天線解耦裝置,尤其是安裝在航空器上的貼片天線的制作方法
【專利說明】天線解耦裝置，尤其是安裝在航空器上的貼片天線發明領域
[0001]本發明涉及天線的一般領域。本發明更具體地涉及位置靠近的天線之間的解耦問題。本發明尤其但非排他性地適用于安裝在航空器的機身上的貼片天線的解耦。
[0002]發明背景-現有技術
[0003]安裝在航空器上的某些電磁系統如無線電測高儀系統，由通常在相同頻帶下運行的兩個天線即發射天線和接收天線組成。因此為了避免這兩個天線之間的直接耦合，該耦合非常顯著地干擾了該系統的運行，人們試圖優化這些天線的各自的布局。人們因而試圖盡可能遠離地放置兩個天線以便限制該耦合，而同時保持與整體運行以及安裝約束條件(機械約束條件、電纜的長度和路線、可獲得性等)相兼容的距離。
[0004]因此，例如，在安裝在航空器上的無線電測高儀的具體情況下，現行的標準要求兩個天線間隔開最少距離約70cm。
[0005]然而，除了這樣的分離約束條件在航空器的情況下是難以滿足的這一事實外，考慮到在航空器上的天線數，在機身上可獲得的空間在本質上是有限的，對于給定航空器而言，在某些條件下的應用中，該空間可能顯示出不足以確保對于測高儀的正確運行所必需的解親。
[0006]現在，增加該距離通常證明是復雜的，特別是在由此造成的天線位置的改變必須在已經服役的航空器上實現的情況下，對該航空器而言通常未考慮到必須改變某些設備項目如天線的位置的可能性。
[0007]在航空電磁設備領域中，最常用來避免耦合發生的影響的解決方案，在某些特別情況下，是提供系統的冗余。通過比較由每個系統給出的測量來檢測可能由于假耦合(spur1us coupling)而出現的測量誤差。這樣的解決方案使得制造商增加了安裝在航空器上的設備數量并因此顯著增加了后者的重量，然而目前的趨勢是嘗試減輕航空器的重量，以便特別是降低它們的燃料消耗。這也導致安置和維護成本的增加。
[0008]用于增強位置靠近并在相同頻帶下運行的兩個天線之間的解耦的已知解決方案是，在兩個天線之間插入在所考慮的頻帶中展示出高阻抗的裝置。
[0009]特別是在貼片型天線的情況下，高阻抗裝置采取具有小厚度的、由介電基片組成的平面元件的形式，該介電基片在一面上配置由導電材料制成的貼片，而另一面由充當接地平面的導電平面覆蓋。貼片的尺寸和形狀以及它們的布置主要取決于頻率和所希望的解親。這樣的元件通常被描述為基于超表面(metasurface)或超材料(metamaterial)的結構。
[0010]一般而言，對于包括在相同頻帶下運行的兩個天線的給定系統，當所擔心的是天線之間的直接耦合的問題時，已知的是開發一種同時將天線與推測有利于它們解耦的高阻抗表面組合在一起的結構。例如，構成天線的貼片和在這兩個貼片之間形成高阻抗表面的貼片的布置是在同一操作下、在同一基片上制備的。如此獲得了具有印刷電路的形式并包含輻射元件和解耦裝置的緊湊系統。
[0011]然而，可以在事后通過在單獨的印刷電路上制備高阻抗裝置和通過將該電路布置在構成天線的兩個印刷電路之間來開發兩個貼片天線的解耦。
[0012]關于改進在航空器機身的外表面上配置的貼片天線的解耦，人們被引導嘗試使用以上描述的解決方案，即在耦合區中，在兩個天線之間插入構成高阻抗表面的印刷電路。
[0013]然而，使用該類裝置例如目前制備的這些，帶來了顯著的技術問題。
[0014]實際上，目前開發的裝置具有相對剛性的結構，這非常不利于它們在展示出曲線的表面例如航空器機身的外表面上的安裝，該裝置表面幾乎不符合其被放上的表面的輪廓，尤其是當該裝置展示出很大的表面積時。
[0015]相應地，即使用來制備構成高阻抗結構的印刷電路的基片展示出一些彈性，但后者是有限的，并且維持該裝置表面與機身表面緊密接觸要求使用強大的固定機構，該固定機構是在高阻抗裝置的各個點處，通常在所述裝置的周邊處配置的并且其通常需要對于該結構本身的干預。
[0016]另外，當該裝置表面或多或少不完全地符合機身表面時，在機身表面上配置這樣的裝置產生了不利的空氣動力學干擾，即使該裝置的厚度相當小。
【發明內容】
[0017]本發明的目的在于提出一種簡單的裝置，該裝置能夠改進天線之間的解耦，特別是對于使用在相同頻帶下運行的幾個貼片天線的無線電設備。
[0018]本發明的另一個目的是提出一種裝置，該裝置生產簡單并能夠用于使新航空器配備適度解耦的天線以及用簡單的方式完成已經服役的航空器的升級以便改進已經安裝在機身上的天線的解耦。
[0019]換言之，本發明的一個目的是針對在未必是平面的載體結構例如航空器機身的表面上彼此鄰近放置的兩個天線之間可能存在的耦合問題，提出一種既有效又易實施的解決方案，該解決方案可以在相關設備的安裝過程中應用在有問題的結構上，或者可以應用于意圖改進該設備的維護操作過程中。
[0020]為了該目的，本發明的主題是高阻抗無源裝置，該裝置尤其可以實現設置在載體結構的表面上的、至少部分地在共同頻帶下運行的兩個天線之間的無線電解耦。根據本發明，該裝置包括基片，該基片由給定厚度e的柔性介電材料層組成，在該介電材料層的表面上配置有展示出給定幾何形狀和給定配置的導電材料制成的貼片以及用于在該結構表面上以這樣的方式確保其固定在結構表面上的地平面(ground plane)的機構，以使由貼片形成的層與該結構的表面被基片的厚度分開；基片的厚度e作為貼片的幾何形狀、數目和配置以及在該裝置上施加的空氣動力學限制的函數來確定，后者展示出的阻抗在所考慮的頻帶中產生期望的解耦。
[0021]在一種具體的實施方式中，本發明的裝置包括:
[0022]-形成地平面的給定厚度和給定表面積的導電材料薄片；
[0023]-由導電材料制成的多個貼片，所述多個貼片是間隔開的，并以距所述導電材料薄片給定的距離放置在與所述導電材料薄片相對的平面上；
[0024]-配置在導電材料薄片和貼片之間的給定厚度的介電材料基片，在貼片與所述貼片對面的導電材料薄片的表面之間的介電材料的厚度e使得這些貼片保持在關于所述薄片的期望的距離上；
[0025]-用于確保該裝置固定到該結構表面的機構，所述固定是使導電薄片的面與所述表面相對來進行的。
[0026]在考慮到外部限制的同時，確定基片的厚度e以及貼片的幾何形狀、數量和配置，以便獲得所期望的解耦值。
[0027]于是，本發明的裝置包括整合到其自身結構中的地平面并借助該地平面將其固定到載體結構的表面。
[0028]在另一個【具體實施方式】中，其上固定本發明裝置的地平面由該結構自身所構成。
[0029]根據多個變形的實施方式，本發明的裝置可以展示出可任選地組合的以下特性。
[0030]因此，根據本發明裝置的一個實施方式，基片的介電材料是彈性體類型的柔性材料，該柔性材料能夠適應其上安裝該裝置的結構的表面形狀。
[0031 ] 根據一個具體特性，所用的介電材料是聚氯丁烯。
[0032]根據本發明的裝置的另一個實施方式，貼片是通過導體或通路(Vias)電連接到所述導電材料薄片的。
[0033]根據另一個實施方式，用于確保該裝置固定到該結構表面的機構由粘合材料層組成，所述粘合材料層配置在導電薄片面向所述載體結構的表面的面上或者配置在該裝置預期固定到該同一表面的那個面上。
[0034]根據另一個實施方式，以這樣的方式限定形成基片的材料的電容率、分開所述導電薄片的貼片的基片厚度e以及貼片的尺寸和它們的布置，以使該裝置在所考慮的頻帶中展示出所希望的阻抗，并且其厚度小得足以將該裝置的安裝對于該結構的空氣動力學特性的影響限制到最小限度。
[0035]根據另一個實施方式，基片層覆蓋了貼片的平面，以確保對該裝置的自由表面，換言之，攜帶貼片的面的機械和/或化學保護，和特別對于侵蝕的防護。
[0036]根據另一個實施方式，該裝置的外表面被純介電涂層覆蓋。
【附圖說明】
[0037]借助由附圖支持的以下描述將更好地領會本發明的特征和優點，所述附圖為:
[0038]-圖1，從其外面觀察到的本發明裝置的第一個實施方式的圖示；
[0039]-圖2，圖1的實施方式中本發明裝置在A-A截面的圖示；
[0040]-圖3，本發明裝置在航空器上的示例性應用的圖示；
[0041]-圖4，在第二個實施方式中本發明裝置在A-A截面的剖視圖；
[0042]-圖5，在第三個實施方式中本發明裝置在A-A截面的剖視圖。
[0043]詳沭
[0044]在以下描述中，借助非限制性實施例來展示本發明的【具體實施方式】，所述【具體實施方式】非常適合于制備預期用于限制放在航空器外壁上的兩個天線之間的耦合的裝置。然而，非常明顯的是由于其實施的簡單，這樣的裝置可以用來改進放在任何的壁上，交通工具的外壁或固定結構的壁上的天線的解耦，即使存在對于這樣的設備尤其是就空氣動力學而言較低程度的要求。
[0045]在圖1和2所示的第一個實施方式中，當本發明的裝置放在平面上時，其采取扁平元件11的形式，該扁平元件11展示出形成地平面的導電面12，在導電面12之上放置導電貼片13。根據優選的規則布置，這些貼片13優選地布置在同一平面上，例如圖1所示的矩陣布置。導電面與其上設置貼片的平面之間的空間被嵌入介電基片15。
[0046]根據本實施方式的具體形式，導電貼片13借助連接鏈接或通道14來連接到導電面12。供選擇地，導電貼片13可以與導電面12絕緣。根據所考慮的形式，導電面與貼片平面之間的距離當然是不同的。
[0047]另外，以這樣的方式確定貼片13的尺寸和安裝間隔以及將貼片的表面與導電面12分開的基片的厚度，以使如此形成的結構展示出針對所考慮的頻帶的高阻抗，該頻帶對應于期望加強解耦的天線17和18的運行頻帶。
[0048]根據本發明，這些參數的確定可以以任意無論什么的已知方式進行，例如借助無線電電路設計軟件。
[0049]在針對放在航空器壁的外表面上的天線的解耦來應用該裝置的情況下，該情況對應于本文所述的實施例，但是盡可能小地選擇厚度e，從而不會通過將該裝置在該壁上放置就位而產生空氣動力學湍流。
[0050]有利地，用來制備本發明高阻抗裝置的基片由柔性材料構成，該柔性材料特別是因其介電和機械特性(彈性、耐侵蝕性等)而選擇的彈性體材料，例如聚氯丁烯。隨后，本發明裝置的制備是通過整合在基片15—個面上的導電貼片13如