CN116529959A - 具有充气闩锁机构的可展开天线设备 - Google Patents

具有充气闩锁机构的可展开天线设备 Download PDF

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CN116529959A CN202180076580.0A CN202180076580A CN116529959A CN 116529959 A CN116529959 A CN 116529959A CN 202180076580 A CN202180076580 A CN 202180076580A CN 116529959 A CN116529959 A CN 116529959A
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大卫·D·格林里奇
迈克尔·T·克雷奇
凯文·D·豪斯
马克·D·沃斯勒
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Abstract

AMC天线设备包含接地平面和在所述接地平面上方的柔性天线元件层。所述接地平面包含导电基底表面、多个柔性导体和在所述基底表面上方的频率选择表面(FSS)层，其中所述FSS层包含彼此分离的多个导电贴片。所述柔性导体中的每一个将所述导电贴片中的一个电连接到所述基底表面。闩锁机构布置在所述基底层与所述FSS层之间。在所述基底层与所述FSS层之间的可充气气囊系统被配置成在所述天线设备展开期间接收气体输入并充气以产生足以使所述闩锁机构从解锁状态转变为锁定状态的力，在所述锁定状态下，所述导电基底表面与所述FSS层固定地分离预定距离。

Description

具有充气闩锁机构的可展开天线设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月14日在美国专利商标局提交的第63/091,909号美国临时申请的优先权，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开大体上涉及用于具有接地平面的天线的储存和展开技术；以及涉及人工磁导体(AMC)天线。
背景技术
在接地平面上方的传统天线中，辐射元件与接地平面间隔四分之一波长(λ/4)以实现对反射信号的相长干涉，从而增加方向性。然而，在相对较低频率下，λ/4距离可能比期望的更长，从而导致厚的天线轮廓(例如，在300MHz下为25cm)。
对于人工磁导体(AMC)接地平面，接地平面与辐射元件之间的间隔明显更小，并且天线可以实现相当的方向性性能。AMC接地平面可以包含导电基底表面和由彼此分离的多个导电贴片组成的“频率选择表面”(FSS)。导电贴片可以通过通常嵌入低损耗电介质内的相应导线电连接到基底表面。所得结构虽然比传统的基于接地平面的天线更薄，但很硬并且运输起来很麻烦，特别是对于配置为低于1GHz频率的大孔径天线。
发明内容
在本公开的方面中，人工磁导体(AMC)天线设备包含接地平面和柔性天线元件层，所述柔性天线元件层包含在接地平面上方的至少一个天线元件。接地平面包含导电基底表面、多个柔性导体和在基底表面上方的频率选择表面(FSS)层，其中FSS层包含彼此分离的多个导电贴片。柔性导体中的每一个将导电贴片中的一个电连接到基底表面。闩锁机构布置在基底层与FSS层之间。可充气气囊系统安置在基底层与FSS层之间，并且被配置成在天线设备的展开期间接收气体输入并充气以产生足以使闩锁机构从解锁状态转变为锁定状态的力，在所述锁定状态下，导电基底表面与FSS层固定地分离预定距离。
AMC天线设备可以进一步包含保持结构，所述保持结构被配置成当AMC天线装置收起时保持：(i)天线元件层；(ii)具有朝向基底表面收缩的FSS层的接地平面；和(iii)可充气气囊系统。保持结构可以将天线元件层、接地平面和可充气气囊系统保持在卷绕状态。
AMC天线设备可以进一步包含至少一个致动器，所述致动器被配置成从保持结构移除天线元件层、接地平面和可充气气囊系统。
在另一方面，提供一种在无人驾驶载体上展开AMC天线的方法。AMC天线包含：(i)天线元件层；以及(ii)接地平面，所述接地平面具有导电基底表面、FSS层以及将导电基底表面电气地和机械地耦合到FSS层的多个柔性导体。所述方法涉及在AMC天线的展开期间：使用致动器从保持结构移除AMC天线；以及使可充气气囊充气以产生足以使闩锁机构从解锁状态转换到锁定状态的力。在锁定状态下，导电基底表面与FSS层固定地分离预定距离。
附图说明
从以下结合附图作出的详细描述，所公开技术的以上和其它方面和特征将变得更显而易见，在附图中相同参考标号指示相同元件或特征。相同或相似类型的各种元件可以通过附加具有下划线/虚线的参考标签和区分相同/相似元件的第二标签(例如，_1、_2)，或直接附加具有第二标签的参考标签来区分。然而，如果给定描述仅使用第一参考标签，那么其适用于具有相同的第一参考标签的相同/相似元件中的任一个，而无关于第二标签。在附图中元件和特征可能未按比例绘制。
图1是根据实施例的在操作配置中的实例AMC天线设备的透视图。
图2是示出图1的AMC天线设备的部分的实例结构的剖视透视图。
图3是示出在收起期间将图1的AMC天线保持在卷绕配置中的AMC天线设备的保持结构的透视图。
图4是示出在展开期间紧接在从保持结构移除AMC天线之后的图1的AMC天线设备的透视图。
图5是图1的AMC天线设备的部分的截面图，其说明AMC天线设备在收起期间在收缩状态下的各种结构。
图6是包含在图1的AMC天线设备内的实例柔性印刷电路板(PCB)的平面图。
图7是沿着图6的线7-7截取的截面图，其说明柔性PCB的实例层状结构。
图8是沿着图1的线8-8截取的截面图，其描绘AMC天线设备的实例层间结构。
图9是说明连接到图1的AMC天线设备的天线元件的实例天线馈线的示意图。
图10是图1的AMC天线的上部部分的中心部分的透视图，其说明实例天线馈线的部分。
图11是沿着图10的线11-11截取的截面图，其描绘AMC天线内的天线馈线的实例集成。
图12A是图1的AMC天线的部分端视图，其说明在AMC天线的收缩状态下的实例锁存器。
图12B是图1的AMC天线的部分端视图，其说明在展开之后在AMC天线的操作状态期间在锁定状态下的实例锁存器。
图13是描绘根据实施例的在无人驾驶载体上展开AMC天线的实例方法的操作的流程图。
具体实施方式
提供以下参考附图的描述，以帮助全面理解本文出于说明性目的公开的技术的某些示例性实施例。所述描述包含各种具体细节以帮助本领域的一般技术人员理解技术，但这些细节仅被视为说明性的。出于简单和清晰度的目的，当包含众所周知的功能和构造的描述可能混淆本领域的普通技术人员对技术的理解时可以省略此描述。
图1是根据实施例的在操作配置中的实例人工磁导体(AMC)天线设备100的透视图。AMC天线设备100可以包含AMC天线10和用于在收起期间保持AMC天线10的保持结构20。(应注意，AMC天线100在本文中有时也可以互换地称为AMC天线设备。)图1描绘下文所描述的处于在从保持结构20移除之后并且在将其结构从收缩配置变换到扩展操作配置的操作之后的配置中的AMC天线10。
图2是示出图1的AMC天线设备的部分的实例结构的剖视透视图。同时参考图1和2，AMC天线10可以包含接地平面105、具有至少一个天线元件135的天线元件层130和天线馈线(例如，图11的300，为了清晰起见，从图1和2省略)。接地平面105可以包含：具有导电基底表面的基底层110；频率选择表面(FSS)层120；以及将FSS层120电连接到导电基底表面的多个柔性导体115。导体115可以包括例如金属的导电材料。导体115可以呈各种可能形式中的任一种。例如，导体115可以是线、柱、弹簧、迹线等。
具有导电特征的这种纹理化表面配置的接地平面105可以被理解为给定频带内的“高阻抗表面”，其中表面波模式与光滑金属表面上的表面波模式显著地不同。(应注意，术语“频率选择表面(FSS)”强调高阻抗表面的频率敏感性质。)接地平面105还可以理解为具有抑制表面波的“同相反射器”。接地平面105的纹理化结构使AMC天线10能够制造成基本上比传统的接地平面天线，即，具有在接地平面上方间隔λ/4的辐射元件的非AMC天线薄。
AMC天线10进一步包含在基底层110与FSS层120之间的闩锁机构L(例如，包括各个锁存器L1到LN)。当AMC天线10从收起配置展开时，闩锁机构L被配置成从解锁状态转变为锁定状态。在图1和2中所说明的锁定状态中，基底层110与FSS层120固定地分离预定距离。AMC天线10进一步包含可充气气囊系统，所述可充气气囊系统例如具有在基底层110与FSS层120之间的第一气囊103a(“第一气囊部分”)和第二气囊103b(“第二气囊部分”)。如下文进一步描述，当可充气气囊系统放气并且闩锁机构L解锁时，FSS层120可以抵靠着基底层110收缩，使得所得AMC天线10结构非常薄。这使得AMC天线10能够在保持结构20内以卷绕配置收起。当将AMC天线10从载体(例如，轨道卫星)的表面285上的保持结构20移除时，气囊系统接收气体输入以设置处于其操作配置中的AMC天线10。为此，气囊系统充气以产生足以使闩锁机构L从解锁状态转变到锁定状态的力，由此FSS层120与基底层110适当地分离期望的预定距离。
多个柔性印刷电路板(PCB)107可以各自安置在基底层110与FSS层120之间，其中每个PCB 107包含一组柔性导体115。如图2中所说明，当闩锁机构处于锁定状态时，每个PCB107可以基本上正交于基底层110和FSS层120定向。如在下文论述的图5中所说明，当闩锁机构L解锁时，每个PCB 107可以相对于基底层110和FSS层120至少部分地收缩。在此状态下，每个PCB 107的主表面可以朝向基底层110倾斜，从而闭合基底层110与FSS层120之间的气隙以提供用于收起的紧凑配置。此处应注意，在其它实施例中，柔性导体115作为单独导体设置在FSS层120与基底层110之间，而不嵌入PCB 107内(省略PCB 107)。
FSS层120包含通过窄隔离区(“街道”)123彼此分离的多个导电贴片121_1到121_n。每个导电贴片121可以包含印刷在例如聚酰亚胺膜(例如，)的薄介电片上的导电表面，并且隔离区123可以是不具有印刷导体的介电片的区。因此，导电贴片121_1到121_n以及介电片(并且在一些情况下，在印刷导体的相对侧上的额外介电片)可以共同地形成连续片状或夹层型结构。隔离区123的宽度相对于导电贴片121的区域较小，从而在有助于形成高阻抗表面的相邻导电贴片121之间产生电容。每个导体115可以在z(竖直)方向上定向并且将导电贴片121中的一个电连接到基底层110的导电基底表面，使得“钉床”结构(用PCB 107的电介质增强)设置在基底层110与FSS层120之间。基底层110、FSS层120和天线元件层130中的每一个可以是具有在x-y平面中定向的主表面的柔性片状结构。
通过适当地设计导电贴片121的数量、几何形状和布局；天线层130的至少一个天线元件；导体115的长度；以及天线元件层130与FSS 120之间的间隔，AMC现象是可实现的。如所提及，AMC现象使AMC天线10能够比具有在接地平面上方间隔λ/4的辐射元件的传统天线显著薄。例如，AMC现象允许有效的天线性能，其中天线元件层130与基底表面119之间的间隔<<λ/4，例如，在λ/40到λ/10的范围内。由于表面波的同相反射和抑制，可以实现这种效率。因此，尽管层之间的间隔很近，但在由天线元件层130直接辐射到自由空间中的信号与最初朝向接地平面105传播，然后从接地平面105反射的同一信号之间发生相长干涉。
在图1的实施例中，实例天线元件135被说明为交叉偶极子，包含第一偶极子元件132和与第一偶极子元件132正交的第二偶极子元件134。可以替代其它类型的天线元件，例如单个偶极子、环形天线、微带贴片元件阵列等等。交叉偶极子135可以印刷在以六边形形状说明的介电片上，所述六边形形状占据比图1中的FSS层120和基底层110中的每一个更小的表面积。在其它实例中，天线元件层130在x-y平面中与FSS层120和基底层110中的每一个共同延伸。接地平面105的实例构造可以包含多个介电或金属肋状物117，每个介电或金属肋状物在y或x方向上纵向地定向，以用于增加导体115的底端的结构支撑。例如，肋状物117可以布置成晶格图案，所述晶格图案包括多个肋状物的行(例如，沿着图2中的x轴或基本上平行于x轴定向)和多个肋状物的列(例如，沿着图2中的y轴或基本平行于y轴定向)。作为另一实例，如图2中所说明，每个肋状物117可以基本上延伸基底层110的长度(例如，沿着图2的y轴或基本上平行于y轴定向)。作为又一实例，基底层110可以包括一个或多个连续肋状物117。作为又一实例，基底层110可以不包含肋状物117。导电贴片121_1到121_n可以各自布置成晶格并且具有相同的几何形状，例如，如所描绘的全部矩形或全部正方形，或替代地，全部六边形、全部圆形或其它合适的形状。在一些实施例中，导电贴片121_1到121_n还可以配置有相同或大体上相同尺寸(例如，在制造公差内)。每个导电贴片121可以通过其中心位置中的连接128电连接到相应导体115。
图3是示出在收起期间将AMC天线10保持在卷绕配置中的AMC天线设备100的保持结构20的透视图。图1和2中说明的AMC天线10的所有元件可以保持卷绕在保持结构20内。另外，下文描述的AMC天线10的其它元件，例如天线馈线和平衡-不平衡转换器可以卷绕在保持结构20内储存。平衡-不平衡变换器可以通过柔性电缆硬接线到位于保持结构20外部的RF前端，所述柔性电缆具有缠绕在保持结构20内并且当AMC天线10从保持结构20移除时展开的区段。
图4是描绘在展开期间紧接在从保持结构20移除AMC天线10之后的AMC天线的透视图。图4的视图还说明AMC天线10在插入其中之前相对于保持结构20的实例布置。在这些条件下，气囊103a和103b放气，使得FSS层120可以抵靠着基底层110收缩(闩锁机构L解锁并且可以在气囊系统的放气状态期间平放在FSS层120与基底层110之间)。AMC天线10的所得结构展平，使得AMC天线可以在初始收起期间容易地插入和卷绕在保持结构20内，然后在展开期间未卷绕以用于移除。气囊103a可以包含耦合到气体管线104a的气体插入端口102a。气囊103b可以包含耦合到气体管线104b的气体插入端口102b。在从保持结构20移除之后，气体可以插入到气体管线104a和104b中的每一个中以使气囊103a和103b膨胀到膨胀状态，例如图1中所说明。此处应注意，气囊系统的额外气囊部分中的至少一个可以设置在AMC天线10内，例如纵向地布置在外围部分110a和120a之间的长方形气囊。额外气囊可以具有其自身的插入端口和气体管线，或可以耦合到气囊103a和103b中的每一个以提供沿着AMC天线10的三个侧面布置的连续气囊系统。在后一种情况下，仅一个端口和气体管线(例如，102a和104a)可以包含在气囊系统中。所说明的气囊系统是实例。气囊系统可以具有气囊的不同配置和布置。
继续参考图1到4，闩锁机构L例示为包括沿着AMC天线10的相对外围部分分布的多个锁存器L1到LN(例如，如所描绘，N＝6)。例如，FSS层120可以包含第一到第四长方形外围部分(条带)120a、120b、120c和120d，所述长方形外围部分可以在气囊系统充气时分别覆盖对应的外围部分110a、110b、110c和110d。第一组锁存器L1、L2和LN可以分布在外围部分110b和120b之间，并且第二组锁存器L3、L4和L5可以分布在外围部分110a和120a之间。气囊103a安置在外围部分110c和120c之间；气囊103b安置在外围部分120d和110d之间。在其它实施例中，一个或多个额外锁存器可以邻近于气囊103a步骤在外围部分110c和120c之间，并且一个或多个另外的锁存器可以邻近于气囊103b布置在外围部分110d和120d之间。
在此实施例中，保持结构20是大体上圆柱形结构，其具有第一相对端壁216和第二相对端壁218、在端壁216和218之间的主轴225，以及将端壁216和218彼此耦合的支撑杆228。端壁216、218中的每一个可以在其内表面212上具有螺旋形凹槽214，以促进引导并保持AMC天线10处于卷绕配置中。至少接地平面105的相对边缘部分在收起期间保持卷绕在螺旋形凹槽214对内。如果天线层130被配置成与接地平面105共同延伸，则天线层130的相对边缘部分也可以保持在螺旋形凹槽214内。
主轴225可以具有到基底层110的外围部分110a的机械连杆272(示意性地示出)。为了初始地将AMC天线10保持在保持结构20内，可以将AMC天线10置于如图4中所示的收缩状态中。在收缩状态下，导体115弯曲并且FSS层120朝向基底层110收缩，使得收缩结构的至少边缘部分的厚度薄于凹槽214的宽度。应注意，在收缩状态下，FSS层120可以在+x方向上朝向基底层110收缩，使得FSS层120相对于基底层110偏移。因为两个层在收缩状况下偏移，所以基底层110的外围部分110a不再由FSS层120的对应外围部分120a覆盖。
主轴225可以旋转(例如，顺时针)以将AMC天线10拉入保持结构210内。作为实例，手动曲柄(未示出)或具有连杆273的致动器275可以耦合到主轴225的端部219，以施加旋转力来将AMC天线10拉入保持结构210内。一旦如此保持AMC天线10，AMC天线设备100可以在发射之前运输到例如轨道卫星的载体，并且固定到载体的表面285。由于保持结构20比AMC天线10本身(如果在没有保护的情况下以其它方式安装在表面285上)对环境条件和运动更具有鲁棒性，因此在表面285上展开AMC天线10之前将保持结构20固定到表面285可以提高成功展开的几率。作为另一实例，表面285是行星表面或行星上的人造结构的表面。在这种情况下，其中固定有AMC天线10的保持结构20可以由无人机运输并降落到表面285上以用于随后的无人展开。
为了从保持结构20展开AMC天线10，主轴225可以由致动器275旋转(例如，逆时针)，由此AMC天线10可以在+x方向上处于收缩状态时以板状配置滑出。替代地或另外，布置在表面285上的另一致动器260可以从保持结构20自动地拉出AMC天线10。为此，AMC天线10可以具有在外围部分120b上的开口129，致动器260的连杆262可以通过所述开口附接到AMC天线10。应注意，致动器260和/或致动器275可以是固定到表面285的机械臂。
图5是AMC天线10的部分的截面图，其说明AMC天线在收起期间在收缩状态下的各种结构。可以看到，在收缩状态中，PCB 107各自相对于FSS层120和基底层110倾斜，使得在截面图中，每个PCB 107与基底层110形成锐角。每个导体115可以包含下文论述的下端116b和上端116a。
图6是实例柔性PCB 107的平面图。图7是沿着图6的线7-7截取的截面图，其说明柔性PCB 107的实例层状结构。PCB 107可以具有大体上矩形轮廓。每个PCB 107可以具有嵌入其中并且从边缘到边缘横向延伸的一组导体115。每个导体115可以包含上端116a和下端116b，各自采用矩形或方形突片的形式。导体115可以夹在第一介电膜111与第二介电膜112(例如，或FR4)之间。
图8是沿着图1的线8-8截取的截面图，其描绘AMC天线10在操作(展开)状态期间的实例层间结构。图8描绘关于位于天线元件层130下方的PCB 107的单个导体115的实例连接结构；可以关于位于天线元件层130下方的AMC天线10的所有导体115施加相同连接结构。对于在天线元件层130的区外部的那些导体115，上部结构可以不同(下文论述)。(还应注意，在图8和本文中的其它截面图中，为了清晰起见可以省略位于所说明的那些特征后面的特征。)基底层110可以包含导电基底表面119，所述导电基底表面粘附或印刷在柔性介电片144的底表面上以用于结构完整性并且便于与导体115进行电连接和机械连接。介电肋状物117可以粘附到介电片144的顶表面并且支持导体115与基底表面119的连接。可能已经穿过肋状物117和基底层110形成镀覆孔158。导体115的底端116b可能已经插入通孔158内且电连接到导电基底表面119，其中导电粘附剂157围绕通孔158内的端部116b，例如熔化并冷却的焊料。
FSS层120可以包含夹在下介电片154与上介电片164之间的导电贴片121_1到121_n。或者，FSS层120可以用具有印刷在其上的导电贴片121的单个介电片154或164构造。在导体115的上部部分与FSS层120之间的机械和电连接128可以包括镀覆孔168、上端116a和在通孔168内导电粘附剂167。图8描绘在导体115与给定导电贴片121_j之间的单个连接128，所述导电贴片通过相应隔离区123与相邻导电贴片121_(j-1)和121_(j+1)分离。在将导电贴片121沉积在介电片154的上表面上之后，包含隔离区123的介电片164可能已经通过介电材料在导电贴片121顶上的分层沉积而形成。然而，如果省略介电片164，则隔离区123可以是气隙或介电填料。介电片144、154、164和174中的每一个可以是例如的聚酰亚胺膜。
贯穿AMC天线10的电连接128可以各自设置在介电片144上方的固定距离处(其中闩锁机构L处于锁定状态)。以此方式，支撑FSS层120，其中其下表面与基底层110均匀地间隔开固定距离。气隙191可以存在于导体115周围的区中。
天线元件层130可以包含印刷在介电层174顶上的至少一个天线元件132。天线元件层130与FSS层120之间的实例机械连接可以包含在介电片164的上表面上方延伸的导体115的上端116a的刚性延伸部分176、在介电片174的下表面中的电镀盲孔178，以及例如焊料的导电粘附剂177。延伸部176的上端可能已经插入通孔178内并且通过熔化和冷却粘附剂177粘附到介电片174。位于天线元件层130下方的全部或大部分导体115可以同样包含以此方式粘附到介电片174的延伸部176。因此，天线元件层130可以完全由导体115支撑并且与FSS层120的上表面均匀地间隔开一小段距离。应注意，如果如在图1的实例中，天线层130仅相对于FSS层120居中地定位，则位于天线层130的区外部的导体115可以省略延伸部176。这些外围导体115可以全部设计有相同或基本上相同的长度(例如，在制造公差内)，并且顶端可以与介电片164的上表面齐平。类似地，位于天线层130下方的导体115中的每一个可以相同地或基本相同地设计，具有相同或基本上相同长度的延伸部176(例如，在制造公差内)。通过FSS层120与天线元件层130之间的上述机械连接，层120和130之间可能存在窄气隙171。在替代配置中，导体115上的延伸部176在整个AMC天线100中省略；介电片164和174熔化或形成为单个介电片；并且FSS层120与天线元件层130之间不存在气隙171。
图9是说明可以连接到AMC天线10的天线元件135的实例天线馈线300的示意图。天线馈线300可以包含一对平衡-不平衡转换器350；第一柔性同轴电缆310，所述第一柔性同轴电缆具有连接到平衡-不平衡转换器350的第一端并且具有外导体313和内导体311；第二柔性同轴电缆320，所述第二柔性同轴电缆具有连接到平衡-不平衡转换器350的第一端并且具有外导体323和内导体321；以及分别第一互连件317、第二互连件319、第三互连件327和第四互连件329。第一偶极子元件132包含偶极子臂132a和132b；第二偶极子元件134包含偶极子臂134a和134b。第一同轴电缆310的第二端连接到第一偶极子元件132，其中互连件317将外导体313连接到偶极子臂132a并且互连件319将内导体311连接到偶极子臂132b。第二同轴电缆310的第二端连接到第二偶极子元件134，其中互连件327将外导体323连接到偶极子臂134a并且互连件329将内导体321连接到偶极子臂134b。
图10是描绘AMC天线10的上部部分的实例中心部分的透视图，其说明实例天线馈线300的部分。交叉偶极子天线元件135的中心部分可以覆盖集中式相邻导电贴片121_i、121_(i+1)、121_(i+2)和121_(i+3)的相交区。通过移除导电贴片121_i到121(i+3)中的每一个的拐角零件，可以在集中区中形成FSS层120中的开口375。另一开口385可能已经形成于天线元件层130的集中区中。同轴电缆310和320可以在AMC天线10的展开状态期间在天线元件层130与基底层110之间竖直地(z方向)延伸。在收起状态期间，可以使同轴电缆在天线元件层130与基底层110之间收缩。
同轴电缆310和320的第二端可以穿透开口375并且至少部分地穿透开口385。互连件317和327可以各自体现为线接合。或者，互连件317和327采用与导电延伸部集成的漏斗形金属区段的形式。漏斗形金属区段焊接或以其它方式电连接到相应外部导体313或323，并且导电延伸部焊接或以其它方式电连接到偶极子臂132a或134a的输入点。互连件319和329可以分别是与偶极子臂132b和134b的输入点的直接焊料连接。
图11是沿着图10的线11-11截取的截面图，其描绘AMC天线10内的天线馈线300的实例集成。此视图示出平衡-不平衡转换器350可以安置成邻近于AMC天线10的下表面，并且同轴电缆310和320的下端可以穿透基底层100中的开口365并且连接到平衡-不平衡转换器350。同轴电缆310和320可以并排竖直地延伸，其中其上端穿透FSS层120中的开口375和天线层130的介电片174中的开口385以促进与交叉偶极子天线元件135的电连接。在收起状态下，同轴电缆310和320可以类似于导体115收缩(图5中说明的收缩状态)。
图12A是AMC天线10的部分端视图，其说明在AMC天线10的收缩解锁状态下的实例锁存器Li。图12B是在展开之后在锁定操作状态下的AMC天线10的相同部分端视图。AMC天线10的锁存器L1到LN中的任一个可以具有锁存器Li的结构，其可以包含上部杆405、下部杆403和耦合上部杆405和下部杆403的中心锁存耦合器401。上端支架407可以附接到FSS层120，并且与上部杆405的上部部分形成可移动接头。下端支架409可以附接到基底层110并且与下部杆403形成可移动接头。因此，在解锁状态下，上部杆405与FSS层120形成锐角并且下部杆403与基底层110形成锐角，使得FSS层120和基底层110紧密间隔开，以优化AMC天线10的收起。在锁定状态下，上部杆405和下部杆403竖直地对准，由此在基底层110与FSS层120之间提供固定的预定间隔。
图13是描绘根据实施例的在无人驾驶载体上展开AMC天线10的实例方法1300的操作的流程图。通过方法1300，AMC天线10首先在其收缩状态下储存在保持结构，例如上文所描述的保持结构20中(S1310)。保持结构然后可以与储存在其中的AMC天线10一起运输到无人驾驶载体(S1320)。如先前所提及，无人驾驶载体(例如，包含表面285的载体)的一些实例包含轨道卫星、行星表面或行星表面上的人造结构。
然后，可以通过使用如上所述的致动器(例如，275和/或260)将AMC天线从保持结构移除并对气囊系统(例如，气囊103a和103b)充分充气以使闩锁机构(例如，“L”)从解锁状态转变到锁定状态来展开AMC天线(S1330)。由于闩锁，FSS层120变得与基底层110适当地间隔开，并且AMC天线10设置用于操作，例如，在图1所示的上述配置中。
在AMC天线处于操作配置的情况下，机械臂等(例如，具有连杆262的致动器260)可以将AMC天线固定到载体的表面285。在实施例中，平衡-不平衡转换器350已经例如通过柔性电缆(未示出)硬接线到通信系统的RF前端，所述柔性电缆具有在收起期间卷绕在保持结构20内并且在移除AMC天线10时未卷绕的区段。如果平衡-不平衡转换器350未如此硬接线，则机械臂等可以将平衡-不平衡转换器350电连接到RF前端。在任一种情况下，一旦确保到平衡-不平衡变换器350的RF前端连接，就可以启动AMC天线对信号的主动通信。
虽然本文所描述的技术已参考其实例实施例特定示出和描述，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书及其等效物界定的所要求主题的精神和范围的情况下可以在其中作出形式和细节的各种改变。

Claims (17)

1.一种人工磁导体(AMC)天线设备(100)，其包括：
接地平面(105)，所述接地平面包括：
基底层(110)，所述基底层包括导电基底表面(119)；
在所述基底层上方的频率选择表面(FSS)层(120)，所述FSS层包括彼此分离的多个导电贴片(121)；以及
多个柔性导体(115)，每个柔性导体将所述导电贴片中的一个电连接到所述导电基底表面；
在所述FSS层上方的柔性天线元件层(130)，所述柔性天线元件层包括至少一个天线元件(135)；
在所述基底层与所述FSS层之间的闩锁机构(L)，所述闩锁机构被配置成从解锁状态转变到锁定状态，其中在所述锁定状态下，所述导电基底表面与所述FSS层固定地分离预定距离；以及
在所述基底层与所述FSS层之间的可充气气囊系统(103a、103b)，所述可充气气囊系统被配置成在所述AMC天线设备的展开期间接收气体输入，并且充气以产生足以使所述闩锁机构从所述解锁状态转变到所述锁定状态的力。
2.根据权利要求1所述的AMC天线设备(100)，其中所述可充气气囊系统包括：
第一可充气气囊部分(103a)，所述第一可充气气囊部分在所述基底层(110c)的第一外围部分与所述FSS层(120c)的第一外围部分之间纵向地延伸；以及
第二可充气气囊部分(103b)，所述第二可充气气囊部分在所述基底层(110d)的第二外围部分与所述FSS层(120d)的第二外围部分之间纵向地延伸，
其中所述基底层的所述第二外围部分与所述基底层的所述第一外围部分相对，并且所述FSS层的所述第二外围部分与所述FSS层的所述第一外围部分相对。
3.根据权利要求1或2所述的AMC天线设备(100)，其进一步包括保持结构(20)，所述保持结构被配置成当所述AMC天线设备收起时保持：(i)所述天线元件层；(ii)具有朝向所述基底表面收缩的所述FSS层的所述接地平面；和(iii)所述可充气气囊系统。
4.根据权利要求3所述的AMC天线设备(100)，其进一步包括至少一个致动器(275、260)，所述致动器被配置成从所述保持结构移除所述天线元件层、所述接地平面和所述可充气气囊系统。
5.根据权利要求4所述的AMC天线设备(100)，其中所述保持结构将所述天线元件层、所述接地平面和所述可充气气囊系统保持在卷绕状态。
6.根据权利要求5所述的AMC天线设备(100)，其中所述保持结构是圆柱形结构，所述圆柱形结构包括在相应相对端(216、218)中的一对螺旋形凹槽(214)，其中所述接地平面的相对边缘部分保持卷绕在所述一对螺旋形凹槽内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的AMC天线设备(100)，其中：
所述FSS层包括第一介电片(154)并且所述多个导电贴片是在所述第一介电片上的印刷导电贴片；以及
所述至少一个天线元件是在第二介电片(174)上的至少一个印刷导电元件(132、134)；
其中所述第一和第二介电片中的每一个是柔性的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的AMC天线设备(100)，其进一步包括柔性天线馈线(310、320)，所述柔性天线馈线具有电连接到所述至少一个天线元件的第一端、在所述基底层下方的相对端，以及通过所述FSS层中的至少一个开口(375)在所述基底表面与所述至少一个天线元件之间延伸的中心部分。
9.根据权利要求8所述的AMC天线设备(100)，其进一步包括平衡-不平衡转换器(350)，所述平衡-不平衡转换器安置在所述基底层下方并且连接到所述天线馈线的所述相对端。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的AMC天线设备(100)，其中所述至少一个天线元件包括至少一个交叉偶极子天线元件(135)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的AMC天线设备(100)，其中所述基底层进一步包括柔性介电衬底(144)，并且所述导电基底表面是在所述柔性介电衬底上的印刷导电材料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的AMC天线设备(100)，其进一步包括多个柔性印刷电路板(PCB)(107)，每个柔性PCB安置在所述基底层与所述FSS层之间并且各自包含多个柔性导体(115)的群组，其中每个所述柔性PCB在所述闩锁机构处于所述锁定状态时基本上正交于所述基底层和所述FSS层定向，并且在所述闩锁机构解锁时非正交于所述基底层和所述FSS层中的每一个的相邻部分定向。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的AMC天线设备(100)，其中所述闩锁机构包括分布在所述FSS层(120a、120b)的至少两个外围部分与所述基底层(110a、110b)的至少两个对应外围部分之间的多个各个锁存器(L1到LN)。
14.一种在无人驾驶载体(285)上收起并展开人工磁导体(AMC)天线(10)的方法(1300)，所述方法包括：
在保持结构中收起所述AMC天线(S1310)，其中所述AMC天线包括：(i)天线元件层；(ii)接地平面，所述接地平面包括频率选择表面(FSS)层、在所述FSS层下方且包含导电基底表面的基底层；(iii)在所述基底层与所述FSS层之间的闩锁机构；以及(iv)在所述基底层与所述FSS层之间的可充气气囊系统；
在所述AMC天线的展开期间：
使用致动器从所述保持结构移除所述AMC天线(S1330)；以及
使所述可充气气囊充气以产生足以使所述闩锁机构从解锁状态转变到锁定状态的力(S1330)，其中在所述锁定状态下，所述导电基底表面与所述FSS固定地分离预定距离。
15.根据权利要求14所述的方法(1300)，其中所述无人驾驶载体是轨道卫星。
16.根据权利要求14或15所述的方法(1300)，其中所述保持结构将所述AMC天线保持在卷绕状态，并且所述致动器使所述AMC天线以板状形状从所述保持结构铺开。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法(1300)，其中所述AMC天线进一步包括以卷绕形状储存在所述保持结构内的柔性天线馈线(132、134)，所述柔性天线馈线在所述移除所述AMC天线期间展开。
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