电子扫描阵列的独特馈电结构。该天线元件包括类似电路板的区段和低介电间隔物(例如泡沫或核心结构)。天线元件的顶部区段包括一层介电基板以支撑微带环贴片辐射器。底部区段具有一层介电基板以支撑环槽和双馈线。所公开的天线元件提供在宽频率带宽上的高质量的天线性能和高达(从天线法线起)+/-45度的一维扫描范围，以及双线性极化和圆极化。

所公开的天线元件能够在无需机械运动部件的情况下用灵活的电子扫描天线阵列波束来向车辆和飞行器发送RF信号并从车辆和飞行器接收RF信号。天线元件可以被组装成可用于许多应用中的天线阵列，这些应用例如但不限于雷达、传感器或其他应用。这些天线元件提供一种高性能、重量轻、外形小巧且超低成本的解决方案，以满足具有挑战性和不断发展的任务要求。此外，由于对全深度通孔(through-depth vias)和连接件的使用最少，所公开的天线元件被用于制造集成的和结构集成的天线，特别是在复合夹层板中。

传统天线使用相对庞大的基于波导的天线辐射器来形成电子扫描天线阵列系统的孔径区段。这样的系统机械复杂且制造成本高，并且预计不会在未来满足客户的需求。现代解决方案需要具有许多全厚度连接件的复杂多层板。这些多层设计不适合低成本制造或集成复合材料制造。

图1示出了本发明的一个实施例，其使用类似电路板的区段来形成周期性天线阵列环境中的单位单元(unit cell)。顶部区段具有一层介电基板或低成本电路板，以支撑底侧上的微带方形环贴片辐射器并且还用作防止腐蚀的环境屏蔽件。方形环贴片切口孔降低贴片的谐振频率并允许较小外径，这对于减少互耦和避免过分强调宽边天线增益是合乎期望的。虽然在此图示了方形形状，但是也可以使用诸如圆形的其他几何形状。

底部区段具有一层介电基板或电路板，以支持顶侧上的方形环槽和底侧上的双馈线。馈线在方形环槽中激励正交谐振模式，进而在上方的方形环贴片中激励正交谐振模式。方形环槽和贴片一起工作以提供比任何一个单独可提供的更宽的阻抗带宽。这种混合辐射器被设计为工作在发射模式和接收模式。由结构底部的介电基板或电路板提供金属接地板，以将反向辐射重定向到正向方向。该背板还提供机械对称性和支撑。

图1示出了根据所公开的一些实施方式的具有方形辐射器的天线元件100的透视图。该方形辐射器由用于发射或接收RF信号的方形环槽102和方形环贴片104组成。方形环槽102和方形环贴片104共同形成用于发射和/或接收RF信号的“方形辐射器”。在一些实施方式中，方形环贴片104具有比方形环槽102大的周长。

天线元件100还包括类似电路板的区段以形成周期性天线阵列环境中的单位单元。三个介电层彼此堆叠并分开：顶部介电层110、中间介电层112和底部介电层114。两个泡沫层(即上泡沫层116和下泡沫层118)将介电层110-114彼此隔开。这些泡沫层116-118可以是具有低平均介电常数的任何种类的介电材料，例如但不限于泡沫层。如图所示，介电层110-114和泡沫层116-118是相同的六边形形状，以提供机械对称性和支撑。也完全考虑到其他形状，例如，圆形、矩形、正方形、八角形等。

为了帮助读者，描绘了上部区段120以及下部区段122。此外，基于假定“顶部”和“上部”部分位于“A”处以及“底部”和“下部”部分位于“B”处的方向关系来讨论各种部件。

上部区段120包括方形环贴片104、顶部介电层110和上泡沫层116。下部区段122包括方形环槽102、中间介电层112和下泡沫层118。中间介电层112在顶侧上支撑方形环槽104，并且在底侧上支撑馈线106和108。

虽然讨论了双馈线106和108，但其他实施方式使用单馈线而不是双馈线。单馈线提供单线性极化。双馈线提供双线性极化。为了清楚起见，不同的实施方式和示例被讨论为具有双馈线106和108。

下部区段122包括两层介电基板，即中间介电层112和底部介电层114，它们共同支撑方形环槽102、双馈线106和108以及薄导电栅栏102。馈线106和108提供激励方形环槽102中的正交谐振模式的电源，这进而激励在上方用于RF信令的方形环贴片104中的正交谐振模式。当发射RF信号时，电馈线提供RF功率以在方形环槽102中生成电谐振，然后在方形环贴片104中生成期望的RF信号。当接收RF信号时，电馈线接收来自接收RF信号的方形环贴片104的在方形环槽102中感生的RF功率。

方形环贴片104是金属的或以其他方式可导电的。通过馈线106和108向天线元件100供电，使方形环槽102和方形环贴片104作为用于生成特定RF信号的辐射元件进行操作。如可以看到的，至少在一些实施方式中，方形环贴片104被定位在方形环槽102的竖直上方。

在操作中，双电馈线106和108激励一些应用所需的正交双线性极化。对于其他应用，可能需要双圆极化或单圆极化。

图2示出了根据所公开的一些实施方式的在上面图1中讨论的天线元件100的截面侧视图。顶部介电层110和中间介电层112由上泡沫层116隔开。中间介电层112和底部介电层114由下泡沫层118隔开，该下泡沫层118向下延伸到底部介电层114。方形环贴片104位于上泡沫层116上方和介电层112下方。图示出参考方向A和B以分别显示天线元件100的相应顶部和底部。

方形环槽102是薄金属(或其他导电材料)层，其位于中间介电层112上方，面向天线元件100的顶部，并且在上泡沫层116下方。馈线106和108也是金属(或其他导电材料)，其位于中间介电层112的底侧上，面向天线元件100的底部，并且在下泡沫层120上方。

上泡沫层116用作方形环槽102和方形环贴片104之间的间隔物，提供接近空气的低平均介电常数以最大化扫描阻抗带宽并抑制不需要的介电模式。下泡沫层118用作方形环槽102和底部介电层114之间的间隔物，底部介电层114用作背板。类似于上泡沫层116，下泡沫层118提供接近空气的低介电常数以最大化扫描阻抗带宽并抑制不需要的介电模式。

图3示出了根据所公开的一些实施方式的天线元件100的俯视图，其显示了馈线106和108的示例取向。图3中的示例显示了具有混合辐射器的天线元件100的俯视图，该混合辐射器包括方形环槽102、方形环贴片104以及馈线106和108。对于圆形旋转，可以使用90度顺序旋转来改善阵列远场交叉极化性能；但是，对于单线性偏振或双线性偏振，不使用90度顺序旋转。

图4示出了根据所公开的一些实施方式的具有多个天线元件100a-n的三角形阵列点阵的天线阵列400的俯视图。天线元件100a-n的六边形边界不可见，因为在所描绘的示例中天线元件100a-n之间没有分隔壁。与矩形或正方形点阵相比，三角形点阵被用于形成天线阵列400以降低成本。消除这些分隔壁将显著降低制造成本。对于天线阵列400的每一列，所有天线元件100a-n由单个层上的配电网络同相并联馈电。对于更大的天线阵列，附加层被用于容纳不断增长的并联馈电配电网络。可替代地，也可以在没有附加层的情况下使用串联馈电，但以减少带宽为代价。此外，混合并联和串联馈电方案可用于在较低成本和较大带宽之间达成折衷。

在所示的实施方式中，馈线106和108提供各自独立馈送的两个正交极化。通过在阵列的不同列上施加时间延迟或相位梯度，可以实现一维(1D)天线波束扫描(从左到右或从右到左)。对于某些雷达或传感器应用，如果优先考虑超低成本并且不需要二维(2D)扫描，则1D天线波束扫描就足够了。2D扫描可能需要向每个元件(而不是1D的连续多列的元件)馈送不同的相位或时间延迟，从而导致高得多的制造成本。

图5示出了具有由本公开中所公开的天线元件100a-n组成的天线阵列502的天线系统500的框图。在该示例中，天线系统500包括电源502、控制器504和天线阵列502。在该示例中，天线阵列502是包括操作发射和/或接收模块的多个天线元件102a-n的相控阵列天线(“PAA”)。更具体地，天线阵列500可以是使用六边形天线元件100的前述天线阵列300、使用三角形点阵的天线阵列500、二者的组合，或者使用所公开的方形环槽102和方形环贴片104作为RF发射器/接收器的可选形状的天线阵列。因此，天线阵列500的天线元件100a-n包括组合起来能够发射和/或接收RF信号的相应辐射元件。例如，天线元件100a-n可以被配置为在K波段频率范围内进行操作(例如，对于NATO K波段为约20GHz至40GHz，而对于IEEE K波段为约18GHz至26.5GHz)。

电源504是向天线系统500中的控制器506提供电力的设备、部件和/或模块。控制器506是控制天线阵列502的操作的设备、部件和/或模块。控制器506可以是处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器(“DSP”)或可以在硬件和/或软件中编程的其他类型的设备。控制器506控制提供给天线阵列502的馈电源，包括但不限于校准馈电的特定极化、电压、频率等。为了清楚起见，在控制器506和天线阵列502之间仅示出了一条线，但实际上，若干电连接件和电源线可以将控制器506连接到天线阵列502。

在一些实施方式中，控制器506向各个天线元件100a-n提供特定的馈电，以便创建大量RF信号，这些RF信号相长地或相消地组合以形成用于传输的期望累积RF信号。从阵列天线502中的每个天线元件100a-n发射的RF信号可以同相以便相长地产生强辐射，或者异相以便相消地创建特定的RF信号。可以通过设置发送到不同天线元件100a-n的信号之间的相移来控制方向。可以由控制器506在发送到阵列中的连续天线元件100a-n的信号之间设置适当的相移或轻微的时间延迟来控制该相移。

一个天线系统500可以与另一天线系统500进行信号通信，其中信号通信是指在电路、部件、模块和/或设备之间允许电路、部件、模块和/或设备传递和/或接收来自另一电路、部件、模块和/或设备的信号和/或信息的任何类型的通信和/或连接。该通信和/或连接可以沿着电路、部件、模块和/或设备之间的任何信号路径，其允许信号和/或信息从一个电路、部件、模块和/或设备传递到另一个并且包括无线或有线信号路径。信号路径可以是物理的，例如，导线、电磁波导、电缆、附接和/或电磁或机械耦合的端子、半导体或介电材料或设备，或其他类似的物理连接件或耦合件。此外，信号路径可以是非物理的，例如自由空间(在电磁传播的情况下)或通过数字部件的信息路径，其中通信信息以变化的数字格式而无需通过直接的电磁连接从一个电路、部件、模块和/或设备传递到另一个。

该天线系统500提供一种向(或从)机载或移动运载工具发送(或接收)RF信号的装置，该装置具有灵活的电子扫描天线阵列波束而无需机械移动零件。天线系统500可用于通信系统和其他应用，包括但不限于雷达/传感器、电子战、军事应用、移动通信等。天线系统500提供一种高性能、重量轻、外形小巧且价格合理的解决方案，以满足具有挑战性和不断发展的任务要求。

图6示出了根据本公开的各种实施方式的具有天线阵列502的飞行器的透视图。飞行器600包括附接到机身606的机翼602和机翼604。飞行器600还包括附接到机翼602的发动机608和附接到机翼604的发动机610。机身606具有尾部区段612，该尾部区段带有附接到机身606的尾部区段612的水平稳定器614、水平稳定器616和垂直稳定器618。在一些示例中，机身606具有复合蒙皮620。

在一些示例中，先前讨论的天线系统500(其包括在天线阵列602中的所公开的天线元件100或仅单独的天线元件100)可以被包括在飞行器600之上或之中。这在图6中用虚线框示出。天线系统500可以位于飞行器600的内侧或外侧。

飞行器600的图示并不意味着暗示对可以实施说明性配置的方式的物理或架构限制。例如，虽然飞行器600是商用飞行器，但是飞行器600可以是军用飞行器、旋翼机、直升机、无人驾驶飞行器或任何其他合适的飞行器。其他运载工具也是可能的，例如但不限于汽车、摩托车、公共汽车、船、火车等。

因此，各种示例通过从零件的单侧改进零件之间的焊接界面的加热(例如，更均匀地加热)来促进零件的感应焊接。本公开(包括这里描述的示例)可以使用不同的制造环境来实施。例如，如本文所述，本公开的一些或所有方面可以至少在材料采购以及部件和组件制造中实施。

以下条款描述了本公开的更多方面。在一些实施方式中，在不脱离本公开的范围的情况下，下面描述的条款可以被进一步组合成任何子组合。

条款集A：

A1：一种用于生成射频(RF)信号的天线元件，其包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层；

位于顶部介电层中的方形环贴片；

方形环槽；

在多个介电层之间的多个泡沫层，其中上部泡沫层将方形环贴片与方形环槽隔开；以及

电馈线，其供应电力以在方形环槽中生成电谐振，从而在方形环贴片中产生RF信号。

A2：根据权利要求A1所述的天线元件，其中多个介电层包括一个或多个印刷电路板。

A3：根据权利要求A1或A2所述的天线元件，其中方形环贴片具有比方形环槽大的周长。

A4：根据权利要求A1或A2所述的天线元件，其中多个泡沫层由低介电泡沫或具有低平均介电常数的蜂窝材料制成。

A5：根据权利要求A1或A2所述的天线元件，其中多个介电层包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层。

A6：根据权利要求A1或A2所述的天线元件，其中上部泡沫层将顶部介电层与中间介电层隔开，并且其中方形环贴片位于顶部介电层与上部泡沫层之间。

A7：根据权利要求A1或A2所述的天线元件，其中电馈线被定位成处于或相对彼此旋转大约90度。

条款集B：

B1：一种用于生成或接收射频(RF)信号的天线元件，其包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层；

位于顶部介电层中的方形环贴片；

方形环槽；

在多个介电层之间的多个泡沫层，其中上部泡沫层将方形环贴片与方形环槽隔开；以及

电馈线，其接收由电谐振生成的电力，该电谐振由方形环贴片接收并在方形环槽中感生。

B2：根据权利要求B8所述的天线元件，其中多个介电层包括一个或多个印刷电路板。

B3：根据权利要求B1所述的天线元件，其中方形环贴片具有比方形环槽大的周长。

B4：根据权利要求B1所述的天线元件，其中多个泡沫层由低介电泡沫或具有低平均介电常数的蜂窝材料制成。

B5：根据权利要求B1所述的天线元件，其中多个介电层包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层。

B6：根据权利要求B1所述的天线元件，其中上部泡沫层将顶部介电层与中间介电层隔开，并且其中方形环贴片位于顶部介电层与上部泡沫层之间。

B7：根据权利要求B1-B6中任一项所述的天线元件，其中电馈线被定位成处于或相对彼此旋转大约90度。

条款集C：

C1：一种用于传输射频(RF)信号的天线阵列，其包括：

位于天线阵列中的多个天线元件，每个天线单元包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层；

位于顶部介电层中的方形环贴片；

方形环槽；

在多个介电层之间的多个泡沫层，其中上部泡沫层将方形环贴片与方形环槽隔开；以及

电馈线，其供应电力以在方形环槽中生成电谐振，从而在方形环贴片中产生RF信号。

C2：根据权利要求C1所述的天线阵列，其中多个介电层是六边形形状。

C3：根据权利要求C1所述的天线阵列，其中多个天线元件被布置成具有多个天线元件的三角形阵列点阵。

C4：根据权利要求C1-C3中任一项所述的天线阵列，其中天线阵列被设置在飞机上。

条款集D：

D1：一种用于传输射频(RF)信号的天线阵列，其包括：

位于阵列中的多个天线元件，每个天线单元包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层；

环贴片，其位于顶部介电层中以便接收RF信号；

在顶部介电层和中间介电层之间的泡沫层；

位于泡沫层与中间介电层之间的环槽，其中该方形环槽被定位成以电磁方式从方形环贴片接收RF信号；以及

电馈线，其被定位成输出由方形环槽接收的RF信号作为输出。

D2：根据权利要求D1所述的天线阵列，其中多个介电层是六边形形状。

D3：根据权利要求D1所述的天线阵列，其中多个天线元件被布置成具有多个天线元件的三角形阵列点阵。

D4：根据权利要求D1-D4中任一项所述的天线阵列，其中天线阵列被设置在飞机上。

尽管已经以专用于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，在所附权利要求中定义的主题不一定局限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开为实施这些权利要求的示例形式。

应当理解，上述益处和优点可以涉及一种实施方式或者可以涉及几种实施方式。实施方式不限于解决任何或所有所述问题的实施方式或具有任何或所有所述益处和优点的实施方式。将进一步理解的是，提及“一个”项目是指那些项目中的一个或多个。

在本公开中使用的术语“包括”是指包括其后的特征或动作，而不排除一个或多个附加特征或动作的存在。

在一些示例中，图中所示的操作可以被实现为编码在计算机可读介质上的软件指令、实现为被编程或设计成执行操作的硬件，或两者兼而有之。例如，本公开的一些方面可以被实现为ASIC、SoC或包括多个互连的导电元件的其他电路。

除非另有说明，否则在此说明和描述的本公开的示例中的操作的执行或实施顺序不是至关重要的。也就是说，除非另有说明，否则这些操作可以以任何顺序执行，并且本公开的示例可以包括比本文公开的那些更多或更少的操作。例如，可预期的是，在另一操作之前、同时或之后执行或实施特定操作落在本公开的一些方面的范围内。

当介绍本公开的一些方面的要素或其示例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在具有包容性，并表示可能存在除所列元素之外的其他元素。术语“示例性”旨在表示“其示例”。短语“以下各项中的一个或多个：A、B和C”是指“至少一个A和/或至少一个B和/或至少一个C”。

已经详细描述了本公开的各方面，显然可以在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的各方面的范围的情况下进行修改和变化。由于可以对上述结构、产品和方法进行各种改变而不脱离本公开的各方面的范围，因此上述描述中包含的和附图中所示的所有内容都应解释为是说明性的，而不是限制性的。

应当理解，以上描述旨在是说明性而非限制性的。作为说明，上述实施方式(和/或其各方面)可以彼此组合使用。此外，在不背离其范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的各种实施方式的教导。尽管本文描述的材料的尺寸和类型旨在定义本公开的各种实施方式的参数，但这些实施方式绝不是限制性的，而是示例性实施方式。在阅读以上描述后，许多其他实施方式对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。因此，本公开的各种实施方式的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求所享有的等效物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简单英语等价物。此外，所附权利要求的限制不是以“手段加功能”的形式书写的，也不打算根据35U.S.C.§112(f)进行解释，除非并且直到此类权利要求限制明确使用前面带着没有进一步结构的功能声明的短语“用于……的手段”。

该书面说明书使用示例来公开本公开的各种实施方式(包括最佳模式)，并且还使本领域的任何普通技术人员都能够实践本公开的各种实施方式，包括制造和使用任何设备或系统并执行任何合并的方法。本公开的各种实施方式的可专利范围由权利要求限定，并且包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果一些示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元素，或者如果一些示例包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元素，则此类其他示例旨在落在权利要求的范围内。

尽管已经参考各种实施方式描述了本公开，但是可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于生成射频RF信号的天线元件(100)，其包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层(110、112、114)；

位于所述顶部介电层(104)中的方形环贴片；

方形环槽(102)；

在所述多个介电层之间的多个泡沫层，其中上部泡沫层将所述方形环贴片与所述方形环槽(116、118)隔开；以及

电馈线，其供应电力以在所述方形环槽中生成电谐振，从而在所述方形环贴片(106、108)中产生所述RF信号。

2.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述多个介电层包括一个或多个印刷电路板(110、112、114)。

3.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述方形环贴片具有比所述方形环槽(104)大的周长。

4.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述多个泡沫层由蜂窝泡沫低介电泡沫或具有低平均介电常数的蜂窝材料(116、118)制成。

5.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述多个介电层包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层(110、112、114)。

6.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述上部泡沫层将所述顶部介电层(110)与所述中间介电层(112)隔开，并且其中所述方形环贴片(104)位于所述顶部介电层(110)与所述上部泡沫层(116、118)之间。

7.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述电馈线(106、108)被定位成处于或相对彼此旋转大约90度。

8.一种用于生成或接收射频RF信号的天线元件(100)，其包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层(110、112、114)；

位于所述顶部介电层(104)中的方形环贴片；

方形环槽(102)；

在所述多个介电层之间的多个泡沫层，其中上部泡沫层将所述方形环贴片与所述方形环槽(116、118)隔开；以及

电馈线，其接收由电谐振生成的电力，所述电谐振由所述方形环贴片接收并在所述方形环槽(106、108)中感生。

9.根据权利要求8所述的天线元件，其中所述多个介电层包括一个或多个印刷电路板(110、112、114)。

10.根据权利要求8所述的天线元件，其中所述方形环贴片(104)具有比所述方形环槽(102)大的周长。

11.根据权利要求8所述的天线元件，其中所述多个泡沫层(116、118)由低介电泡沫或具有低平均介电常数的蜂窝材料制成。

12.根据权利要求8所述的天线元件，其中所述多个介电层包括顶部介电层(110)、中间介电层(112)和底部介电层(114)。

13.根据权利要求8所述的天线元件，其中所述上部泡沫层(116)将所述顶部介电层(110)与所述中间介电层(112)隔开，并且其中所述方形环贴片(104)位于所述顶部介电层(110)与所述上部泡沫层(116)之间。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的天线元件，其中所述电馈线(106、108)被定位成处于或相对彼此旋转大约90度。

15.一种用于传输射频RF信号的天线阵列(100)，其包括：

位于天线阵列中的多个天线元件，每个天线单元包括(602)：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层(110、112、114)；

位于所述顶部介电层(104)中的方形环贴片；

方形环槽(102)；

在所述多个介电层之间的多个泡沫层(116、118)，其中上部泡沫层(116)将所述方形环贴片(104)与所述方形环槽(102)隔开；以及

电馈线(106、108)，其供应电力以在所述方形环槽中生成电谐振，从而在所述方形环贴片中产生所述RF信号。

16.根据权利要求15所述的天线阵列，其中所述多个介电层是六边形形状(100)。

17.根据权利要求15所述的天线阵列，其中所述多个天线元件被布置成具有多个非六边形天线元件(500)的三角形阵列点阵。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的天线阵列，其中所述天线阵列被设置在飞机(700)上。

19.一种用于传输射频RF信号的天线阵列(602)，其包括：

位于阵列中的多个天线元件(100)，每个天线单元包括：

多个介电层，其包括顶部介电层、中间介电层和底部介电层(110、112、114)；

环贴片，其位于所述顶部介电层中以便接收所述RF信号(104)；

在所述顶部介电层和所述中间介电层(116)之间的泡沫层；

位于所述泡沫层(116)与所述中间介电层(112)之间的环槽(102)，其中所述方形环槽(102)被定位成以电磁方式从所述方形环贴片(104)接收所述RF信号；以及

电馈线(106、108)，其被定位成输出由所述方形环槽(102)接收的所述RF信号作为输出。

20.根据权利要求19所述的天线阵列，其中所述多个介电层(110、112、114)是六边形形状(100)。

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