[发明专利]天线阵列系统以及电流板阵列波长缩放天线孔径

说明书

在一个方面，本发明公开的发明构思涉及采用电流板阵列(CSA)波长缩放孔径的天线阵列系统。CSA波长缩放孔径可以包括与第一工作频带相关联的第一频率区域和与第二工作频带相关联的第二频率区域。第一工作频带可以包括具有被缩放以支持第一工作频带的相应多个第一单位单元的一个或多个电流板子阵列。第二工作频带可以包括具有被缩放以支持第二工作频带的相应多个第二单位单元的一个或多个电流板子阵列。CSA波长缩放孔径可以包括一个或多个电容器，每个电容器耦合到第一频率区域的相应第一单位单元和第二频率区域的相应第二单位单元。

背景技术

有源电子扫描阵列(AESA)系统在工作频率的相应超宽带(UWBs)上提供可靠的性能。AESA系统常用在通信系统、军事和气象雷达系统、电子情报系统，或生物或医学微波成像系统中。AESA系统经由相应的发射/接收模块(TRMs)组，利用可操作的辐射元件(或天线元件)阵列。通过独立地转向其每个天线元件，AESA系统通过与多个天线元件相关联信号的构造性累积来提供相对高的接收/传输性能。另外，由于同时使用并独立地转向相应的多个天线元件的固有能力，AESA系统内的一个或几个天线元件的单个故障对AESA系统整体的操作几乎没有影响。而且，由于它们在相应UWB内从一个操作频率跳到另一个操作频率的能力，AESA系统难以干扰。

然而，现有的ESA系统受到各种限制。例如，许多AESA系统的特征在于具有厚的孔径。例如，在典型的Vivaldi孔径中，天线元件的长度大约是在最高支持频率的波长的四倍。这种厚度对在部署平台上安装Vivaldi AESA系统所需的空间施加了约束。另外，在构建许多AESA孔径中所采用的印刷电路板(PCB)技术对可实现的最大瞬时带宽(IBW)施加了限制。而且，现有的AESA孔径拓扑可能不能提供足够的拓扑灵活性，以符合弯曲的部署平台表面。特别地，大多数现有的AESA孔径具有平面构造。此外，大多数现有的AESA孔径结构不容易扩展。这种扩展性上的缺陷增加了构造大型AESA孔径的复杂性和成本。

现有AESA系统的局限性可能阻碍在需要比现有AESA系统支持的典型UWB更宽频带的，或需要大的和/或非平面孔径的，新的通信、军事或传感系统中扩展AESA系统的使用的可能性。克服这种限制将支持这样的新系统，并且可以允许降低成本的AESA孔径。

发明内容

在一个方面，本发明公开的发明构思涉及包括高频子阵列的天线阵列系统，该高频子阵列包括被缩放以支持具有相应最大工作频率f1的第一工作频带的多个第一单位单元。第一工作频带表示天线阵列系统的全工作频带。天线阵列系统还可以包括围绕高频子阵列布置的多个中频子阵列。每个中频子阵列可以包括被缩放以支持具有小于f1的相应最大工作频率f2的第二工作频率的多个第二单位单元。天线阵列系统还可以包括一个或多个第一电容器，每个第一电容器耦合到高频子阵列的相应第一单位单元和多个中频子阵列的相应第二单位单元。天线阵列系统还可以包括围绕多个中频子阵列布置的多个低频子阵列。每个低频子阵列可以包括被缩放以支持具有小于f2的相应最高频率f3的第三工作频率的多个第三单位单元。天线阵列系统还可以包括一个或多个第二电容器，每个第二电容器耦合到多个中频子阵列中的相应第二单位单元和多个低频子阵列中的相应第三单位单元。天线阵列系统还可以包括处理器，用于控制与多个第一单位单元、多个第二单位单元和多个第三单位单元相关联的操作参数。

在一些实施例中，天线阵列系统还可以包括多个发射/接收模块(TRMs)。每个TRM可以与相应第一单位单元、相应第二单位单元或相应第三单位单元相关联。在一些实施例中，天线阵列系统还可以包括多个时间延迟单元，其中每个时间延迟单元可以与相应第一单位单元、相应第二单位单元或相应第三单位单元相关联。在一些实施例中，高频子阵列、多个中频子阵列中的每一个以及多个低频子阵列中的每一个可以与单独的印刷电路板(PCB)相关联。在一些实施例中，处理器可以被配置为激活高频子阵列、多个中频子阵列和多个低频子阵列中的至少一个，用于接收或发送无线电信号。