CN117441268A - 用于阵列天线的波导终端装置 - Google Patents

Abstract

具有分层构造的阵列天线(100)。阵列天线包括辐射层(110)和面向辐射层的分发层(120)，辐射层包括多个辐射元件(111)。分发层被布置成将射频RF信号分发到多个辐射元件。分发层包括至少一个分发层馈源(121)和至少一个第一波导(122)，第一波导被布置成在至少一个分发层馈源和至少一个辐射元件之间引导RF信号。阵列天线还包括连接到至少一个分发层馈源(121)的至少第二波导(130)。第一波导(122)和第二波导(130)中的任何一个包括具有第一类型表面处理(313)的塑料，其中第一类型表面处理包括金属化。至少一个辐射元件是由衰减区段端接的虚设元件，其中衰减区段被布置在连接到虚设元件并且包括塑料的波导(122，130)中的任何一个上。衰减区段包括被布置成衰减RF信号的第二类型表面处理(314)。

Description

用于阵列天线的波导终端装置

技术领域

本公开涉及天线装置，特别是基于波导的阵列天线，并且涉及一般的波导。天线装置适合于例如在电信和雷达收发器中使用。

背景

无线通信网络包括射频收发器，诸如用于蜂窝接入网络的无线电基站、用于例如回传到核心网络中的微波无线电链路收发器、以及与轨道上的卫星通信的卫星收发器。雷达收发器也是射频收发器，因为它发射和接收射频(RF)信号，即电磁信号。

收发器的辐射装置通常包括阵列天线，因为阵列允许对辐射方向图的成形进行高度控制，例如以用于高方向性、波束转向和/或多波束。阵列天线包括通常间距小于波长的多个天线元件，其中波长对应于收发器的工作频率。

期望阵列中的每个天线元件实现相等的个体行为。这里的行为是指辐射方向图、阻抗匹配等。特别期望为包括狭缝天线(slot antenna)的阵列中的每列元件实现相等的个体行为。然而，最外面的元件(或列)在实践中表现出不相等的性能，因为与阵列中间的元件(或列)相比，它们的邻居较少。

这可以通过添加一组新的最外层元件并将它们转换为虚设元件(或虚设列)来解决。虚设元件内部端接匹配的衰减器。这样，对于有源相邻元件，虚设元件就像是正常的有源元件。

需要用于阵列天线的改进的波导终端装置。

概述

本公开的目的是提供用于阵列天线的改进的波导终端，即，易于以低成本制造，并且表现出良好性能的波导终端。

该目的至少部分地通过具有分层构造的阵列天线获得。该阵列天线包括辐射层和面向该辐射层的分发层，该辐射层包括多个辐射元件。分发层被布置成将射频RF信号分发到多个辐射元件。分发层包括至少一个分发层馈源和至少一个第一波导，该第一波导被布置成在至少一个分发层馈源和至少一个辐射元件之间引导RF信号。阵列天线还包括连接到至少一个分发层馈源的至少第二波导。第一波导和第二波导中的任何一个包括具有第一类型表面处理的塑料，其中第一类型表面处理包括金属化。此外，至少一个辐射元件是由衰减区段端接的虚设元件。衰减区段被布置在连接到虚设元件并且包括塑料的波导中的任何一个上。衰减区段包括被布置成衰减RF信号的第二类型表面处理。

衰减区段被用于构建衰减器，或获得衰减功能，或获得终端功能，其被直接集成到阵列天线中，这是有利的。衰减区段的制造更加容易且成本有效。

根据各方面，衰减区段匹配期望的系统阻抗，诸如50欧姆，但是任何值都是可能的。因此，衰减区段可以用作波导的良好匹配的终端。

为了端接虚设元件，衰减区段可以布置在阵列天线的辐射层上，但是优选地布置在分发层中，或者更优选地布置在连接到分发层的第二波导中。终端的目标是使虚设元件与任何其他相邻元件等效地呈现。

根据各方面，第一类型的表面处理包括底涂料和金属化。底涂料可以被用于使期望的金属更好地粘附到塑料部分。

根据各方面，其中，第二类型的表面处理包括未经处理的塑料，即衰减区段由未进行金属化的区段构成。这可以通过在金属化期间遮盖衰减区段来实现。因此，实现了成本有效且简单的制造过程。

根据各方面，第二类型的表面处理包括底涂料，即衰减区段包括底涂料，并且没有用通常期望的金属，诸如铜、银和金进行金属化。这样，包括塑料的整个波导可以首先用底涂料涂覆。此后，可以遮盖衰减区段，使其不被金属化涂覆。这提供了简单的制造过程。衰减区段的底涂料可以有利地使衰减区段被屏蔽免受外部(例如相邻波导)的影响。由此，可以减少不期望的耦合。

根据各方面，第二类型的表面处理包括金属化，其中金属化的厚度被布置成衰减RF信号。这提供了良好的衰减性能。有利的是，涂层厚度基本上不会改变表面电流分布，因此不会改变波导的特性阻抗。因此，第二表面处理的薄金属化导致从第一表面处理的涂层的过渡不存在不连续性，这意味着保持匹配。此外，衰减区段的相对薄的金属化可以有利地使衰减区段被屏蔽免受外部(例如相邻波导)的影响。由此，可以减少不期望的耦合。

根据各方面，包括塑料的波导中的任何一个包括有损塑料。这有利地衰减了不希望的信号，诸如来自衰减区段的任何泄漏。

根据各方面，至少一个虚设元件被布置在多个辐射元件的周边上。这改善了与虚设元件相邻的有源天线元件相对于阵列天线中的其余元件的个体行为。

根据各方面，阵列天线包括多列辐射元件，其中至少一列是由衰减区段端接的虚设列。根据另外的方面，该至少一个虚设列被布置在多个列的周边上。这改善了与虚设列相邻的有源列相对于阵列天线中的其余列的个体行为。

根据各方面，第一波导是间隙波导，并且辐射层和分发层中的任何一个包括超材料结构，该超材料结构被布置成在分发层和辐射层中间形成间隙波导。超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从间隙波导在除通过分发层馈源和辐射元件之外的方向上传播。超材料结构有效地密封间隙波导通道，使得电磁能量可以或多或少地沿着预期的导波路径不受阻碍地通过，但不在任何其他方向上通过。辐射层和分发层之间的装置可以是无接触的，因为层之间不需要电接触。这是优点，因为不需要高精度组装；这两层可以简单地用诸如螺栓等紧固装置彼此附接。此外，不需要验证电接触，因为重复结构以非接触方式密封过渡处。

根据各方面，超材料结构包括突出元件的重复结构。重复结构可以例如被直接加工成层中的一个。这是优点，因为这种加工可以以具有高机械精度的成本有效的方式进行。这种整体形成的重复结构在机械上也是稳定的，这是优点。

本文还公开了一种包括根据上述讨论的天线装置的电信或雷达收发器。

本文还公开了一种用于引导射频RF信号的波导，其中该波导包括金属化的塑料。波导还包括衰减区段，其中该衰减区段包括第二类型的表面处理，并且波导的其余部分包括第一类型的表面处理。第一类型的表面处理包括金属化，第二类型的表面处理被布置成衰减RF信号。

本公开利用塑料的表面处理来构建衰减器，或获得衰减功能，或获得终端功能，表面处理被直接集成到波导，这是有利的。根据各方面，衰减区段匹配期望的系统阻抗，诸如50欧姆，但是任何值都是可能的。因此，衰减区段可以用作波导的良好匹配的终端。

根据各方面，波导包括彼此面对的第一层和第二层。第一层和第二层中的任何一层包括超材料结构，该超材料结构被布置成在第一层和第二层中间形成间隙波导。超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从间隙波导在除沿着预期导波路径以外的方向上传播。

超材料结构有效地密封间隙波导通道，使得电磁能量可以或多或少地沿着预期的导波路径不受阻碍地通过，但不在任何其他方向上通过。层之间的装置可以是无接触的，因为层之间不需要电接触。这是优点，因为不需要高精度组装；这两层可以简单地用诸如螺栓等紧固装置彼此附接。此外，不需要验证电接触，因为重复结构以非接触方式密封过渡处。

根据各方面，波导的超材料结构包括突出元件的重复结构。重复结构可以例如被直接加工成层中的一个。这是优点，因为这种加工可以以具有高机械精度的成本有效的方式进行。这种整体形成的重复结构在机械上也是稳定的，这是优点。

根据各方面，波导的第一类型的表面处理包括底涂料。

根据各方面，波导的第二类型的表面处理包括未经处理的塑料。根据另外的方面，波导的第二类型的表面处理包括底涂料。根据其他方面，波导的第二类型的表面处理包括金属化，其中金属化的厚度被布置成衰减RF信号。

本文还公开了一种用于生产包含塑料的波导的方法。该方法包括：

用第二类型的表面处理对波导的衰减区段进行表面处理，

用第一类型的表面处理对波导的其余部分进行表面处理，

其中第一类型的表面处理包括金属化，第二类型的表面处理被布置成衰减RF信号。

本文所公开的方法与如以上结合不同测量设备所讨论的相同优点相关联。本文还公开了适于控制本文描述的一些操作的控制单元。

通常，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。所有对“一(a)/一(an)/该(the)[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的引用都被开放地解释为指元件、设备、部件、装置、步骤等等的至少一个实例，除非另有明确声明。本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确声明。当学习所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优势将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以被组合以创建除了以下描述的那些实施例之外的实施例。

附图简述

现在，将参考附图且更详细地描述本公开，在附图中：

图1A和图1B示出了示例天线装置，

图2示出了示例天线装置，

图3A和图3B示出了示例天线装置，

图4A和图4B示出了示例波导，

图5A和图5B示出了示例波导，以及

图6是示出方法的流程图。

详细描述

现在将参考附图更全面地描述本公开的各方面。然而，本文公开的不同设备和方法可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文阐述的各方面。附图中相似的数字自始至终指代相似的元件。

本文使用的术语仅用于描述本公开的各方面，并不旨在限制本发明。如本文所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”、和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。

如上所述，需要用于阵列天线的改进的波导终端装置。对于一般天线阵列，低频(<6GHz)可以很容易地被端接，例如，使用具有表面安装的衰减器或同轴终端的PCB进行端接。对于基于波导的阵列，可以使用电磁吸收器。这可以使用许多不同的材料和许多不同的方法来进行，诸如在短路波导的末端处使用楔形吸收器。然而，使用吸收器是昂贵的，并且显著地使阵列天线的制造复杂化。此外，使用具有足够衰减的吸收器可能具有挑战性，因为空间变得有限。制造公差也会给吸收器带来问题，尤其是处于高频时，例如处于毫米波时。

本公开利用塑料的表面处理来构建衰减器，或获得衰减功能，或获得终端功能，表面处理被直接集成到阵列天线中。更具体地，天线、天线的波导部分或一般的波导包括金属化的塑料和区段，从该区段开始被称为衰减区段，衰减区段与天线、天线的波导部分或一般的波导的其余部分相比，具有不同的表面处理。例如，衰减区段可以简单地是完全没有金属化的区段，或者是只有底涂料的区段。不同的示例是衰减区段用不同的材料金属化。另一示例是衰减区段以对应的金属涂层更薄的方式金属化。通常，衰减区段被布置成通过欧姆损耗来衰减RF信号。

根据各方面，衰减区段匹配期望的系统阻抗，诸如50欧姆，但是任何值都是可能的。因此，衰减区段可以用作波导的良好匹配的终端。

所公开的波导的衰减区段可以被用于端接阵列天线中的辐射元件，从而使该辐射元件成为虚设元件。衰减区段还可以用来端接整个列，从而使该整个列成为虚设列。为了端接虚设元件，衰减区段可以被直接地布置在阵列天线的辐射层上，但是优选地布置在分发层中，或者更优选地布置在连接到分发层的波导中。终端的目标是使虚设元件与任何其他相邻元件等效地呈现。

根据本发明的方面，本文公开了一种具有分层构造的阵列天线100，如图1A、图1B、图2、图3A和图3B中的示例所示。该阵列天线包括辐射层110和面向该辐射层的分发层120，该辐射层110包括多个辐射元件111。分发层被布置成将射频RF信号分发到多个辐射元件111。分发层包括至少一个分发层馈源121和至少一个第一波导122，该第一波导被布置成在至少一个分发层馈源和至少一个辐射元件之间引导RF信号。阵列天线还包括连接到至少一个分发层馈源121的至少第二波导130。第一波导122和第二波导130中的任何一个包括具有第一类型表面处理313的塑料。换句话说，第一波导和第二波导中的一个或两个包括第一类型的表面处理。这里，第一类型的表面处理包括金属化。至少一个辐射元件是由衰减区段312端接的虚设元件。衰减区段被布置在连接到虚设元件并包括塑料的波导122、130中的任何一个上。优选地，具有衰减区段的波导是中空波导，其可以填充有空气或一些介电材料。这种波导的示例是矩形波导、圆形波导、脊波导、间隙波导、脊隙波导(ridge gapwaveguide)。分发层的第一波导可以利用辐射层的一部分来限制电磁波。例如，辐射层的一部分可以构成矩形波导中的波导壁中的一个。此外，第一波导可以是脊波导，其中一个或多个脊被布置在分发层和/或辐射层上。此外，衰减区段包括被布置成衰减RF信号的第二类型的表面处理314。

所公开的阵列天线是非常成本有效的，因为不需要额外的部件，诸如表面安装的衰减器或电磁吸收器。阵列天线也易于制造，这在许多方面进一步节省了成本。此外，所公开的阵列使得能够在高频(例如毫米波)实现优异的性能。

通常，本文的波导是引导电磁波的结构。波导可以是中空的矩形管，如图4A和图4B所示。横截面可以具有许多其他形状，诸如圆形或更一般的形状。管可以是中空的或填充有介电材料。波导也可以是间隙波导。

层是具有两侧或两面的平面元件，并且与厚度相关联。厚度远小于面的大小，即层是平坦的或近似平面的元件，即，如处于弧形形状。根据某些方面，层是矩形或正方形。然而，更通常的形状，包括圆盘形或椭圆盘形也适用。

至少一个分发层馈源121可以是被布置成通孔的波导，该通孔被布置成通过分发层传输射频信号，如图2所示。分发层馈源还可以包括第一波导122的延伸部，以将RF信号从分发层路由出去，如图3A和图3B所示。

参考图2，衰减区段可以被布置在分发层的脊隙波导122上。衰减区段也可以被布置在连接到分发层馈源的波导(未示出)上。这样，图中的所有元件都将以良好的匹配来进行端接。这样的列可以用作包括多个列的阵列天线中的虚设列。参考图3A和图3B，衰减区段被布置在三列阵列中最左边列的第二波导130上。

不包括塑料的辐射层和/或第一波导122或第二波导130可以包括已经被铸造、模制、冲压和/或机械加工的金属，诸如铜或黄铜。金属可以包括具有高电导率的涂层，例如，涂有银或铜的铝或涂有银或铜的锌。

第一波导122和第二波导130中的任何一个包括具有第一类型表面处理313的塑料，其中第一类型表面处理包括金属化。金属化的目的是允许电磁波通过波导传播，这使得阵列天线能够正常工作。金属化一般是已知的，因此本文中仅简要讨论。辐射层也可以包括金属化的塑料。可以用许多不同的方法来进行塑料的金属化。塑料可以直接被金属化，或者在塑料表面被涂上期望的金属之前，可以先将底涂料施加到塑料表面上。用于塑料金属化的期望的金属具有低损耗和高电导率，例如铜、银和金。许多其他金属和合金也是可能的。本文的金属化被广义地解释。金属化可以包括在表面上布置导电聚合物。这种材料具有期望的金属电导率，因此被包括在术语金属化中。

合适的底涂料的示例是镍、铬、钯和钛，但是许多其他材料也是可能的。底涂料可以被用于使期望的金属更好地粘附到塑料部分上。有许多不同的方法(诸如浇铸、模制和/或机械加工)将塑料表面形成为期望的形状。塑料在这里被广义地解释为可以模制成固体物体的各种合成或半合成有机化合物。

所公开的天线装置100中的多个辐射元件111中的至少一个可以包括小孔。辐射层110的小孔例如可以是延伸穿过辐射层的狭缝开口。尽管狭缝开口也可以是其他形状，诸如方形、圆形或更一般的形状，但优选是矩形。与辐射层110的尺寸相比，狭缝开口优选地较小，并且在辐射层上以平行线布置，尽管狭缝开口的其他布置也是可能的。如果所有辐射元件都包括狭缝，则辐射层110可以例如包括(例如铜或黄铜的)金属片。辐射层可以包括被布置成在相应的辐射元件和分发层之间形成相应空腔的空腔子层。应该理解，其他类型的辐射元件也是可能的。

第二波导可以以许多不同的方式连接到至少一个分发层馈源121。例如，它可以简单地包括直接连接到分发层馈源的矩形波导。示例波导如图4A和图4B所示。此外，第二波导130可以被布置在面向分发层120的层(诸如印刷电路板PCB层131和/或屏蔽层132)或者任何其他类型的分发/馈送层中。

辐射层可以形成为与分发层分离的部分，如图2所示。然而，辐射层和分发层可以整体形成在单个部分中。类似地，第二波导可以与分发层馈源分离或整体形成。图3A和图3B示出了其中第二波导与分发层馈源整体形成的示例。

根据各方面，第一类型的表面处理313包括底涂料。换句话说，第一类型的表面处理的金属化包括在用期望的金属进行金属化之前布置底涂料的步骤。

第二类型的表面处理314可以包括未经处理的塑料，即，衰减区段由未被金属化的区段构成。这样，可以遮盖衰减区段，使其不被金属化(以及最终的底涂料)涂覆。这提供了简单的制造过程。天线装置的表面处理过程可以根据以下步骤进行。具有第二表面处理的部分被遮盖，具有第一表面处理的部分用期望厚度的金属化涂覆。这里，可选的底涂料可以在金属化之前涂覆在这些部分上。该过程仅包括遮盖一次，这是优点，因为该过程简单且准确。

根据各方面，第二类型的表面处理314包括底涂料，即衰减区段包括底涂料，并且没有用通常期望的金属(诸如铜、银和金)进行金属化。这样，包括塑料的整个波导可以首先用底涂料涂覆。此后，可以遮盖衰减区段，使其不被金属化涂覆。这提供了简单的制造过程。衰减区段的底涂料可以有利地使衰减区段被屏蔽免受外部(例如相邻波导)的影响。由此，可以减少不期望的耦合。天线装置的表面处理过程可以根据以下步骤进行。首先，用第一表面处理和第二表面处理在所有部分上涂覆底涂料。最后，遮盖具有第二表面处理的部分，并且用期望厚度的金属化涂覆具有第一表面处理的部分。该过程仅包括遮盖一次。

第二类型的表面处理314可以包括金属化。在这种情况下，金属化的厚度被布置成衰减RF信号。衰减区段的相对薄的金属化可以有利地使衰减区段被屏蔽免受外部(例如相邻波导)的影响。由此，可以减少不期望的耦合。天线装置的表面处理过程可以根据以下步骤进行。首先，可以用第一表面处理和第二表面处理将可选的底涂料涂覆在所有部分上。第二，在所有部分上涂上一薄层金属化。最后，遮蔽具有第二表面处理的部分，并且用期望厚度的金属化涂覆具有第一表面处理的部分。该过程仅包括遮盖一次。

根据各方面，第一表面处理和第二表面处理中的任何一个可以包括保护涂层。该保护涂层可用于防腐蚀或防止机械磨损等。此外，本文描述的任何涂覆步骤可以包括对多个层的施加。例如，底涂料的涂覆可以包括对几个层的施加。

如上所述，第二类型的表面处理314可以包括被布置成衰减RF信号的一个金属化薄层。这里，衰减区段具有在塑料顶部涂覆有一个(或更多个)金属化薄层的表面。被布置成衰减RF信号的厚度与所谓的集肤深度(skin depth)有关。集肤深度描述电场在材料中传播的深度，并且取决于频率和材料性质(频率越高，表面包含的场越多)。当没有磁损耗或介电损耗时，集肤深度可以表示为

其中，ρ是导体的电阻率，ω是角频率，μ是导体的磁导率，∈是导体的介电常数。

在期望低损耗的常规波导中，金属(或导电材料)应该相对较厚，这意味着厚度是集肤深度的几倍大。相反，衰减区段可以包括薄金属涂层，以呈现高损耗，从而提供优异的终端。根据各方面，被布置成衰减RF信号的金属化的厚度小于集肤深度的三倍，优选小于集肤深度，并且更优选小于集肤深度的三分之一。

由薄的厚度引入的损耗可以与具有差电导率的材料结合使用。

如果金属化涂层的厚度与集肤深度相当或小于集肤深度，电场将穿透整个金属化涂层，电流也将存在于涂层的相对侧(即塑料侧)，这可能会潜在地辐射电磁波。这种辐射是一种泄漏，这可能是不期望的。然而，这种泄漏可以通过外部手段来抑制。虽然泄漏可能会降低沿衰减区段传播的电磁波的功率，但欧姆损耗通常使波更显著地衰减。此外，可能期望衰减区段的金属化不要太薄，因为金属化涂层提供某种屏蔽，例如屏蔽相邻波导或泄漏产生的自干扰。因此，存在足够薄的厚度范围，以提供足够的衰减，并且不会遭受不利的泄漏或屏蔽问题。

有利的是，涂层厚度基本上不会改变表面电流分布，因此不会改变特性阻抗。这导致没有与正常涂层的不连续性，这意味着匹配被保持。

衰减区段可以包括具有正常厚度(即几倍于集肤深度)的不良导体。在这种情况下，不会有屏蔽或泄漏的问题。

如上所述，第二表面处理可以是未经处理的塑料，即没有涂层。这可以在从第一表面处理到第二表面处理的过渡处呈现一些反射。然而，匹配可以通过两种表面处理的逐渐过渡和/或通过波导几何形状的逐渐改变来改善。几何形状可以通过扩口(如以喇叭形式)来改变。这可以被视为提供具有衰减功率目的的天线。此外，包括塑料的波导122、波导130中的任何一个可以包括有损塑料。这样，不希望的泄漏被衰减。在包括衰减区段的波导中具有有损塑料是特别有利的。有损塑料可以例如包括具有高介电损耗的材料和/或掺杂有碳等的材料。

至少一个虚设元件可以被布置在多个辐射元件111的周边上。换句话说，虚设元件被布置成连接到辐射层的表面边界。根据各方面，周边上的所有元件都是虚设元件。在这种情况下，所有有源元件都被虚设元件围绕。这里，围绕意味着在被围绕的物体周围形成周边。

阵列天线100可以包括多列辐射元件111。在这种情况下，至少一列是由衰减区段端接的虚设列。在某些情况下，只需要沿着阵列天线中最外面的两列来布置虚设元件，就可以达到阵列中所有有源元件行为相同的期望效果。在包括狭缝天线的阵列中可以是这种情况。因此，至少一个虚设列可以被布置在多个列的周边上。

根据各方面，第一波导是间隙波导，并且辐射层110和分发层120中的任何一个包括超材料结构124，该超材料结构124被布置成在分发层120和辐射层110中间形成间隙波导。超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从间隙波导在除通过分发层馈源121和辐射元件111之外的方向上传播。

利用超材料结构，分发层120被布置为与辐射层100直接接触，或者被布置成与辐射层110相距一定距离，其中该距离小于天线装置100的中心工作频率的波长的四分之一。直接接触可以意味着只有两个层的区段接触。

在分发层中使用超材料结构提供了波导的低损耗以及相邻波导中射频信号之间的低干扰。其结果是，由于在分发层中使用和放置超材料结构，可以维持更高的信噪比，这是有利的。另一优点是构成波导的两层之间不需要电接触。由于不需要验证电接触，并且由于无需高精度的组装，因而这是优点。然而，层之间的电接触也是一种选择。

超材料结构被布置成形成高阻抗表面，诸如人工磁导体(AMC)。如果高阻抗面向导电表面(即，低阻抗表面，诸如在理想情况下的理想电导体PEC)，并且如果两个表面被布置成以小于中心频率波长的四分之一的距离间隔开，则在理想情况下，工作频带中没有电磁波能沿着中间表面传播或在中间表面之间传播，因为所有平行板模式在该频带中都被截止。换句话说，高阻抗表面和低阻抗表面在两个表面之间形成电磁带隙。这两个表面也可以被布置成彼此直接相邻，即彼此电连接。中心频率经常在工作频带的中间。在实际情况下，工作频带中的电磁波沿中间表面按长度衰减。本文中，衰减被解释为显著降低诸如射频信号的电磁辐射的幅度或功率。优选地，衰减是完全的，在这种情况下衰减和阻挡是等效的，但是应该理解，这种完全的衰减并不总是可以实现的。

超材料结构可以代替波导的壁以形成间隙波导。这种波导可以包括脊以形成脊隙波导(RGW)。

矩形分发层120的示例尺寸为5mm的厚度以及100mm和100mm的侧边。然而，分发层不一定是矩形的，诸如圆形或六边形的其他形状也是可能的。

超材料结构124可以包括突出元件125的重复结构。这样的突出元件可以整体地形成在包括超材料结构124的层110、120上(即，在辐射层110和/或分发层120上)。分发层120和辐射层110中的任何一个可选地包括至少一个波导脊123，以形成至少一个第一间隙波导。

如上所述，第二波导130可以被布置在面向分发层120的印刷电路板PCB层131上和/或面向PCB层131的屏蔽层132上。因此，天线装置100还可以包括面向分发层120的印刷电路板PCB层131，其中PCB层包括至少一个PCB层馈源。

在分发层中使用超材料结构使得在从PCB层131上的PCB层馈源通过分发馈源224到至少一个第一波导的过渡处能够很高效地耦合，这导致低损耗。PCB层131可选地包括布置在PCB层的任一侧或两侧上的至少一个RF集成电路(IC)。至少一个PCB层馈源可以被布置成将射频信号从RF IC传送到PCB的相对侧，进入分发层。根据示例，至少一个PCB层馈源是连接到分发层120中的对应开口的通孔，其中通孔由至少一条微带线馈电。替代地，或者组合地，至少一个PCB层馈源可以被布置成将射频信号从PCB的面向分发层的一侧上的RF IC传送到分发层中。根据各方面，至少一个PCB层馈源被布置成将射频信号从天线装置100传送到例如调制解调器。PCB层可以包括作为接地面或作为互补接地面的压印或蚀刻的金属板。

天线装置100还可以包括面向PCB层131的屏蔽层132。屏蔽层132可选地包括第二超材料结构，该第二超材料结构被布置成在屏蔽层132和PCB层131中间形成间隙波导。该间隙波导可以构成第二波导130。第二超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从间隙波导在除了通过至少一个PCB层馈源以外的方向上传播。第二超材料结构允许具有低损耗和低泄漏(即，在例如相邻波导之间或在相邻RFIC之间的不希望的电磁传播)的紧凑设计。此外，第二超材料结构使PCB层被屏蔽免受天线装置外部的电磁辐射的影响。

第二超材料结构可选地包括突出元件的重复结构，并且PCB层可选地包括接地面和至少一个平面传输线，以在屏蔽层132和PCB层131中间形成至少一个间隙波导。间隙波导可以例如是反向的微带间隙波导。间隙波导可以是第二波导130。屏蔽层可以包括两种类型的突出元件。例如，窄的高销和宽的短销。较宽且较短的销可以适于将RFIC装配在屏蔽层和PCB层之间。销可以接触RFIC，以用于热传递目的。

根据各方面，分发层120包括布置在第一超材料结构124的相对侧上的第三超材料结构，即第三超材料结构面向PCB层131。这样，可以在分发层120和PCB层131中间形成间隙波导。这些间隙波导可以被用于在PCB层131上的RFIC和PCB层馈源之间耦合电磁信号。任何这样的间隙波导可以构成第二波导130。第三超材料结构允许具有低损耗和低泄漏(即在例如相邻波导之间或在相邻RFIC之间的不希望的电磁传播)的紧凑设计。此外，第三超材料结构使PCB层被屏蔽免受天线装置外部的电磁辐射的影响。

根据各方面，电信或雷达收发器包括天线装置100。

本文还公开了一种用于生产具有分层构造的阵列天线(100)的方法。该方法包括：

提供包括多个辐射元件111的辐射层110；

布置面向辐射层的分发层120，其中分发层被布置成将射频RF信号分发到多个辐射元件111，该分发层包括至少一个分发层馈源121和至少一个第一波导122，该第一波导122被布置成在至少一个分发层馈源和至少一个辐射元件之间引导RF信号；以及

布置要连接到至少一个分发层馈源121的至少第二波导130，

其中，第一波导122和第二波导130中的任何一个包括塑料，并且该方法还包括：

用第一类型的表面处理313对包含塑料的波导进行表面处理，该第一类型的表面处理包括金属化，

其中，至少一个辐射元件是由衰减区段312端接的虚设元件，该方法还包括：

在连接到虚设元件并包括塑料的波导122、波导130中的任何一个上布置衰减区段，其中，该衰减区段包括被布置成衰减RF信号的第二类型的表面处理314。

本文还公开了用于引导射频RF信号的波导300、波导400，其中该波导包括金属化的塑料。波导还包括衰减区段312。衰减区段包括第二类型的表面处理314，并且波导的其余部分包括第一类型的表面处理313。第一类型的表面处理包括金属化，并且第二类型的表面处理被布置成衰减RF信号。

所公开的波导300、波导400可以是矩形波导、圆形波导、基于超材料结构(诸如重复的突出销)的波导中的任何一种。许多其他类型的波导也是可能的。图4A、图4B、图5A和图5B示出了所公开的波导的不同的示例。

根据各方面，波导300、波导400包括面向彼此的第一层511和第二层512。第一层和第二层中的任何一层包括超材料结构521，该超材料结构521被布置成在第一层511和第二层512中间形成间隙波导。超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从间隙波导在除沿着预期导波路径以外的方向上传播。

预期导波路径是波导预期引导电磁辐射的路径。例如，包括两个分离的波导的微波器件，其中预期这两个波导被隔离，然后预期导波路径则沿着相应的波导。超材料结构521提供两个波导之间的隔离。预期导波路径的其他示例是共同馈送网络、连接分发馈源和辐射元件的波导、以及连接PCB上的不同集成部件的波导。

利用超材料结构，第一层511和第二层512被布置成彼此直接接触，或者被布置成彼此相距一段距离，其中该距离小于所公开的波导300、波导400的中心工作频率的波长的四分之一。直接接触可以意味着只有两个层的区段接触。

在第一层511和第二层512中的任一层中使用超材料结构提供了波导的低损耗以及相邻波导或电路中射频信号之间的低干扰。优点是构成波导的两层之间不需要电接触。由于不需要验证电接触，并且由于无需高精度的组装，因而这是优点。然而，层之间的电接触也是一种选择。

波导300、波导400的超材料结构521可以包括突出元件522的重复结构。这样的突出元件可以整体地形成在包括超材料结构521的层511、层512上。第一层511和第二层512中的任何一层可选地包括至少一个波导脊523，该波导脊523在第一层511和第二层512中间形成至少一个第一间隙波导。

波导300、波导400的第一类型的表面处理313可以包括底涂料。换句话说，第一类型的表面处理的金属化包括在用期望的金属进行金属化之前布置底涂料的步骤。

波导300、波导400的第二类型的表面处理314可以包括未经处理的塑料，即，衰减区段由未经处理的塑料构成。

根据各方面，波导300、波导400的第二类型的表面处理314可以包括底涂料，即，衰减区段包括底涂料，并且没有用通常期望的金属(诸如铜、银和金)进行金属化。

波导300、波导400的第二类型的表面处理314可以包括金属化。在这种情况下，金属化的厚度被布置成衰减RF信号。

如图6所示，本文还公开了一种用于生产包括塑料的波导300、波导400的方法。该方法包括：

用第二类型的表面处理314对波导的衰减区段312进行表面处理S1，

用第一类型的表面处理313对波导的剩余部分411进行表面处理S2，

其中第一类型的表面处理包括金属化，并且第二类型的表面处理被布置成衰减RF信号。

Claims (20)

1.一种具有分层构造的阵列天线(100)，包括：

辐射层(110)，其包括多个辐射元件(111)；

分发层(120)，其面向所述辐射层，其中，所述分发层被布置成将射频RF信号分发到所述多个辐射元件(111)，所述分发层包括至少一个分发层馈源(121)，以及至少一个第一波导(122)，所述至少一个第一波导(122)被布置成在至少一个分发层馈源和至少一个辐射元件之间引导RF信号；以及

至少第二波导(130)，其连接到至少一个分发层馈源(121)，

其中，所述第一波导(122)和所述第二波导(130)中的任何一个包括具有第一类型的表面处理(313)的塑料，所述第一类型的表面处理包括金属化，

其中，至少一个辐射元件是由衰减区段(312)端接的虚设元件，所述衰减区段被布置在连接到所述虚设元件并包括塑料的波导(122,130)中的任何一个上，其中，所述衰减区段包括被布置成衰减所述RF信号的第二类型的表面处理(314)。

2.根据权利要求1所述的阵列天线(100)，其中，所述第一类型的表面处理(313)包括底涂料和金属化。

3.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括未经处理的塑料。

4.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括底涂料。

5.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括金属化，其中，所述金属化的厚度被布置成衰减所述RF信号。

6.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，包括塑料的所述波导(122、130)中的任何一个包括有损塑料。

7.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，所述至少一个虚设元件被布置在所述多个辐射元件(111)的周边上。

8.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，包括多列辐射元件(111)，其中,至少一列是由所述衰减区段端接的虚设列。

9.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，至少一个虚设列被布置在多个列的周边上。

10.根据任一项前述权利要求所述的阵列天线(100)，其中，所述第一波导是间隙波导，并且所述辐射层(110)和所述分发层(120)中的任何一层包括超材料结构(124)，所述超材料结构被布置成在所述分发层(120)和所述辐射层(110)中间形成所述间隙波导，所述超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从所述间隙波导在除了通过分发层馈源(121)和辐射元件(111)之外的方向上传播。

11.根据权利要求10所述的阵列天线(100)，其中，所述超材料结构(124)包括突出元件(125)的重复结构。

12.一种电信或雷达收发器，其包括根据权利要求1-11中任一项所述的天线装置(100)。

13.一种用于引导射频RF信号的波导(300,400)，所述波导包括金属化的塑料，所述波导还包括衰减区段(312)，其中，所述衰减区段包括第二类型的表面处理(314)，并且所述波导的其余部分包括第一类型的表面处理(313)，其中，所述第一类型的表面处理包括金属化，并且所述第二类型的表面处理被布置成衰减所述RF信号。

14.根据权利要求13所述的波导(300,400)，包括面向彼此的第一层(511)和第二层(512)，其中，所述第一层和所述第二层中的任何一层包括超材料结构(521)，所述超材料结构被布置成在所述第一层(511)和所述第二层(512)中间形成间隙波导，所述超材料结构还被布置成防止工作频带中的电磁辐射从所述间隙波导在除了沿预期导波路径以外的方向上传播。

15.根据权利要求14所述的波导(300,400)，其中，所述超材料结构(521)包括突出元件(522)的重复结构。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的波导(300,400)，其中，所述第一类型的表面处理(313)包括底涂料。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的波导(300,400)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括未经处理的塑料。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的波导(300,400)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括底涂料。

19.根据权利要求13-18中任一项所述的波导(300,400)，其中，所述第二类型的表面处理(314)包括金属化，并且其中，所述金属化的厚度被布置成衰减所述RF信号。

20.一种用于生产包括塑料的波导(300,400)的方法，所述方法包括：

用第二类型的表面处理(314)对所述波导的衰减区段(312)进行表面处理(S1)，

用第一类型的表面处理(313)对所述波导的其余部分(411)进行表面处理(S2)，

其中，所述第一类型的表面处理包括金属化，并且所述第二类型的表面处理被布置成衰减所述RF信号。