TWI808972B - 寬頻天線系統 - Google Patents

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亞力克 亞當斯
小曼尼 Ｓ 烏爾西亞
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美商波音公司
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Abstract

本發明提供一種用於一天線系統之系統、方法及設備。該天線系統包含一孔隙結構、一主要輻射槽、一調諧槽，及一帶狀線饋電。該主要輻射槽及該調諧槽均位於該孔隙結構中。該帶狀線饋電位於該孔隙結構中之該主要輻射槽與該調諧槽之間。

Description

寬頻天線系統
本發明大體上係關於天線，且尤其關於以電子方式經掃描之寬頻波束成形天線。
天線系統被用於發送或接收射頻(radio frequency,RF)信號。此等射頻信號通常包括資訊，諸如話音通信、影像、訊息，及其他類型之資訊。
通常使用之一種天線系統係定向或波束成形天線。此類型天線在特定方向輻射或接收更大功率，允許增加之系統性能及降低之對非預期接收器或自非預期傳輸器之干擾。寬頻天線通常在期望相當大的頻率範圍或多個功能時被使用。舉例而言，飛機寬頻天線可具有多個功能，諸如感測器、通信，及電子戰。另外，通常轉向自此等天線之波束。可以電子方式或以機械方式進行波束轉向。
就此等飛機上天線之類型之使用而言，除性能以外，重量及大小通常係一因素。舉例而言，電動萬向節被用於以機械方式轉向自天線之波束。然而，電動萬向節增加重量且在飛機中需要額外空間，且限制波束轉向速率至低於部分應用必需之速率。
可使用以電子方式轉向之天線減小重量及改良波束靈活性。然而，用於此等類型天線中之通常輻射器亦導致相較於部分應用所期望的更大的 重量。舉例而言，現存的以電子方式轉向之天線通常採用自矩形銅管形成之重型且大型之開槽波導，如Ku頻帶之下之部分當前架構所用那樣。此類型方案相較於用於方位角、仰角掃描或兩者之萬向節之使用可更輕，但可能仍然不滿足飛機或諸如太空船之其他類型之載具上之部分應用所期望的重量需求。
因此，期望有一種考慮至少一些如上文所述之問題，以及其他可能的問題的方法及設備。舉例而言，期望有一種方法及設備使用具有所期望的重量及性能之架構克服自天線跨越廣泛頻率範圍及視場轉向波束的技術問題。
本發明之一實施例提供天線系統。該天線系統包含一孔隙結構、一主要輻射槽、一調諧槽，及一帶狀線饋電。該主要輻射槽及該調諧槽均位於該孔隙結構中。該帶狀線饋電位於該孔隙結構中之該主要輻射槽與該調諧槽之間。
本發明之另一實施例提供天線系統。該天線系統包含頂部區段、側壁、底部區段、主要輻射槽、調諧槽及帶狀線饋電。頂部區段具有具第一金屬層的第一介電基板層及具第二金屬層的第二介電基板層。主要輻射槽形成於具第一金屬層的第一介電基板層中，且調諧槽形成於具第二金屬層的第二介電基板層中。該等側壁包含第三介電基板層及第三金屬層。底部區段具有具底部金屬層用於天線系統中之接地的底部介電基板層。頂部區段、側壁及底部區段在孔隙結構中形成天線空腔。主要輻射槽及調諧槽在頂部區段中。帶狀線饋電位於頂部區段中之主要輻射槽與調諧槽之間，其自頂部區段中之中心線偏移。頂部區段、側壁及底部區段形成孔隙結構。
本發明的又另一個實施例提供一種用於交換射頻信號之方法。 該方法包含使用包括主要輻射槽及調諧槽之孔隙結構中之帶狀線饋電交換信號。該帶狀線饋電位於該孔隙結構中之該主要輻射槽與該調諧槽之間。
特徵及功能及可在本發明之各種實施例中獨立地實現，或可在其他實施例中組合，其中參看以下描述及圖式可見另外細節。
100‧‧‧天線環境
102‧‧‧天線系統
104‧‧‧射頻單元
106‧‧‧控制器
108‧‧‧天線
110‧‧‧射頻信號
112‧‧‧波束
114‧‧‧天線元件
116‧‧‧寬頻天線陣列
118‧‧‧天線元件
120‧‧‧孔隙結構
122‧‧‧主要輻射槽
124‧‧‧調諧槽
126‧‧‧帶狀線饋電
128‧‧‧孔隙
130‧‧‧操作頻寬
132‧‧‧以電子方式轉向之波束
134‧‧‧中心線
200‧‧‧頂部區段
202‧‧‧側壁
204‧‧‧底部區段
206‧‧‧空腔
210‧‧‧第一介電基板層
212‧‧‧第一金屬層
213‧‧‧第三介電基板層
214‧‧‧第二介電基板層
215‧‧‧第三金屬層
216‧‧‧第二金屬層
218‧‧‧底部介電基板層
220‧‧‧底部金屬層
222‧‧‧接地
224‧‧‧通孔
226‧‧‧周界
228‧‧‧天線空腔
230‧‧‧電子件空腔
232‧‧‧電子構件
300‧‧‧天線元件
302‧‧‧孔隙結構
304‧‧‧頂部區段
306‧‧‧側壁
308‧‧‧底部區段
310‧‧‧天線空腔
312‧‧‧電子件空腔
314‧‧‧側壁
316‧‧‧側壁
318‧‧‧側壁
320‧‧‧側壁
322‧‧‧側壁
326‧‧‧第一介電基板層
328‧‧‧第二介電基板層
330‧‧‧第一金屬層
332‧‧‧第二金屬層
334‧‧‧外表面
336‧‧‧內表面
338‧‧‧調諧槽
340‧‧‧主要輻射槽
342‧‧‧帶狀線饋電
344‧‧‧孔隙
346‧‧‧寬度
348‧‧‧長度
350‧‧‧高度
352‧‧‧底部介電基板層
354‧‧‧底部金屬層
356‧‧‧通孔
358‧‧‧周界
600‧‧‧操作
602‧‧‧操作
700‧‧‧飛機製造及服務方法
702‧‧‧規範及設計
704‧‧‧材料採購
706‧‧‧構件及子總成製造
708‧‧‧系統整合
710‧‧‧鑑認及配送
712‧‧‧在使用中
714‧‧‧日常維護及服務
800‧‧‧飛機
802‧‧‧機身
804‧‧‧系統
806‧‧‧內部
808‧‧‧推進系統
810‧‧‧電氣系統
812‧‧‧液壓系統
814‧‧‧環境系統
816‧‧‧通信系統
被認為說明性實施例之特性之新穎特徵在所附申請專利範圍中闡述。然而，在結合附圖閱讀時參看本發明之說明性實施例之以下實施方式將最佳理解其說明性實施例以及較佳使用模式、進一步目標及特徵，其中：圖1係根據說明性實施例之天線環境的方塊圖之說明；圖2係根據說明性實施例之孔隙結構之方塊圖之說明；圖3係根據說明性實施例之天線元件之說明；圖4係根據說明性實施例之天線元件之俯視圖之說明；圖5係根據說明性實施例之天線元件之橫截面視圖之說明；圖6係根據說明性實施例之用於交換射頻信號之程序之流程圖之說明；圖7係根據說明性實施例之飛機製造及服務方法之方塊圖之說明；及圖8係根據說明性實施例之飛機之方塊圖之說明。
該等說明性實施例認識到且考慮一或多個不同考慮因素。舉例而言，該等說明性實施例認識到且考慮，用於諸如係寬頻天線且具有可操縱波束在天線之天線的當前架構可能相較於在諸如飛機及太空船之載具中之應用所期望的更重。該等說明性實施例認識到且考慮，天線元件之設計可能被設計為相較於目前在可以電子方式轉向之天線元件中使用之彼等天線元件具有較輕重 量。
另外，該等說明性實施例認識到且考慮，用於寬頻應用之目前可用天線元件在可使用的頻寬上可能相比掃描體積或視場更窄，且相較於期望更昂貴。用於天線之頻寬分類通常表示為百分比頻寬(藉由中心頻率劃分之頻率範圍)。舉例而言，低於10%通常視為窄頻，而超過15%視為寬頻。自10%至15%之頻寬可被認為窄頻或寬頻。
因此，該等說明性實施例提供用於天線系統之方法及設備。在一個說明性實例中，天線系統包括孔隙結構、主要輻射槽、調諧槽，及帶狀線饋電。該主要輻射槽及該調諧槽位於該孔隙結構中。該帶狀線饋電位於該孔隙結構中之該主要輻射槽與該調諧槽之間。
現參看諸圖，且尤其參看圖1，根據說明性實施例描繪天線環境之方塊圖之說明。如所描繪，天線環境100包括天線系統102。天線系統102包括射頻單元104、控制器106及天線108。
在此示意性實例中，射頻單元104可以包括傳輸器或接收器中之至少一者用於交換射頻信號110。如本文所用，當與一列項目一起使用時，詞組「中之至少一者」意謂可使用該等列出之項目中之一或多者之不同組合，且可能僅需要該清單中之各項目中之一者。換言之，「中之至少一者」意謂可自該清單使用任何項目之組合及任何數目個項目，但並非所有該清單中之項目係所需的。該項目可為特定物件、事物或類別。
舉例而言，但非限制，「項目A、項目B或項目C中之至少一者」可包括項目A、項目A及項目B，或項目C。此實例亦可包括項目A、項目B及項目C；或項目B及項目C。當然，可能存在任何此等項目之組合。在一些說明性實例中，「中之至少一者」可能例為(但不限於)項目A中的兩者、項目B中之一者，及項目C中之十個；項目B中之四個及項目C中之七個；或其他適合 之組合。
控制器106控制在陣列環境中之天線元件114之操作。控制器106可能實施於硬體或軟體中之至少一者中。取決於特定實施，控制器106可能為電腦系統中之處理器單元或專業電路。
如所描繪，控制器106可能控制交換射頻信號110以形成波束112之相位或時間延遲。在此說明性實例中，波束112可以電子方式轉向。換言之，不需要移動天線108之機械系統以轉向波束112。
如所描繪天線108包含天線元件114。在此說明性實例中，天線元件114形成用於天線108之寬頻天線陣列116。
在此說明性實例中，天線元件114中之天線元件118包含孔隙結構120、主要輻射槽122、調諧槽124及帶狀線饋電126。在此說明性實例中，帶狀線饋電126係半橫向電磁發射線介質。帶狀線饋電126可能為包夾在兩個平行接地板之間的平坦金屬條帶。
主要輻射槽122位於孔隙結構120中。調諧槽124亦位於孔隙結構120中。如所描繪，主要輻射槽122及調諧槽124在孔隙結構120中形成孔隙128。
在此說明性實例中，帶狀線饋電126位於孔隙結構120中之主要輻射槽122與調諧槽124之間。如所描繪，帶狀線饋電126自孔隙結構120之中心線134偏移。
在設計天線元件118時，主要輻射槽122、調諧槽124及帶狀線饋電126中之至少一者之尺寸及位置被選擇以設定孔隙結構120之操作頻寬130。操作頻寬130係孔隙結構120可能以之發送或接收射頻信號110之頻率範圍。在另一實例中，操作頻寬130可能被描述為相對於一中心頻率之操作頻率百分比。另外，帶狀線饋電126之位置或尺寸中之至少一者被選擇以與由主要輻射 槽122及調諧槽124形成之孔隙128阻抗匹配。
在此描繪之實例中，天線元件118，連同天線元件114，自射頻信號110形成波束112。波束112呈以電子方式轉向之波束132之形式。在此描繪之實例中，以電子方式轉向之波束132之轉向係由控制器106控制。
現參看圖2，根據說明性實施例描繪孔隙結構之方塊圖之說明。圖2描繪用於圖1中之孔隙結構120之一個實施之實例。
孔隙結構120包含數個不同構件。如所描繪，孔隙結構120包含頂部區段200、側壁202及底部區段204。孔隙結構120亦包括空腔206，其由頂部區段200、側壁202及底部區段204形成。
如所描繪，頂部區段200具有具第一金屬層212之第一介電基板層210及具第二金屬層216之第二介電基板層214。用於第一介電基板層210及第二介電基板層214之基板層可能為印刷電路板(printed circuit board，PCB)。第一金屬層212及第二金屬層216由選自金屬合金、銅、鋁、銀、金中之至少一者之金屬，或由一些其他具所期望之導電性水平之材料組成。
在此實例中，主要輻射槽122形成於具第一金屬層212之第一介電基板層210中。調諧槽124形成於具第二金屬層216之第二介電基板層214中。
在此說明性實例中，側壁202係自側對向空腔206上之第三介電基板層213及第三金屬層215形成。底部區段204具有具底部金屬層220之底部介電基板層218。圖1所展示之天線系統102中之接地222係自底部金屬層220形成。
在此實例中，通孔224位於頂部區段200中。通孔224位於限定主要輻射槽122與調諧槽124周圍之周界226之部位。
通孔係可被用於提供電連接之垂直互連通路。通孔係貫穿頂部區段200中之介電基板之較小開口，其允許頂部區段200任一側上之構件之間的 導電連接。在此說明性實例中，通孔224亦作用為法拉弟籠(Faraday cage)，其係阻擋電磁場之罩殼。以此方式，外部干擾射頻信號可能被減弱或被避免加入藉由圖1中之孔隙128交換之彼等信號。
如所描繪，空腔206係射頻信號在其中被產生及發射，或被接收之空腔。以一組材料填充空腔206。空腔206中之材料組可選自空氣、泡沫體或一些其他適當材料中之至少一者。其他材料可經選擇為具有所期望之重量及介電常數。
另外，除空腔206以外，側壁202可能限定一或多個空腔。在說明性實例中，空腔206係天線空腔228，且側壁202在孔隙結構120中形成電子件空腔230。一組電子構件232與電子件空腔230相關聯。該組電子構件232係選自放大器、濾波器、移相器、時延裝置或一些其他適當類型之構件中之至少一者。電子構件232可經選擇以用於信號調節或分配。
因此，在一個說明性實例中，存在使用具有所期望之重量及性能之架構克服關於轉向自天線之波束之技術問題之一或多個技術解決方案。因此，一或多個技術解決方案可能提供一技術效果，其中天線元件具有自兩個槽形成之孔隙，其跨越不同頻率提供所期望之性能水平。一或多個技術解決方案可能提供相比於當前解決方案具所期望之重量及成本水平之寬頻天線陣列。另外，一或多個技術解決方案亦可能提供在所期望之掃描體積或視場內跨越廣泛的頻寬及多個角度掃描波束之能力。在說明性實例中，相較於目前使用之用於預期應用之更重的天線元件，可掃描波束之頻寬及角度大致相同或更大。
圖1之天線環境100、圖2中之孔隙結構120，及此等環境中之不同構件之說明不意圖暗示對可能實施說明性實施例之方式之實體或架構限制。除被說明者以外，或替代被說明者，可使用其他構件。部分構件可能為不必要的。此外，展現方塊以說明部分功能構件。當實施於說明性實施例中時，一或 多個此等方塊可能被組合、劃分，或被組合及劃分成不同方塊。
接下來參看圖3，根據說明性實施例描繪天線元件之說明。在此說明性實例中，藉由模型中之部分構件，在前瞻性視圖中展示天線元件300。
如所描繪，天線元件300係圖1中以方塊形式展示之天線元件118之實體實施之實例。在此說明性實例中，天線元件300包括孔隙結構302、頂部區段304、側壁306，及底部區段308。在此說明性實例中，側壁306，連同頂部區段304及底部區段308，限定兩個空腔，天線空腔310及電子件空腔312。
如所描繪，側壁306包括側壁314、側壁316、側壁318、側壁320，及側壁322。在此實例中，側壁306中之每一者包含介電基板層及金屬層，其並未詳細展示以避免混淆天線元件300中之其他特徵之描述。
在此實例中，側壁314、側壁316、側壁320，及側壁322，連同頂部區段304及底部區段308，限定天線空腔310。側壁314、側壁316、側壁318及側壁320，連同頂部區段304及底部區段308，限定電子件空腔312。
如所描繪，頂部區段304包含第一介電基板層326、第二介電基板層328、第一金屬層330，及第二金屬層332。第一介電基板層326係介電基板之第一層。第二介電基板層328係介電基板之第二層。
第一金屬層330位於孔隙結構302之外表面334之第一介電基板層326上。第二金屬層332被位於孔隙結構302之內表面336上之第二介電基板層328上。在此說明性實例中，第一金屬層330及第二金屬層332兩者包含銅。
在這個例子中，主要輻射槽340形成於第一介電基板層326及第一金屬層330中。調諧槽338形成於第二介電基板層328及第二金屬層332中。在此說明性實例中，主要輻射槽340相較於調諧槽338具有較小面積。如所描繪，在頂部區段304中，主要輻射槽340在調諧槽338上方。
如所描繪，帶狀線饋電342位於第一介電基板層326與第二介電 基板層328之間。帶狀線饋電342位於調諧槽338與主要輻射槽340之間。
帶狀線饋電342之位置、長度或形狀中之至少一者係用於阻抗匹配由調諧槽338及主要輻射槽340形成之孔隙344之調諧參數。調諧槽338提供用於阻抗頻寬調諧之額外機制。調諧槽338及主要輻射槽340兩者可經選擇以控制孔隙結構302之主諧振頻率。
在此說明性實例中，底部區段308包含底部介電基板層352及底部金屬層354。底部金屬層354位於孔隙結構302之內表面336上。
在此說明性實例中，通孔356位於頂部區段304中。如可見，通孔356形成周界358，其作用為在調諧槽338及主要輻射槽340周圍的法拉弟籠。法拉弟籠亦防止非所要及通常已知之平行板模式之勵磁。
如所描繪，孔隙結構302具有寬度346、長度348，及高度350。平行於饋線軸線之整體單位單元寬度係寬度346，且可經選擇以允許在平行於寬度346之垂直面上之上至60度，且跨越預期操作頻帶之無柵瓣電子掃描。若60度側視軸掃描限制被減小或增加，則寬度346可能被增加或減小。在一個說明性實例中，1.7吋寬度346允許上至約3.7GHz之60度側視軸掃描。
長度348係單位單元長度，且經選擇以允許在平行於長度348之垂直面上之上至25度，且跨越預期操作頻帶之無柵瓣電子掃描。如所描繪，若25度側視軸掃描限制被減小或增加，則長度348可能被增加或減小。在一個說明性實例中，2.2吋長度348允許上至約3.7GHz之25度側視軸掃描。在此描繪之實例中可存在18%或更大百分比頻寬。
如所描繪，用於天線空腔310之尺寸經選擇為使得干擾槽輻射器操作之非所要空腔模式不出現。亦選擇空腔高度或自槽至底部區段308上之水平接地之距離，以重導向反向輻射至向前方向以增加天線增益且提供阻抗頻寬調諧之額外機制。
介電基板層係自電路板形成，其中電路板之厚度經選擇為使得整體結構滿足機械應力需求。支撐帶狀線饋電342之電路板之厚度及介電常數亦被選擇為使得對應饋線尺寸滿足可製造性約束。
在另一說明性實施例中，可藉由輕度再調諧交換主要輻射槽340及調諧槽338之位置。此外，薄型非金屬環境塗佈可能被置於第一金屬層330頂部上。舉例而言，塗佈可用於阻止電路板中之銅之腐蝕。
如所描繪，孔隙結構302中之頂部區段304、側壁306，及底部區段308由印刷電路板組成。此等印刷電路板可被分開地製造且與其他孔隙結構一起結合於最終總成中以形成處於陣列設定之卵形箱結構，其中除天線元件300以外存在其他天線元件，且該等天線元件按一陣列排列，使得可使用以電子方式經轉向之波束交換射頻信號。用於天線之卵形箱結構係由天線元件中之互連之介電板形成，其具有通常均一之間距及矩形方格。
現參看圖4，根據一說明性實施例描繪天線元件之俯視圖之說明。在此說明性實例中，天線元件300之俯視圖在圖3中之線4-4方向上可見。
在此視圖中，孔隙344被展示為具有形成圍繞主要輻射槽340、調諧槽338及帶狀線饋電342之周界358之通孔356。通孔356可用以減小或抑止兩個接地平面之間的不良平行板模式，且將主要輻射槽340與陣列(圖中未示)中之功率分配電路及自鄰近天線元件之帶狀線饋入隔離。通孔356之直徑及密度可經選擇以使得通孔356形成提供跨越天線元件300之所欲之操作頻帶之所期望的電氣屏蔽的法拉弟籠。
現轉至圖5，根據一說明性實施例描繪天線元件之橫截面視圖之說明。如所描繪，天線元件300之此橫截面視圖係沿在圖4中之線路5-5所截取。
在此視圖中，頂部區段304與在頂部區段304及天線空腔310內之帶狀線饋電342之相對厚度係可見的。在此特定實例中，孔隙結構302之高度 350在中頻帶頻率下在自由空間中為約0.14波長。該主要空腔重導向反向輻射至向前方向以用於增加之天線增益。此類型空腔亦減小與鄰近天線元件之非所要相互耦合。
如所描繪，在必要時，取決於掃描仰角及方位角兩者，或僅取決於平行於饋線軸線之仰角平面，電子件空腔312被用於容納主動或被動電子件。可能被置於電子件空腔312中之電子件包括放大器、用於信號調節之濾波器、移相器或用於天線陣列波束轉向之時延裝置中之至少一者。
接下來轉而參考圖6，根據說明性實施例描繪用於交換射頻信號之程序中流程圖之說明。圖6中所說明之程序可使用圖1中之天線系統102實施。交換射頻信號包括發射射頻信號或接收射頻信號中之至少一者。
程序藉由產生射頻信號開始(操作600)。程序使用孔隙結構中之帶狀線饋電交換射頻信號(操作602)。程序隨後終止。孔隙結構包括主要輻射槽及調諧槽。該帶狀線饋電位於該孔隙結構中之該主要輻射槽與該調諧槽之間。
描繪之不同實施例中之流程圖及方塊圖說明說明性實施例中之設備及方法中部分可能的實施之架構、功能及操作。就此而言，流程圖或方塊圖中之各方塊可表示模組、區段、功能，或操作或步驟之一部分中之至少一者。舉例而言，一或多個方塊可能被實施為程式碼、硬體，或程式碼及硬體之組合。當實施於硬體中時，舉例而言，該硬體可能呈經製造或組態以執行流程圖或方塊圖中之一或多個操作之積體電路之形式。當被實施為程式碼及硬體之組合時，實施可能呈韌體形式。流程圖或方塊圖中之各方塊可能使用執行不同操作之特殊用途硬體系統實施，或使用特殊用途硬體及被該特殊用途硬體執行之程式碼之組合實施。
在說明性實施例之部分替代實施中，功能或方塊中指出之功能 可能不以在圖式中指出之次序出現。舉例而言，視所涉及之功能而定，在一些情況下，連續展示之兩個方塊實際上可大致上同時執行，或方塊有時可以相反次序執行。此外，除說明之方塊以外，可在流程圖或方塊圖中增加其他方塊。
本發明之說明性實施例可在如圖7中所展示之飛機製造及服務方法700及如圖8中所展示之飛機800之上下文中描述。首先轉向圖7，根據說明性實施例描繪飛機製造及服務方法在方塊圖之一說明。在預製造期間，飛機製造及服務方法700可包括圖8中之飛機800之規範及設計702，及材料採購704。
在製造期間，進行圖8中之飛機800之構件及子總成製造706及系統整合708。隨後，圖8中之飛機800可能經過鑑認及配送710以被置入使用中712。當處於由客戶在使用中712時，圖8中之飛機800經排程用於日常維護及服務714，其可包括調節、重組態、修整，及其他維護或服務。
飛機製造及服務方法700之程序中之每一者可能藉由系統整合者、第三方、操作員，其某一組合執行或實行。在此等實例中，操作員可能為客戶。出於此描述之目的，系統整合者可包括但不限於任何數目之飛機製造商及主系統小包商；第三方可包括但不限於任何數目之供應商、小包商及供應商；及操作員可能為航空公司、租賃公司、軍事實體、服務組織，等等。
現參看圖8，根據說明性實施例描繪飛機之方塊圖之說明。在此實例中，飛機800係藉由圖7中之飛機製造及服務方法700產生，且可包括具複數個系統804及內部806之機身802。系統804之實例包括一或多個推進系統808、電氣系統810、液壓系統812、環境系統814，及通信系統816。舉例而言，圖1所展示之天線系統102可能被實施於通信系統816中。圖1中之天線系統102可能被實施於其他系統中，諸如感測器、防範措施、電子戰，或飛機800中之其他類型之系統中。
在其他說明性實例中，可能包括任何數目之其他系統。儘管展 示航空界實例，但不同說明性實施例可施加至其他工業，諸如汽車工業。本文中實施之設備及方法可能在圖7中之飛機製造及服務方法700之至少一階段期間被採用。
在一個說明性實例中，在圖7中之構件及子總成製造706中生成之構件或子總成可以與在飛機800處於圖7中之在使用中712時生成之構件或子總成相似之方式構造或製造。作為又另一個實例，一或多個設備實施例、方法實施例，或其組合可在製造階段，諸如圖7中之構件及子總成製造706及系統整合708期間被採用。一或多個設備實施例、方法實施例，或其組合可在飛機800在使用中712時，在圖7中之維護及服務714期間，或其兩者時被採用。
數個不同說明性實施例之使用可能大致上加快飛機800之裝配、減小飛機800之成本，或同時加快飛機800之裝配及減小飛機800之成本。舉例而言，圖1中之天線系統102可能在飛機800裝配期間以相比於提供寬頻能力以及以電子方式轉向波束之其他類型之天線系統，減小飛機800之重量及成本的方式實施。
以此方式，說明性實例中之一或多個技術解決方案相比於目前使用之天線陣列提供輕量、低構型及較低成本之寬頻天線陣列。一或多個說明性實例可能相較於現存設計減小天線重量之70%或更多，及減小上至50%之總厚度，而不犧牲天線射頻性能。另外，一或多個說明性實例亦可能在以電子方式轉向波束時允許所期望之頻寬及掃描角度。藉由諸如印刷電路板之介電基板之使用，進行重量之節約。另外，此等印刷電路板之使用，以及用於孔隙之槽之組態，允許諸如寬頻應用之所期望的頻寬或波束可能以之以電子方式經轉向之所期望的角度中之至少一者。
已出於說明及描述目的呈現不同之說明性實施例之描述，且該描述並不意欲為詳盡的或將實施例限於所揭示之形式。不同說明性實例描述執 行動作或操作之構件。在說明性實施例中，一構件可經組態以執行所描述之動作或操作。舉例而言，該構件可具有用於結構之組態或設計，其為該構件提供執行在說明性實例中描述為由該構件執行之動作或操作之能力。
許多修改及變化將對一般熟習此項技術者顯而易見。另外，不同說明性實施例可能相比於其他期望之實施例提供不同特徵。選擇並描述被選擇之實施例以便最佳地解釋實施例之原理、實際應用，且使得其他一般熟習此項技術者能夠理解根據適合於所涵蓋之特定用途之具各種修改的各種實施例的本發明。
100‧‧‧天線環境
102‧‧‧天線系統
104‧‧‧射頻單元
106‧‧‧控制器
108‧‧‧天線
110‧‧‧射頻信號
112‧‧‧波束
114‧‧‧天線元件
116‧‧‧寬頻天線陣列
118‧‧‧天線元件
120‧‧‧孔隙結構
122‧‧‧主要輻射槽
124‧‧‧調諧槽
126‧‧‧帶狀線饋電
128‧‧‧孔隙
130‧‧‧操作頻寬
132‧‧‧以電子方式轉向之波束
134‧‧‧中心線

Claims (18)

  1. 一種天線系統(102)，其包含：一孔隙結構(120)，該孔隙結構(120)包含一空腔；在該孔隙結構(120)中之一主要輻射槽(122)；在該孔隙結構(120)中之一調諧槽(124)；及位於該孔隙結構(120)中之該主要輻射槽(122)與該調諧槽(124)之間的一帶狀線饋電(126)，其中該空腔之高度經選擇為使得反向輻射被重導向至向前方向以增加天線增益，且其中該調諧槽提供用於阻抗頻寬調諧之機制。
  2. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中該帶狀線饋電(126)自該孔隙結構(120)之一中心線(134)偏移。
  3. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中該孔隙結構(120)包含：具有具一第一金屬層(212)之一第一介電基板層(210)及具一第二金屬層(216)之一第二介電基板層(214)之一頂部區段(200)，其中該主要輻射槽(122)形成於具該第一金屬層(212)之該第一介電基板層(210)中，且其中該調諧槽(124)形成於具該第二金屬層(216)之該第二介電基板層(214)中；包含一第三介電基板層(213)及一第三金屬層(215)之側壁(202)；及一底部區段(204)，其具有具用於該天線系統(102)中之一接地的一底部金屬層(220)之一底部介電基板層(218)，其中該頂部區段(200)、該等側壁(202)及該底部區段(204)在該孔隙結構(120)中形成該空腔。
  4. 如請求項3所述之天線系統(102)，其進一步包含： 在該頂部區段(200)中之通孔(224)，其中該通孔(224)在該主要輻射槽(122)及該調諧槽(124)周圍限定一周界(226)。
  5. 如請求項3所述之天線系統(102)，其中該空腔(206)係一天線空腔(228)，且其中該等側壁(202)在該孔隙結構(120)中形成一電子件空腔(230)。
  6. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中至少選擇該主要輻射槽(122)、該調諧槽(124)及該帶狀線饋電(126)之尺寸及位置以用於設定該孔隙結構(120)之一操作頻寬。
  7. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中選擇該帶狀線饋電(126)之一位置或尺寸中之至少一者以與由該主要輻射槽(122)及該調諧槽(124)形成之一孔隙阻抗匹配。
  8. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中該孔隙結構(120)包含自印刷電路板形成之一頂部區段(200)、側壁(202)及一底部區段(204)。
  9. 如請求項3所述之天線系統(102)，其中該頂部區段(200)、該等側壁(202)及該底部區段(204)包含印刷電路板，該等印刷電路板被分開地製造且與其他孔隙結構一起結合在一最終總成中，以形成處於一陣列設定之卵形箱結構。
  10. 如請求項1所述之天線系統(102)，其中該孔隙結構(120)、該主要輻射槽(122)、該調諧槽(124)及該帶狀線饋電(126)在形成一以電子方式轉向之波束的一寬頻帶天線陣列中形成一天線元件(118)。
  11. 一種天線系統(102)，其包含：一頂部區段(200)，其具有具一第一金屬層(212)之一第一介電基板層 (210)及一第二介電基板層(214)，其中一主要輻射槽(122)形成於具該第一金屬層(212)之該第一介電基板層(210)中，且一調諧槽(124)形成於具一第二金屬層(216)之該第二介電基板層(214)中；包含一第三介電基板層(213)及一第三金屬層(215)之側壁(202)；一底部區段(204)，其具有具用於該天線系統(102)中之一接地(222)的一底部金屬層(220)之一底部介電基板層(218)，其中該頂部區段(200)、該等側壁(202)及該底部區段(204)在一孔隙結構(120)中形成一天線空腔(228)；在該頂部區段(200)中之該主要輻射槽(122)；在該頂部區段(200)中之該調諧槽(124)；及位於該頂部區段(200)中之該主要輻射槽(122)與該調諧槽(124)之間的一帶狀線饋電(126)，其自該頂部區段(200)中之一中心線(134)偏移，其中該頂部區段(200)、該等側壁(202)及該底部區段(204)形成該孔隙結構(120)，其中該天線空腔之高度經選擇為使得反向輻射被重導向至向前方向以增加天線增益，且其中該調諧槽提供用於阻抗頻寬調諧之機制。
  12. 如請求項11所述之天線系統(102)，其進一步包含：由該孔隙結構(120)中之該等側壁(202)形成之一電子件空腔(230)。
  13. 如請求項12所述之天線系統(102)，其進一步包含：在該電子件空腔(230)中之一組電子構件(232)，其中該組電子構件(232)係選自一放大器、一濾波器、一移相器或一時延裝置中之至少一者。
  14. 如請求項11所述之天線系統(102)，其進一步包含：在該頂部區段(200)中之通孔(224)，其中該通孔(224)在該主要輻射槽(122)及該調諧槽(124)周圍限定一周界(226)。
  15. 如請求項11所述之天線系統(102)，其中該頂部區段(200)、該等側壁(202)及該底部區段(204)包含印刷電路板，該等印刷電路板被分開地製造且與其他孔隙結構一起結合在一最終總成中，以形成處於一陣列設定之卵形箱結構。
  16. 一種用於交換射頻信號之方法，其包含：使用一孔隙結構(120)中之一帶狀線饋電(126)交換該等射頻信號，其中該孔隙結構(120)包括一空腔、一主要輻射槽(122)及一調諧槽(124)，其中該帶狀線饋電(126)位於該孔隙結構(120)中之該主要輻射槽(122)與該調諧槽(124)之間，其中該空腔之高度經選擇為使得反向輻射被重導向至向前方向以增加天線增益，且其中該調諧槽提供用於阻抗頻寬調諧之機制。
  17. 如請求項16所述之方法，其進一步包含：交換來自與該孔隙結構(120)呈一陣列排列之其他孔隙結構之該等射頻信號以形成一波束。
  18. 如請求項17所述之方法，其進一步包含：以電子方式轉向該波束。
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