Конструкционная антенная решетка и способ ее изготовления

Изобретение относится к антенной технике. Конструкционная антенная решетка содержит центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также содержит антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций; слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами; первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки; и вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки. Технический результат заключается в упрощении изготовления антенной решетки. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 24 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение в целом относится к антенным системам, в частности, к широкополосной антенной решетке, которая может быть использована в качестве конструктивной несущей части мобильной платформы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Множество мобильных платформ, таких как воздушный летательный аппарат, космический летательный аппарат, наземное транспортное средство или водное транспортное средство, часто требуют использования антенной системы для передачи и приема электромагнитных волновых сигналов. Антенную систему часто выполняют в виде решетки антенных элементов, расположенных с образованием решетчатой конфигурации. Различные компоненты, на которых устанавливают антенные элементы, приводят к нежелательному утяжелению мобильной платформы. Размещение антенных решеток на внешней части мобильной платформы может привести к ухудшению аэродинамического качества. Затраты на производство антенных решеток могут быть значительными вследствие стоимости материалов, затрат времени, производственных операций, а также дополнительной инструментальной оснастки, необходимой для крепления. Такие недостатки производственного процесса и конструкции могут ограничивать рабочий объем антенной решетки, что может ограничивать эффективную площадь антенны и оказывать влияние на рабочие характеристики антенной системы.

[003] Соответственно, специалисты в данной области техники продолжают научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области антенных решеток.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] Раскрытая в одном примере конструкционная антенная решетка может включать в себя центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также включает в себя антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций, слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами, первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки, и вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки.

[005] Раскрытая в другом примере мобильная платформа может включать в себя конструктивный элемент и конструкционную антенную решетку, соединенную с конструктивным элементом и образующую его часть, при этом конструкционная антенная решетка включает в себя центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также включает в себя антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций, слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами, первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки, и вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки.

[006] Еще в одном примере раскрытый способ изготовления конструкционной антенной решетки может включать следующие этапы:

(1) выполнение центральной части, содержащей пересекающиеся стеночные секции, при этом стеночные секции включают в себя антенные элементы, выполненные на первой поверхности, возбуждающие элементы, выполненные на противоположной второй поверхности, и контактные штырьки, соединенные с возбуждающими элементами и антенными элементами,

(2) соединение рамки вокруг центральной части,

(3) размещение слоя распределительной подложки на центральной части, при этом слой распределительной подложки содержит множество переходных отверстий,

(4) соединение контактных штырьков с переходными отверстиями для механического соединения стеночных секций со слоем распределительной подложки,

(5) припаивание контактных штырьков к переходным отверстиям для электрического соединения возбуждающих элементов и антенных элементов со слоем распределительной подложки,

(6) соединение радиочастотных разъемов со слоем распределительной подложки для электрического соединения возбуждающих элементов и антенных элементов с указанными радиочастотными разъемами,

(7) размещение первой оболочки на центральной части напротив слоя распределительной подложки,

(8) размещение второй оболочки на слое распределительной подложки напротив первой оболочки, и

(9) отверждение центральной части, слоя распределительной подложки, первой оболочки и второй оболочки.

[007] Другие примеры раскрытых устройств и способов станут понятными из последующего раздела "Осуществление изобретения", сопроводительных фигур чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] На ФИГ. 1 схематически показан перспективный вид сверху одного примера раскрытой конструкционной антенной решетки;

[009] На ФИГ. 2 схематически показан перспективный вид снизу конструкционной антенной решетки по ФИГ. 1;

[0010] На ФИГ. 3 схематически показан перспективный вид одного примера центральной части конструкционной антенной решетки;

[0011] На ФИГ. 4 схематически показан перспективный вид первой стороны слоя подложки, образованного с использованием множества антенных элементов;

[0012] На ФИГ. 5 схематически показан перспективный вид второй стороны слоя подложки по ФИГ. 4, образованного с использованием множества возбуждающих элементов;

[0013] На ФИГ. 6 схематически показан перспективный вид слоя подложки по ФИГ. 4, иллюстрирующий щелевые отверстия стенки, выполненные для обеспечения возможности последующей сборки стеночных секций и их соединения между собой с образованием центральной части по ФИГ. 3;

[0014] На ФИГ. 7 схематически показан перспективный вид слоя подложки по ФИГ. 6, разрезанного на множество стеночных секций, которые будут использоваться для образования центральной части;

[0015] На ФИГ. 8А схематически показан перспективный вид одного примера стеночной секции, имеющей контактные штырьки, выполненные на одной кромке на крайнем конце каждого возбуждающего элемента;

[0016] На ФИГ. 8B схематически показан вид сбоку одного примера стеночной секции, иллюстрирующий первую поверхность, имеющую антенные элементы;

[0017] На ФИГ. 8C схематически показан вид сбоку одного примера стеночной секции, иллюстрирующий вторую поверхность, имеющую возбуждающие элементы;

[0018] На ФИГ. 9 схематически показан вид в разрезе одного примера конструкционной антенной решетки;

[0019] На ФИГ. 10 схематически показан увеличенный вид в разрезе части конструкционной антенной решетки по ФИГ. 9;

[0020] На ФИГ. 11 схематически показан перспективный вид одного примера второй оболочки конструкционной антенной решетки;

[0021] На ФИГ. 12 схематически показан перспективный вид одного примера места соединения или стыкования смежных стеночных секций, образующих центральную часть;

[0022] На ФИГ. 13 показана блок-схема одного примера раскрытого способа изготовления конструкционной антенной решетки;

[0023] На ФИГ. 14 схематически показан перспективный вид одного примера центральной части, частично выполненной на первом опорном элементе и опорных пластинах инструментальной оснастки;

[0024] На ФИГ. 15 схематически показан перспективный вид центральной части, полностью выполненной на инструментальной оснастке;

[0025] На ФИГ. 16 схематически показан перспективный вид одного примера рамки, соединенной вокруг центральной части;

[0026] На ФИГ. 17 схематически показан перспективный вид одного примера слоя распределительной подложки, размещенной на центральной части;

[0027] На ФИГ. 18 схематически показан перспективный вид одного примера второго опорного элемента инструментальной оснастки, используемого для зажатия и поворота конструкционной антенной решетки;

[0028] На ФИГ. 19 схематически показан перспективный вид повернутых центральной части, рамки и слоя распределительной подложки с удаленным первым опорным элементом;

[0029] На ФИГ. 20 схематически показан перспективный вид одного примера первой оболочки, размещенной на центральной части;

[0030] На ФИГ. 21 схематически показан перспективный вид одного примера конструкционной антенной решетки, встроенной в конструктивный элемент мобильной платформы;

[0031] На ФИГ. 22 показана схема последовательности операций способа изготовления и обслуживания летательного аппарата;

[0032] На ФИГ. 23 схематически показана иллюстрация летательного аппарата; и

[0033] На ФИГ. 24 схематически показан перспективный вид одного примера второй оболочки, размещенной на слое распределительной подложки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0034] Последующий раздел "Осуществление изобретения" относится к сопроводительным чертежам, которые иллюстрируют конкретные примеры реализации раскрытия. Другие примеры, имеющие различные структуры и операции, не выходят за пределы объема настоящего раскрытия. Одинаковые ссылочные позиции могут относиться к одному и тому же элементу или компоненту на разных чертежах.

[0035] На ФИГ. 13 и 22, упомянутых выше, блоки могут представлять операции и/или их этапы, а линии, соединяющие различные блоки, не предписывают какой-либо конкретной последовательности или зависимости выполнения указанных операций или их этапов. Блоки, показанные пунктирными линиями, обозначают альтернативные операции и/или их этапы. Пунктирные линии, если таковые имеются, соединяющие различные блоки, представляют альтернативные зависимости операций или их этапов. Следует понимать, что не все зависимости из раскрытых операций обязательно представлены. Представленные на ФИГ. 13 и 22 и в сопровождающем их описании операции способа (способов) не должны быть истолкованы как предписывающие обязательную заданную последовательность их выполнения. Наоборот, хотя проиллюстрирован один пример последовательности, следует понимать, что при необходимости она может быть изменена. Соответственно, определенные операции могут быть выполнены в иной последовательности или одновременно. Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что не все операции, описанные в настоящем документе, необходимо выполнить.

[0036] Если не указано иное, термины "первый", "второй" и т.д. используются в настоящем документе лишь в качестве обозначений и не предназначены для определения порядковых, позиционных или иерархических требований к элементам, к которым эти термины относятся. Кроме того, ссылка на "второй" элемент не требует или не исключает существования элемента, имеющего меньший порядковый номер (например, "первого" элемента) и/или элемента, имеющего больший порядковый номер (например, "третьего" элемента).

[0037] При использовании в настоящем документе выражение "по меньшей мере одно из следующего", употребляемое со списком объектов, означает, что могут быть использованы различные комбинации из одного или большего количества приведенных в списке объектов и только один из объектов, указанных в списке, может быть необходим. Объект может представлять собой конкретный объект, вещь или категорию. Иными словами, "по меньшей мере одно из следующего" означает, что любое сочетание объектов и их количество из этого списка может быть использовано, но не все из объектов списка являются обязательными. Например, "по меньшей мере один объект из объектов A, B и C" может означать, объект A; объект A и объект B; объект B; объект A, объект В и объект С или объект В и объект С. В некоторых случаях "по меньшей мере один объект из объектов А, В и С" может означать, например и без ограничения, два объекта А, один объект В и десять объектов С; четыре объекта В и семь объектов С или какую-либо другую подходящую комбинацию.

[0038] В настоящем раскрытии может быть сделана ссылка на пространственные соотношения между различными компонентами и на пространственную ориентацию различных видов компонентов, показанных в качестве примеров на приложенных фигурах чертежей. Однако, как будет понятно специалистам в данной области техники после полного прочтения настоящего раскрытия, примеры, описанные в настоящем документе, могут быть размещены в любой ориентации. Таким образом, использование таких выражений, как "сверху", "снизу", "спереди", "сзади", "выше", "ниже", "верхний", "нижний", или других подобных терминов для описания пространственных соотношений между различными компонентами или пространственной ориентации видов примеров, описанных в настоящем документе, следует понимать как описания соотношений между компонентами или пространственной ориентации видов таких примеров, соответственно, однако примеры, описанные здесь, могут быть ориентированы в любом направлении.

[0039] Ссылка в настоящем документе на "пример", "один пример", "еще один пример" или сходные выражения означают, что одно или более из следующего: признак, конструкция, элемент, компонент или характеристика, описанные в связи примером, включены по меньшей мере в один вариант реализации или осуществления. Таким образом, выражения "в одном примере", "в качестве одного примера" и аналогичные выражения в настоящем описании могут, но не обязательно, относится к одному и тому же примеру. Кроме того, объект изобретения, характеризующий любой из примеров, может, но не обязательно, включать в себя объект изобретения, характеризующий любой другой пример.

[0040] Ниже представлены иллюстративные, неисключительные примеры объекта изобретения согласно настоящему раскрытию, которые могут, но не обязательно, быть заявлены.

[0041] На ФИГ. 1 и 2 раскрыт один вариант реализации конструкционной антенной решетки 100. Конструкционная антенная решетка 100 образует несущий конструктивный элемент, который легко может быть встроен в конструктивные части мобильной платформы (например, транспортного средства, такого как воздушное транспортное средство, водное транспортное средство, наземное транспортное средство и т.д.) без нежелательного изменения общей прочности этой конструктивной части. Кроме того, конструкционная антенная решетка 100 позволяет не утяжелять значительно обычный конструктивный элемент, который не обладает возможностями антенны.

[0042] В целом, конструкционная антенная решетка 100 образует апертуру антенны или эффективную площадь антенны, ориентированную перпендикулярно к направлению входящих радиоволн и выполненную с возможностью приема радиоволн. Конструкционная антенная решетка 100 имеет первое (например, продольное) измерение (называемое в настоящем документе длиной L1) и второе (например, поперечное) измерение (называемое в настоящем документе шириной W1) (ФИГ. 1). В целом, конструкционная антенная решетка 100 может быть выполнена имеющей любые соответствующие размеры, основанные на конкретном применении. В качестве одного конкретного неограничивающего примера, конструкционная антенная решетка 100 может иметь длину L1 приблизительно 74 дюйма (188 см) и ширину W1 приблизительно 14 дюймов (36 см).

[0043] Конструкционная антенная решетка 100 включает в себя стеночные секции 102 (например, множество стеночных секций 102), соединенные между собой с образованием центральной части 104. В качестве одного примера, центральная часть 104 может быть сотовой центральной частью или решетчатой центральной частью, образованной приблизительно параллельными (например, продольными) рядами 106 стеночных секций 102, соединенных перпендикулярно с приблизительно параллельными (например, поперечными) колонками 108 стеночных секций 102. В одном конкретном неограничивающем примере конструкционной антенной решетки 100, имеющей размеры 74 дюйма (188 см) на 14 дюймов (36 см), центральная часть 104 конструкционной антенной решетки 100 может включать в себя десять рядов 106 продольно проходящих стеночных секций 102 и шестьдесят одну колонку 108 поперечно проходящих стеночных секций 102. Рассматривается также другое количество стеночных секций 102 (например, рядов 106 и/или колонок 108).

[0044] Хотя примеры по ФИГ. 1 и 3 иллюстрируют X-Y решетчатую конфигурацию стеночных секций 102, образующих центральную часть 104, имеющую отверстия приблизительно квадратной формы (например, квадратные антенные ячейки 128), другие решетчатые конфигурации также могут быть рассмотрены. Например, сотовая или решетчатая центральная часть 104, имеющая шестиугольные отверстия (например, шестиугольные антенные ячейки 128), также может быть образована соединенными между собой стеночными секциями 102. По существу, приблизительно перпендикулярная компоновка стеночных секций 102, которые образуют центральную часть 104 конструкционной антенной решетки 100, предназначена для показа одной реализации решетчатой компоновки стеночных секций 102 и/или антенных элементов 110 и возбуждающих элементов 126 (ФИГ. 3-5). Выбранный тип решетчатой компоновки и общий размер конструкционной антенной решетки 100 может зависеть от конкретного применения конструкционной антенной решетки 100.

[0045] Как показано на ФИГ. 9 и со ссылкой на ФИГ. 1 и 2, конструкционная антенная решетка 100 включает в себя рамку 112. Рамка 112 размещена вокруг центральной части 104 и поддерживает ее. В качестве одного примера, центральная часть 104 размещена между противоположными (например, верхней и нижней, передней и задней и т.д.) полками 118 рамки 112. Рамка 112 придает жесткость центральной части 104 и поддерживает надлежащее выравнивание стеночных секций 102 (например, перпендикулярное выравнивание) и надлежащую форму (например, прямоугольность) центральной части 104 и/или антенных ячеек 128. Рамка 112 также обеспечивает образование мест крепления для прикрепления конструкционной антенной решетки 100 к конструктивной части мобильной платформы.

[0046] Конструкционная антенная решетка 100 включает в себя первую (например, переднюю) оболочку 114 (ФИГ. 1) и вторую (например, заднюю) оболочку 116 (ФИГ. 2). Первая оболочка 114 (часть которой на ФИГ. 1 отрезана, чтобы лучше проиллюстрировать решетчатую конфигурацию стеночных секций 102, образующих центральную часть 104) и вторая оболочка 116 соединены с центральной частью 104 (и слоем 190 распределительной подложки) (не показано на ФИГ. 1 и 2) с образованием сэндвичевой конструкции. Таким образом, конструкционная антенная решетка 100 включает в себя многослойную конструкцию, образованную второй оболочкой 116, центральной частью 104, слоем 190 распределительной подложки (ФИГ. 9 и 10) и первой оболочкой 114.

[0047] Конструкционная антенная решетка 100 может обеспечивать достаточную конструкционную прочность, чтобы иметь возможность заменить несущую конструкцию или конструктивный элемент. В качестве одного примера, при использовании для мобильной платформы конструкционная антенная решетка 100 может быть использована в качестве основного конструктивного компонента в воздушном летательном аппарате, космическом летательном аппарате, винтокрылом летательном аппарате или т.п.Другие возможные области применения могут включать в себя использование в качестве основного конструктивного компонента в водных или наземных транспортных средствах. Поскольку конструкционная антенная решетка 100 может быть встроена в конструкцию мобильной платформы, она не может негативно повлиять на аэродинамику мобильной платформы в такой степени, в которой повлияет антенна или антенная решетка, которую необходимо устанавливать на внешней поверхности высокоскоростной мобильной платформы, обладающей в противном случае хорошей аэродинамикой.

[0048] Как показано на ФИГ. 3 и со ссылкой на ФИГ. 1, 4 и 5, каждая из стеночных секций 102 (также называемая в настоящем документе стеночной секцией 102) включает в себя антенные элементы 110 (например, множество антенных элементов 110) (ФИГ. 4) и возбуждающие элементы 126 (например, множество возбуждающих элементов 126) (ФИГ. 5). Антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126 встроены, интегрированы, закреплены или выполнены иным образом на противоположных поверхностях стеночных секций 102. Соответственно, конструкционная антенная решетка 100 включает в себя антенные ячейки 128 (например, множество антенных ячеек 128) (ФИГ. 1). Антенные ячейки 128 образованы соединенными между собой стеночными секциями 102, например размещенными с образованием решетчатой (например, имеющей ячейки квадратной формы) центральной части 104. Центральная часть 104 конструкционной антенной решетки 100 включает в себя ряды 106 и колонки 108 антенных ячеек 128.

[0049] Антенные элементы 110 могут быть плоскими (например, планарными) проводящими элементами или микрополосковыми антеннами. В качестве одного примера, антенные элементы 110 представляют собой дипольные антенные элементы. В качестве одного неограничивающего примера, каждый из антенных элементов 110 (также называемых в настоящем документе антенным элементом 110) может быть выполнен с возможностью работы в частотном диапазона от приблизительно 2 ГГц до приблизительно 4 ГГц.

[0050] Перпендикулярное расположение стеночных секций 102 (например, образующих квадратные антенные ячейки 128) создает наборы ортогональных дипольных антенных элементов 110 для обеспечения двойной поляризации. Например, некоторые из антенных элементов 110 имеют горизонтальную поляризацию и некоторые другие из антенных элементов 110 (например, ориентированные под прямым углом) имеют вертикальную поляризацию. В других примерах конструкционная антенная решетка 100 может включать в себя только один набор дипольных антенных элементов 110 для обеспечения одной поляризации.

[0051] Преимуществом конструкционной антенной решетки 100 является то, что она не требует использования металлических подложек для поддержки антенных элементов 110 и/или возбуждающих элементов 126. Конструкционная антенная решетка 100, таким образом, может не иметь нежелательного паразитного веса. Как использовано в настоящем документе, выражение "паразитный" в общем случае означает вес, который связан с компонентами антенны или антенной решетки, которые не являются необходимыми непосредственно для операций передачи или приема. По существу, конструкционная антенная решетка 100 представляет собой легкую конструкцию, что делает ее применение в авиакосмической отрасли особо выгодным и подходящим.

[0052] Как показано на ФИГ. 4 и 5, в одном примере конструкции слой 120 подложки образован с помощью антенных элементов 110 на первой поверхности 122 (ФИГ. 4) и возбуждающих элементов 126 на второй поверхности 124 (ФИГ. 5). В качестве одного примера, антенные элементы 110 выполнены приблизительно параллельными рядами на первой поверхности 122 слоя 120 подложки, а возбуждающие элементы 126 выполнены приблизительно параллельными рядами на второй поверхности 124 слоя 120 подложки. Также могут быть рассмотрены другие варианты размещения антенных элементов 110 и/или возбуждающих элементов 126. Каждая пара антенных элементов 110 (также называемая в настоящем документе парой 110а антенных элементов) (ФИГ. 4) на первой поверхности 122 связана с одним из возбуждающих элементов 126 (также называемым в настоящем документе возбуждающим элементом 126) на противоположной второй поверхности 124.

[0053] В качестве одного примера, слой 120 подложки включает в себя непроводящий материал подложки. В качестве одного примера, слой 120 подложки может представлять собой материал печатной платы (РСВ) или аналогичный материал платы электронных схем (в целом называемый в настоящем документе материалом 192 электронной платы). В качестве одного общего неограничивающего примера, слой 120 подложки может представлять собой слоистый стеклопластик на основе эпоксидной смолы (также в целом известный под наименованием FR-4). В качестве одного конкретного неограничивающего примера, слой 120 подложки может быть выполнен из слоистого материала I-Tera® RF МТ, доступного в продаже от компании Isola Group, Чандлер, штат Аризона.

[0054] Первая поверхность 122 и вторая поверхность 124 слоя 120 подложки каждая покрыта алюминиевой фольгой (явно не показано), которую вытравливают, чтобы сформировать антенные элементы 110 на первой поверхности 122 и возбуждающие элементы 126 на второй поверхности 124 с получением необходимых размеров и относительного расстояния. Защитное покрытие (явно не показано) может быть нанесено на первую поверхность 122 поверх антенных элементов 110 и на вторую поверхность 124 поверх возбуждающих элементов 126 для защиты алюминиевой фольги, образующей антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126. В качестве одного примера, защитное покрытие может быть непроводящим покрытием, таким как маска припойного покрытия. Антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126 показаны прерывистыми линиями на ФИГ. 3, 6, 7, 8A, 8B, 8C и 10 для иллюстрации антенных элементов 110 и возбуждающих элементов 126, покрытых защитным покрытием. Аналогичным образом, возбуждающие элементы 126 на второй поверхности 124 слоя 120 подложки показаны прерывистыми линиями на ФИГ. 8A и 10 для иллюстрации возбуждающих элементов 126, покрытых (например, скрытых) защитным покрытием, а антенные элементы 110 на первой поверхности 122 слоя 120 подложки показаны прерывистыми линиями на ФИГ. 8А и 10 для иллюстрации антенных элементов 110 на невидимой первой поверхности 122 (например, скрытой за второй поверхностью 124).

[0055] Как показано на ФИГ. 8B и 8C, в одном примере часть одного или более (например, каждого) антенных элементов 110 и одного или более (например, каждого) возбуждающих элементов 126 может быть открыта (например, часть алюминиевой фольги, не имеющая защитного покрытия) для образования проверочного контакта 160.

[0056] Как показано на ФИГ. 6, в одном примере конструкции щелевые отверстия 130 узла стенки выполнены в слое 120 подложки, в местах, расположенных на расстоянии друг от друга. Каждое из щелевых отверстий 130 стенки (также называемое в настоящем документе щелевым отверстием 130 стенки) включает в себя первую (например, верхнюю) часть 130а и вторую (например, нижнюю) часть 130b. Щелевые отверстия 130 стенки облегчают сборку с пересечением стеночных секций 102 для образования центральной части 104 (ФИГ. 3). В качестве одного примера, щелевые отверстия 130 стенки могут быть прорезаны водяной струей или получены механической обработкой в слое 120 подложки для проникновения через всю толщину слоя 120 подложки.

[0057] Как показано на ФИГ. 7, в качестве одного примера, слой 120 подложки может быть разрезан на множество секций или полос, которые образуют стеночные секции 102. В зависимости от общей длины L2 стеночных секций 102 и/или необходимых общих размеров (например, длины L1 и/или ширины L2) конструкционной антенной решетки 100 (ФИГ. 1), одна или более стеночных секций 102 могут быть отрезаны на соответствующую длину (например, чтобы сократить длину стеночной секции 102). Высота H2 стеночной секции 102 представляет общую высоту H1 (ФИГ. 3) центральной части 104 конструкционной антенной решетки 100.

[0058] Как показано на ФИГ. 8A, 8B и 8C и со ссылкой на ФИГ. 10, в качестве одного примера, кромка (явно не обозначено) каждой стеночной секции 102 может быть обрезана с образованием выемок 132 между крайними концами смежных возбуждающих элементов 126 и антенных элементов 110. Выемки 132 обеспечивают возможность образования из крайнего конца каждого возбуждающего элемента 126 - первого (например, сигнального) контактного штырька 134 (например, первой проводящей ножки) и возможность образования из крайнего конца каждого антенного элемента - второго (например, заземляющего) контактного штырька 136 (например, второй проводящей ножки). Каждый первый контактный штырек 134 и второй контактный штырек 136 могут быть покрыты проводящим материалом (например, покрыты медью).

[0059] Как показано на ФИГ. 8B и 8C, в одном примере конструкции пары антенных элементов 110 (например, каждая пара 110а антенных элементов) могут быть непосредственно (например, физически) соединены друг с другом (например, выполнены из непрерывной полосы медного материала). Антенный элемент 110 одной пары 110а антенных элементов, расположенный возле антенного элемента 110 другой пары 110а антенных элементов могут быть соединены друг с другом емкостной связью. В качестве одного примера, контактная площадка 188 обеспечения емкостной связи (ФИГ. 8C) может быть соединена со второй поверхностью 124 (например, физически и электрически соединена с материалом 192 электронной платы). Контактная площадка 188 обеспечения емкостной связи может упрощать и обеспечивать соединение с емкостной связью и передачу сигналов между антенными элементами 110.

[0060] В одном примере антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126 могут быть непосредственно соединены (например, физически и электрически соединены) друг с другом посредством соединения со слоем 190 распределительной подложки (ФИГ. 10). В одном примере антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126 могут быть соединены друг с другом емкостной связью (например, через толщину слоя 120 подложки) посредством контактной площадки 188 обеспечения емкостной связи.

[0061] Как показано на ФИГ. 10 и со ссылкой на ФИГ. 9, в качестве одного примера, первая оболочка 114 и вторая оболочка 116 включают в себя множество слоев материала подложки, образующих сэндвичевую конструкцию (также называемую надложкой (superstrate)). В качестве одного примера, первая оболочка 114 включает в себя первый (например, внутренний) слой 140 непроводящей подложки, второй (например, внешний) слой 142 подложки, и слой 144 диэлектрической подложки, расположенный между первым слоем 140 непроводящей подложки и вторым слоем 142 непроводящей подложки. Аналогичным образом, в качестве одного примера, первая оболочка 114 включает в себя первый (например, внутренний) слой 146 непроводящей подложки, второй (например, внешний) слой 148 подложки и слой 150 диэлектрической подложки, расположенный между первым слоем 146 непроводящей подложки и вторым слоем 148 непроводящей подложки.

[0062] В качестве одного примера, первый слой 140 непроводящей подложки и второй слой 142 подложки первой оболочки 114 и первый слой 146 непроводящей подложки и второй слой 148 подложки второй оболочки 116 может представлять собой материал 192 электронной платы (например, материал печатной платы или аналогичный материал платы электронных схем). В качестве одного общего неограничивающего примера, первый слой 140 непроводящей подложки, второй слой 142 подложки, первый слой 146 непроводящей подложки и второй слой 148 подложки могут представлять собой слоистый стеклопластик на основе эпоксидной смолы (также в целом известный под наименованием FR-4). В качестве одного конкретного неограничивающего примера, первый слой 140 непроводящей подложки, второй слой 142 подложки, первый слой 146 непроводящей подложки и второй слой 148 подложки могут быть выполнены из слоистого материала I-Tera® RF МТ. Например, первый слой 140 непроводящей подложки и второй слой 142 подложки первой оболочки 114 и/или первый слой 146 непроводящей подложки и второй слой 148 подложки второй оболочки 116 могут включать в себя множество слоев (например, пять слоев) слоистого материала I-Tera® RF МТ, отвержденных с образованием слоистой конструкции.

[0063] В качестве одного примера, слой 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слой 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 могут представлять собой любой подходящий диэлектрический материал, который является изолятором и обеспечивает возможность прохождения электромагнитных волн (например, радиочастотных волн) через указанный материал. В качестве одного общего неограничивающего примера, слой 144 диэлектрической подложки и слой 150 диэлектрической подложки могут представлять собой диэлектрический вспененный материал. В качестве одного конкретного неограничивающего примера, слой 144 диэлектрической подложки и слой 150 диэлектрической подложки могут представлять собой материал Eccostock® Lok, доступный в продаже от компании Emerson & Cuming Microwave Products, Inc., Рэндолф, штат Массачусетс. Например, слой 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слой 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 могут включать в себя лист Eccostock® Lok толщиной приблизительно 0,25 дюйма (6,35 мм). Конкретные характеристики (например, диэлектрическая проницаемость) диэлектрического материала слоя 144 диэлектрической подложки и/или слоя 150 диэлектрической подложки могут зависеть от (например, выбираться на основе) различных параметров антенны, включая, помимо прочего, рабочую частоту, полосу пропускания и т.п.

[0064] Хотя примеры первой оболочки 114 и второй оболочки 116, проиллюстрированные на ФИГ. 10, включают в себя три слоя подложки (например, внутренний и внешний слои непроводящей подложки и слой диэлектрической подложки) также могут быть рассмотрены другие конфигурации или варианты размещения слоев подложки. В качестве одного примера, первая оболочка 114 и/или вторая оболочка 116 могут включать в себя один или более дополнительных слоев непроводящей подложки, расположенных между внутренним и внешним слоями непроводящей подложки.

[0065] Первая оболочка 114 и вторая оболочка 116 обеспечивают конструктивную жесткость конструкционной антенной решетки 100. Диэлектрический материал слоя 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слой 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 может быть выбран для соответствующей настойки конструкционной антенной решетки 100 (например, антенных элементов 110), чтобы обеспечить возможность передачи и приема. Например, диэлектрический материал слоя 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слой 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 может быть выбран соответствующим образом, чтобы учитывать затухание сигнала антенных элементов 110. В одном примере диэлектрические характеристики слоя 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слоя 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 могут быть одинаковыми. В одном примере диэлектрические характеристики слоя 144 диэлектрической подложки первой оболочки 114 и слоя 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 могут отличаться для настройки конструкционной антенной решетки 100. В качестве одного примера, толщина слоя 144 диэлектрической подложки и/или слоя 150 диэлектрической подложки может быть модифицирована на основе конкретных рабочих характеристик.

[0066] Как показано на ФИГ. 10 и со ссылкой на ФИГ. 9, в качестве одного примера, конструкционная антенная решетка 100 включает в себя слой 190 распределительной подложки (например, электронную плату с функцией распределения). Центральная часть 104 (например, каждая из соединенных между собой стеночных секций 102) может быть механически и электрически соединена со слоем 190 распределительной подложки. Как лучше всего проиллюстрировано на ФИГ. 10, слой 190 распределительной подложки расположен между центральной частью 104 и второй оболочкой 116.

[0067] В качестве одного примера, слой 190 распределительной подложки включает в себя непроводящий материал подложки. В качестве одного примера, слой 190 распределительной подложки может представлять собой материал 192 электронной платы (например, материал печатной платы или аналогичный материал платы электронных схем). В качестве одного общего неограничивающего примера, слой 190 распределительной подложки может представлять собой слоистый стеклопластик на основе эпоксидной смолы (также в целом известный под наименованием FR-4). В качестве одного конкретного неограничивающего примера, слой 190 распределительной подложки может быть выполнен из слоистого материала I-Tera® RF МТ. Например, слой 190 распределительной подложки может включать в себя множество слоев (например, пять слоев) слоистого материала I-Tera® RF МТ, отвержденных с образованием слоистой конструкции.

[0068] В качестве одного примера, слой 190 распределительной подложки включает в себя переходные отверстия 138. Переходные отверстия 138 являются отверстиями, выполненными по меньшей мере частично через толщину слоя 190 распределительной подложки. Первые контактные штырьки 134 и вторые контактные штырьки 136 стеночных секций 102 (например, крайние концы антенных элементов 110 и возбуждающих элементов 126) вставляют в переходные отверстия 138 для механического соединения стеночных секций 102 со слоем 190 распределительной подложки (например, для механического соединения центральной части 104 со слоем 190 распределительной подложки). Переходные отверстия 138 могут быть покрыты проводящим материалом (например, покрыты медью) для электрического соединения возбуждающих элементов 126 со слоем 190 распределительной подложки. Переходные отверстия 138 электрически соединены между собой с проходом через слой 190 распределительной подложки множеством проводящих дорожек или трасс (явно не показано), проходящих через слой 190 распределительной подложки. Таким образом, слой 190 распределительной подложки электрически соединяет между собой антенные элементы 110, и возбуждающие элементы 126, и электронную часть радиопередатчика (явно не показано), например, мобильной платформы.

[0069] Как показано на ФИГ. 9 и со ссылкой на ФИГ. 2, в качестве одного примера, радиочастотные разъемы 152 (например, множество радиочастотных разъемов 152) механически и электрически соединены со слоем 190 распределительной подложки. Радиочастотные разъемы 152 могут представлять собой любой подходящий радиочастотный разъем, например, коаксильный радиочастотный разъем.

[0070] В качестве одного примера, радиочастотные разъемы 152 механически и электрически соединены с переходными отверстиями 138, выполненными в слое 190 распределительной подложки. Радиочастотные разъемы 152 электрически соединены с возбуждающими элементами 126 и/или антенными элементами 110 множеством проводящих дорожек или трасс, проходящих через слой 190 распределительной подложки. Таким образом, слой 190 распределительной подложки служит в качестве связующего средства для распределительной электронной части, которое объединяет возбуждающие элементы 126 и антенные элементы 110 стеночных секций 102. Иными словами, антенные элементы 110 и возбуждающие элементы 126 физически соединены с радиочастотными разъемами 152 слоем 190 распределительной подложки. Конструкционная антенная решетка 100 может быть соединена с электронной частью радиопередатчика (явно не показано) мобильной платформы радиочастотными разъемами 152.

[0071] В одном примере часть возбуждающих элементов 126 (например, выбранное множество возбуждающих элементов 126) и/или часть антенных элементов 110 (например, выбранное множество антенных элементов 110) соединены и связаны с парой радиочастотных разъемов 152. В качестве одного примера, возбуждающие элементы 126 и/или антенные элементы 110 по меньшей мере одной колонки 108 антенных ячеек 128 (например, стеночные секции 102, образующие антенные ячейки 128) связаны с двумя радиочастотными разъемами 152. Один из двух радиочастотных разъемов 152 может быть связан с горизонтально поляризованными антенными элементами 110, а другой из двух радиочастотных разъемов 152 может быть связан с вертикально поляризованными антенными элементами 110.

[0072] Соответственно, конструкционная антенная решетка 100 работает в широкой полосе частот (например, S-диапазоне), например между приблизительно 2 ГГц и приблизительно 4 ГГц. Конструкционная антенная решетка 100 также имеет двойную поляризацию (например, горизонтальную и вертикальную поляризацию).

[0073] Как показано на ФИГ. 11 и со ссылкой на ФИГ. 2, 9 и 10, в одном примере конструкции щелевое отверстие 158 выполнено во второй оболочке 116. В качестве одного примера, щелевое отверстие 158 в оболочке прорезано водяной струей или получено механической обработкой по меньшей мере во второй оболочке 116 (например, по меньшей мере частично через второй слой 148 непроводящей подложки и слой 150 диэлектрической подложки). Щелевое отверстие 158 в оболочке упрощает доступ к радиочастотным разъемам 152 (ФИГ. 2 и 9), которые соединены со слоем 190 распределительной подложки. Как лучше всего проиллюстрировано на ФИГ. 2, радиочастотные разъемы 152 выровнены в щелевом отверстии 158 в оболочке и проходят по меньшей мере частично через него.

[0074] Как показано на ФИГ. 2 и со ссылкой на ФИГ. 9, в одном примере конструкции опора 154 для разъемов может быть размещена внутри щелевого отверстия 158 в оболочке и соединена со второй оболочкой 116. Опора 154 для разъемов может служить опорой для радиочастотных разъемов 152 и придавать им прочность. В качестве одного примера, опора 154 для разъемов представляет собой жесткую пластину, например изготовленную из металла, имеющую множество отверстий (явно не показано) подходящих размеров и формы для приема радиочастотных разъемов 152.

[0075] Как показано на ФИГ. 9 и со ссылкой на ФИГ. 11, в одном примере конструкции резьбовые вставки 156 могут быть установлены во второй оболочке 116 для упрощения соединения опоры 154 для разъемов. В качестве одного примера, отверстия (явно не показано) могут быть выполнены (например, получены механической обработкой) по меньшей мере частично через второй слой 148 непроводящей подложки и слой 150 диэлектрической подложки второй оболочки 116 вдоль стороны щелевого отверстия 158 в оболочке. Резьбовые вставки 156 могут быть установлены в пределах выполненных отверстий. Герметизирующий компаунд (явно не показано) может быть использован для связывания резьбовых вставок 156 во второй оболочке 116. Крепежные элементы (явно не показано) могут быть соединены с резьбовыми вставками 156 для соединения опоры 154 для разъемов со второй оболочкой 116.

[0076] Как описано выше, в зависимости от конкретного применения антенны и/или конкретного конструктивного элемента мобильной платформы, в который встроена конструкционная антенная решетка 100, общие размеры (например, длины L1 и/или ширины W1) (ФИГ. 1) конструкционной антенной решетки 100 могут очень отличаться. Соответственно, центральная часть 104 может быть изготовлена или выполнена из множества секций центральной части или участков центральной части, соединенных друг с другом.

[0077] Как показано на ФИГ. 12, в одном примере конструкции для получения конструкционной антенной решетки 100, имеющей необходимые размеры, одна или более стеночных секций 102 могут включать в себя две или более стеночные части, соединенные друг с другом. В качестве одного примера, по меньшей мере одна стеночная секция 102 включает в себя первую стеночную часть 162а и вторую стеночную часть 162b. Соседние кромки (явно не обозначено) первой стеночной части 162а и второй стеночной части 162b упираются друг в друга с образованием стеночной секции 102. Проводящее соединение или стыкование 164 может быть использовано для электрического соединения одного из антенных элементов 110 (например, половины антенного элемента 110а) первой стеночной части 162а с одним из смежных антенных элементов 110 (например, половиной соседнего антенного элемента 110b) второй стеночной части 162b. Проводящее соединение 164 может быть выполнено из любого подходящего проводящего материала. В качестве неограничивающих примеров, проводящее соединение 164 может быть выполнено из припоя, фольги, токопроводящего адгезива, проводящей сетки или т.п.

[0078] Первая стеночная часть 162а и вторая стеночная часть 162b могут быть физически соединены непроводящим соединительным зажимом 166 и использовать его в качестве опоры. Непроводящий соединительный зажим 166 может быть выполнен из конструкционного непроводящего материала. В качестве одного примера, непроводящий соединительный зажим 166 может быть выполнен из материала 190 электронной платы (например, материала печатной платы или иного подходящего материала платы электронных схем). В качестве одного общего неограничивающего примера, непроводящий соединительный зажим 166 может представлять собой слоистый стеклопластик на основе эпоксидной смолы (также в целом известный под наименованием FR-4). В качестве одного конкретного неограничивающего примера, непроводящий соединительный зажим 166 может быть выполнен из слоистого материала I-Tera® RF МТ. Непроводящий соединительный зажим 166 может быть прикреплен к стеночной секции 102 (например, между первой стеночной частью 162а и второй стеночной частью 162b) поверх проводящего соединения 164. Непроводящий соединительный зажим 166 может быть прикреплен к стеночной секции 102 с использованием подходящего непроводящего адгезива или другого связующего. Непроводящий соединительный зажим 166 выполнен так, чтобы не создавать никаких помех открытому проводящему материалу стеночной секции 102 (например, алюминиевой фольге или другим электронным контактным площадкам).

[0079] Соответственно, конструкционная антенная решетка 100, раскрытая в настоящем документе, позволяет преодолеть многочисленные недостатки, свойственные обычным конструкционным антенным решеткам, включая ограничения в отношении технологичности производства, расходов, размеров и веса, а также радиочастотных характеристик. Использование материала 190 электронной платы для выполнения стеночных секций 102, слоя 190 распределительной подложки, первого слоя 146 непроводящей подложки и второго слоя 148 непроводящей подложки второй оболочки 116, а также первого слоя 140 непроводящей подложки и второго слоя 142 непроводящей подложки первой оболочки 114 может обеспечить устранение проблем, связанных с технологичностью производства, возникающих вследствие несоответствия коэффициента теплового расширения между материалами, и сократить производственные затраты. Вторая оболочка 116 и первая оболочка 114, связанные с центральной частью 104 (и слоем 190 распределительной подложки), позволяют получить легкий и прочный конструктивный элемент, который может быть встроен в другую конструкцию. Встраивание конструкционной антенной решетки 100 в конструктивный элемент мобильной платформы позволяет значительно увеличить размер апертуры антенны по сравнению с обычными антенными решетками.

[0080] На ФИГ. 13 раскрыт один пример способа 200. Способ 200 представляет собой один из примеров реализации раскрытого способа изготовления конструкционной антенной решетки 100. В способе 200 могут быть выполнены модификации, дополнения или исключения без отхода от объема настоящего изобретения. Способ 200 может включать больше, меньше этапов или другие этапы. Кроме того, этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке.

[0081] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 3-5, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап выполнения центральной части 104, содержащей пересекающиеся стеночные секции 102, как показано в блоке 302. Стеночные секции 102 включают в себя материал 190 электронной платы, имеющий антенные элементы 110 на первой поверхности 122, возбуждающие элементы 126 на второй поверхности 124 и контактные штырьки 134, 136, проходящие от кромки стеночных секций 102 и соединенные с возбуждающими элементами 126 и антенными элементами 110. В качестве одного примера, стеночные секции 102 перпендикулярно соединены между собой, например, посредством сопряжения первых частей 130а и вторых частей 130b щелевых отверстий 130 стенки с образованием рядов 106 и колонок 108 антенных ячеек 128. Каждая из антенных ячеек 128 (также называемая ячейкой 128) включает в себя пару антенных элементов 110, ориентированных под прямым углом, (например, пару 110а антенных элементов) и связанную пару возбуждающих элементов 126, соединенных емкостной связью с парой антенных элементов 110.

[0082] Как показано на ФИГ. 14 и 15, в одном из примеров реализации инструментальная оснастка 168 может быть использована для выполнения конструкционной антенной решетки 100. В качестве одного примера, инструментальная оснастка 168 может включать в себя первый опорный элемент 170 (например, соединенную пару трубок, каналов и т.д.), имеющий подходящий размер и форму для поддержки конструкционной антенной решетки 100. Инструментальная оснастка 168 также может включать в себя одну или более опорных пластин 172, размещенных на первом опорном элементе 170. Опорные пластины 172 могут быть выполнены из материала, имеющего сходные характеристики теплового расширения (например, подходящий коэффициент теплового расширения) с такими же характеристиками стеночных секций 102, второй оболочки 116 и первой оболочки 114. В качестве одного общего неограничивающего примера, опорные пластины 172 могут представлять собой слоистый стеклопластик на основе эпоксидной смолы (например, FR-4).

[0083] Центральная часть 104 может быть выполнена посредством соединения между собой стеночных секций 102 на инструментальной оснастке 168 (например, на первом опорном элементе 170 и опорных пластинах 172). Как проиллюстрировано на ФИГ. 15, в зависимости от общей длины L1 (ФИГ. 1) конструкционной антенной решетки 100 и длины L2 (ФИГ. 7) стеночных секций 102, центральная часть 104 может включать в себя множество секций центральной части (обозначенных отдельно в виде первой секции 104а центральной части, второй секции 104b центральной части, третьей секции 104 с центральной части и четвертой секции 104d центральной части). В таком примере, смежные стеночные секции 102 могут быть соединены в местах 174 соединения с образованием продольных рядов стеночных секций 102. Присоединение к смежной стеночной секции 102 (например, первой стеночной части 162а и второй стеночной части 162b) может быть осуществлено, как описано выше и со ссылкой на ФИГ. 12.

[0084] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 1, 2, 9 и 16, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап соединения рамки 112 вокруг центральной части 104, как показано в блоке 304.

[0085] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 9, 10 и 17, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап размещения слоя 190 распределительной подложки на центральной части 104, как показано в блоке 306. В качестве одного примера, слой 190 распределительной подложки (ФИГ. 10) размещают на центральной части 104, так что переходные отверстия 138 (ФИГ. 10), выполненные в слое 190 распределительной подложки, выровнены с первыми контактными штырьками 134 и вторыми контактными штырьками 136, проходящими от кромки стеночных секций 102. Способ 200 также включает этап соединения контактных штырьков 134, 136 с переходными отверстиями 138, как показано в блоке 308. Соединение (например, вставка) контактных штырьков 134, 136 с переходными отверстиями 138 механически соединяет стеночные секции 102 со слоем 190 распределительной подложки. Способ 200 также включает этап припаивания контактных штырьков 134, 136 к переходным отверстиям 138, как показано в блоке 310. Припаивание контактных штырьков 134, 136 к переходным отверстиям 138 электрически соединяет возбуждающие элементы 126 со слоем 190 распределительной подложки.

[0086] В зависимости от общей длины конструкционной антенной решетки 100, слой 190 распределительной подложки может быть выполнен из множества секций слоя распределительной подложки (явно не показано). В качестве одного примера, каждая секция слоя распределительной подложки может включать в себя секцию слоя 190 распределительной подложки. Каждая секция слоя распределительной подложки может быть соединена друг с другом (например, механически и электрически).

[0087] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 9 и 17, в одном из примеров реализации способ 200 также включает этап соединения радиочастотных разъемов 152 со слоем 190 распределительной подложки, как показано в блоке 312. Соединение радиочастотных разъемов 152 со слоем 190 распределительной подложки приводит к электрическому соединению радиочастотных разъемов 152 с возбуждающими элементами 126 и/или антенными элементами 110. В качестве одного примера, радиочастотные разъемы 152 могут быть соединены (например, вставлены и припаяны) с переходными отверстиями 138 в первом слое 146 непроводящей подложки.

[0088] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 8B и 8C, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап проверки неразрывности конструкционной антенной решетки 110, как показано в блоке 322. В качестве одного примера, после соединения центральной части 104 (например, стеночных секций 102) со слоем 190 распределительной подложки, неразрывность электроцепи конструкционной антенной решетки 110 может быть проверена с использованием проверочных контактов 160 антенных элементов 110 и/или возбуждающих элементов 126, выполненных на стеночных секциях 102. Способность выполнять проверку неразрывности электроцепи и контролировать правильность функционирования и работы электронных компонентов (например, антенных элементов 110, возбуждающих элементов 126, радиочастотных разъемов 152) конструкционной антенной решетки 100 перед завершением изготовления (например, перед нанесением конструкционного клея и/или соединением второй оболочки 116 и/или первой оболочки 114) является преимуществом, позволяющим выполнять ремонт на конструкционной антенной решетке 100.

[0089] Как показано на ФИГ. 13, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап нанесения конструкционного клея (явно не показано) на центральную часть 104 и/или слой 190 распределительной подложки, как показано в блоке 314. В качестве одного примера, конструкционный клей может быть налит или набрызган на центральную часть 104 и слой 190 распределительной подложки и внутри каждой из антенных ячеек 128 (ФИГ. 3). Конструкционный клей может представлять собой полимерный материал, подходящий для конструктивной стабилизации (например, посредством связующего) кромок стеночных секций 102, соединенных друг с другом и стеночных секций 102 со слоем 190 распределительной подложки.

[0090] Как показано на ФИГ. 18 и 19, в одном из примеров реализации инструментальная оснастка 168 также может включать в себя второй опорный элемент 176. В качестве одного примера, второй опорный элемент 176 (например, соединенная пара трубок, каналов и т.д.) может быть выполнен имеющим подходящие размеры и форму для поддержки конструкционной антенной решетки 100 и зажатия антенной решетки 100 между первым опорным элементом 170 и вторым опорным элементом 176, например, для поворота антенной решетки 100 вокруг оси R поворота во время изготовления. Дополнительные опорные пластины 172 могут быть размещены между конструкционной антенной решеткой 100 и вторым опорным элементом 176. Например, после соединения слоя 190 распределительной подложки с центральной частью 104, частично выполненная конструкционная антенная решетка 100 (например, слой 190 распределительной подложки и центральная часть 104) может быть зажата между первым опорным элементом 170 и вторым опорным элементом 176, повернута на 180 градусов, и первый опорный элемент 170 может быть удален, например, чтобы открыть антенные ячейки 128 и нанести конструкционный клей на центральную часть 104 (например, стеночные секции 102) и слой 190 распределительной подложки (блок 314), как проиллюстрировано на ФИГ. 19.

[0091] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 9, 10 и 20, способ 200 включает этап размещения первой оболочки 114 на центральной части 104, как показано в блоке 316. Первую оболочку 114 размещают напротив слоя 190 распределительной подложки. Первая оболочка 114 может быть выполнена послойным нанесением. В качестве одного примера, первый слой 140 непроводящей подложки (ФИГ. 10) первой оболочки 114 размещают на центральной части 104. Слой 144 диэлектрической подложки (ФИГ. 10) первой оболочки 114 размещают на первом слое 140 непроводящей подложки. Второй слой 142 непроводящей подложки первой оболочки 114 размещают на слое 144 диэлектрической подложки. Хотя явно не показано, первая оболочка 114 также может включать в себя по меньшей мере один адгезивный слой, такой как пленочный адгезив Metalbond® 1515-3, расположенный между первым слоем 140 непроводящей подложки и слоем 144 диэлектрической подложки и между слоем 144 диэлектрической подложки и вторым слоем 142 непроводящей подложки. Аналогичным образом, по меньшей мере один адгезивный слой может быть расположен между первой оболочкой 114 (например, первым слоем 140 непроводящей подложки) и центральной частью 104. Адгезивные слои связывают первый слой 140 непроводящей подложки, слой 144 диэлектрической подложки, второй слой 142 непроводящей подложки и центральную часть 104 друг с другом, например, во время операции отверждения.

[0092] В зависимости от общей длины конструкционной антенной решетки 100, первая оболочка 114 может быть выполнена из множества секций второй оболочки (явно не показано). В качестве одного примера, каждая секция второй оболочки может включать в себя секцию первого слоя 140 непроводящей подложки, секцию слоя 144 диэлектрической подложки и секцию второго слоя 142 непроводящей подложки. Каждая секция второй оболочки может быть соединена друг с другом.

[0093] После нанесения первой оболочки 114, первый опорный элемент 170 и опорные пластины 172 могут быть размещены на первой оболочке 114 для зажатия конструкционной антенной решетки 100 между вторым опорным элементом 176 (и опорными пластинами 172) и первым опорным элементом 170 (и опорными пластинами 172) и повернуты на 180 градусов для размещения второй оболочки 116. Второй опорный элемент 176 и опорные пластины 172 могут быть удалены после поворота, как показано на ФИГ. 24.

[0094] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 9, 10 и 24, способ 200 включает этап размещения второй оболочки 116 на слое 190 распределительной подложки, как показано в блоке 324. Вторая оболочка 116 может быть размещена напротив первой оболочки 114 с образованием сэндвичевой конструкции из второй оболочки 116, центральной части 104, слоя 190 распределительной подложки и первой оболочки 114, как лучше всего проиллюстрировано на ФИГ. 10. Вторая оболочка 116 может быть выполнена послойным нанесением на слой 190 распределительной подложки. В качестве одного примера, первый слой 146 непроводящей подложки (ФИГ. 10) второй оболочки 116 размещают на слое 190 распределительной подложки. Слой 150 диэлектрической подложки (ФИГ. 10) второй оболочки 116 размещают на первом слое 146 непроводящей подложки. Второй слой 148 непроводящей подложки второй оболочки 116 размещают на слое 150 диэлектрической подложки. Хотя явно не показано, вторая оболочка 116 также может включать в себя по меньшей мере один адгезивный слой, такой как пленочный адгезив Metalbond® 1515-3, доступный в продаже от компании Cytec Industries, Inc., Woodland Park, New Jersey, расположенный между первым слоем 146 непроводящей подложки и слоем 150 диэлектрической подложки и между слоем 150 диэлектрической подложки и вторым слоем 148 непроводящей подложки. Аналогичным образом, по меньшей мере один адгезивный слой может быть расположен между второй оболочкой 116 (например, первым слоем 146 непроводящей подложки) и слоем 190 распределительной подложки. Адгезивные слои связывают первый слой 146 непроводящей подложки, слой 150 диэлектрической подложки, второй слой 148 непроводящей подложки и слой 190 распределительной подложки друг с другом, например, во время операции отверждения.

[0095] В зависимости от общей длины конструкционной антенной решетки 100, вторая оболочка 116 может быть выполнена из множества секций первой оболочки (явно не показано). В качестве одного примера, каждая секция первой оболочки может включать в себя секцию первого слоя 146 непроводящей подложки, секцию слоя 150 диэлектрической подложки и секцию второго слоя 148 непроводящей подложки. Каждая секция первой оболочки может быть соединена друг с другом.

[0096] Хотя пример способа 200 иллюстрирует размещение первой оболочки 114 на центральной части 104, за которым следует размещение второй оболочки 116 на слое 190 распределительной подложки, альтернативные варианты последовательности выполнения этапов изготовления конструкционной антенной решетки 100 также могут быть рассмотрены. Например, первая оболочка 114 может быть размещена на центральной части 104 после размещения второй оболочки 116 на слое 190 распределительной подложки. В качестве одного примера, вторая оболочка 116 может быть размещена на слое 190 распределительной подложки перед поворотом и нанесением конструкционного клея (блок 314), и затем первая оболочка 114 может быть размещена на центральной части 104. В качестве одного примера, вторая оболочка 116 может быть размещена на слое 190 распределительной подложки после нанесения конструкционного клея и поворота.

[0097] Как проиллюстрировано на ФИГ. 2, 9, 11 и 24, радиочастотные разъемы 152 могут проходить через щелевое отверстие 158, выполненное во второй оболочке 116 (например, выполненное через слой 150 диэлектрической подложки и второй слой 148 непроводящей подложки).

[0098] Как показано на ФИГ. 13, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап отверждения конструкционной антенной решетки 100 (например, собранной комбинации из второй оболочки 116, центральной части 104 и первой оболочки 114), как показано в блоке 318. Отверждение конструкционной антенной решетки 100 может включать нагрев второй оболочки 116, центральной части 104, слоя 190 распределительной подложки и первой оболочки 114 до соответствующей температуры в течение соответствующего периода времени, например, в печи. В качестве одного конкретного неограничивающего примера, конструкционная антенная решетка 100 может быть отверждена при температуре приблизительно 250°F (121°C) в течение 120 минут.

[0099] Использование материалов платы электронных схем для создания стеночных секций 102 и второй оболочки 116 и первой оболочки 114, имеющих хорошо согласованные коэффициенты теплового расширения, позволяет осуществлять операции отверждения без повышенного давления (например, проводить отверждение не в автоклаве), что может уменьшить остроту производственных затруднений, возникающих в результате несоответствия коэффициента теплового расширения различных материалов. Точно так же, использование опорных пластин 172, имеющих коэффициент теплового расширения, хорошо согласованный с коэффициентом теплового расширения материалов платы электронных схем, используемых для создания стеночных секций 102 и второй оболочки 116 и первой оболочки 114, дополнительно уменьшает остроту производственных затруднений, возникающих в результате несоответствия коэффициента теплового расширения различных материалов.

[00100] Как показано на ФИГ. 13 и со ссылкой на ФИГ. 2 и 9, в одном из примеров реализации способ 200 включает этап прикрепления опоры 154 для разъемов к второй оболочке 116, как показано в блоке 320.

[00101] Как показано на ФИГ. 21, в одном примере раскрытая конструкционная антенная решетка 100 встроена в конструктивный элемент 178 мобильной платформы 180 и образует его часть. Конструктивный элемент 178 может включать в себя любую подходящую основную конструкцию мобильной платформы 180. В качестве одного примера, конструкционная антенная решетка 100 может образовывать часть по меньшей мере фюзеляжа 184 или крыла 186 воздушного летательного аппарата 182.

[00102] Примеры конструкционной антенной решетки 100 и способов изготовления конструкционной антенной решетки 100, раскрытые в настоящем документе, могут быть описаны в контексте способа 1100 изготовления и обслуживания воздушного летательного аппарата, как показано на ФИГ. 22, и воздушного летательного аппарата 1200, как показано на ФИГ. 23. Воздушный летательный аппарат 1200 может представлять собой один из примеров мобильной платформы 180 (например, воздушный летательный аппарат 182) (ФИГ. 21). Применение раскрытых примеров конструкционной антенной решетки 100 в авиации может включать в себя, например и без ограничения, усиленные композитные элементы, такие как обшивка фюзеляжа, обшивка крыла, поверхности управления, люки, панели пола, дверные панели, панели доступа, оперение и т.п.

[00103] Во время подготовки к производству показанный в качестве примера способ 1100 может включать в себя разработку спецификации и проектирование, как показано в блоке 1102, воздушного летательного аппарата 1200, которые могут включать в себя разработку конструкционной антенной решетки 100, имеющей конкретные антенные характеристики, и материально-техническое обеспечение, как показано в блоке 1104. Во время производства может иметь место изготовление компонентов и сборочных узлов и интеграция систем воздушного летательного аппарата 1200, как показано в блоке 1108. Изготовление конструкционной антенной решетки 100, как описано в настоящем документе, может быть осуществлено в качестве этапа изготовления компонентов и сборочных узлов (блок 1106) и/или в качестве этапа интеграции систем (блок 1108). После этого воздушный летательный аппарат 1200 может пройти этапы сертификации и доставки, как показано в блоке 1110, для ввода в эксплуатацию, как показано в блоке 1112. В процессе эксплуатации заказчиком воздушный летательный аппарат 102 может проходить регламентное техобслуживание и текущий ремонт, как показано в блоке 1114. Регламентное техобслуживание и текущий ремонт может включать в себя модернизацию, перенастройку, переоборудование и т.д. одной или более систем воздушного летательного аппарата 1200. Конструкционная антенная решетка 100 также может быть использована во время регламентного техобслуживания и текущего ремонта (блок 1114).

[00104] Каждый из процессов приведенного в качестве примера способа 1100 может быть выполнен или осуществлен системным интегратором, третьей стороной и/или оператором (например, заказчиком). В целях настоящего описания системный интегратор может включать в себя, без ограничения, любое количество производителей воздушных летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам; третья сторона может включать в себя, помимо прочего, любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков; а оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военную организацию, обслуживающую организацию и т.д.

[00105] Как показано на ФИГ. 17, воздушный летательный аппарат 1200, изготовленный согласно приведенному в качестве примера способу 1100, может включать корпус 1202, имеющий одну или более конструкционных антенных решеток 100, встроенных в необходимую конструкцию, и множество высокоуровневых систем 1204 и внутреннюю часть 1206. Примеры высокоуровневых систем 1204 включают в себя одну или более систем из движительной системы 1208, системы 1210 электроснабжения, гидравлической системы 1212 и системы 1214 управления окружающей средой. Может быть включено любое количество других систем. Хотя показан пример, относящийся к аэрокосмической отрасли, принципы изобретения могут быть применены к другим отраслям, таким как автомобильная или морская промышленности.

[00106] Устройства и способы, показанные или описанные в настоящем документе, могут быть использованы во время любого одного или более этапов способа 1100 изготовления и обслуживания воздушного летательного аппарата. Например, компоненты и сборочные узлы, соответствующие компонентам и сборочным узлам этапа изготовления (блок 1106), могут быть изготовлены или произведены аналогично компонентам или сборочным узлам, изготовленным, когда воздушный летательный аппарат 1200 находится в процессе эксплуатации (блок 1112). Также, один или более примеров устройств и способов или их комбинация могут быть использованы во время этапов производства (блоки 1108 и 1110). Аналогичным образом, один или более примеров систем, устройств и способов или их комбинация могут быть использованы, например и без ограничения, когда воздушный летательный аппарат 1200 находится в процессе эксплуатации (блок 1112) и во время этапа регламентного техобслуживания и ремонта (блок 1114).

[00107] Хотя были показаны и описаны различные примеры раскрытой конструкционной антенной решетки и способов ее изготовления, при прочтении настоящего документа специалисту в данной области техники могут стать очевидны их модификации. Настоящая заявка включает в себя такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.

1. Конструкционная антенная решетка, содержащая:

центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также содержит антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций;

слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами;

первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки; и

вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки.

2. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой антенные элементы содержат дипольные антенные элементы.

3. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой центральная часть содержит конструкцию с квадратными ячейками, полученную из стеночных секций, пересекающихся перпендикулярно с образованием колонок и рядов антенных ячеек.

4. Конструкционная антенная решетка по п. 3, в которой каждая из антенных ячеек содержит по меньшей мере одну пару антенных элементов, ориентированных под прямым углом с обеспечением двойной поляризации.

5. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой каждая из стеночных секций содержит материал электронной платы.

6. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой слой распределительной подложки содержит материал электронной платы.

7. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой каждая из первой и второй оболочек содержит:

первый слой непроводящей подложки;

слой диэлектрической подложки, соединенный с первым слоем непроводящей подложки; и

второй слой непроводящей подложки, соединенный со слоем диэлектрической подложки напротив первого слоя непроводящей подложки.

8. Конструкционная антенная решетка по п. 1, также содержащая радиочастотные разъемы, соединенные со слоем распределительной подложки и имеющие с ним электрическую связь.

9. Конструкционная антенная решетка по п. 8, в которой пары указанных радиочастотных разъемов имеют электрическую связь с выбранными возбуждающими элементами и выбранными антенными элементами.

10. Конструкционная антенная решетка по п. 1, в которой по меньшей мере одна из указанных стеночных секций содержит первую стеночную часть, вторую стеночную часть и проводящее соединение, электрически соединяющее один из антенных элементов первой стеночной части со смежным антенным элементом второй стеночной части.

11. Конструкционная антенная решетка по п. 10, также содержащая непроводящий соединительный зажим, соединенный с первой стеночной частью и второй стеночной частью поверх указанного проводящего соединения.

12. Мобильная платформа, содержащая:

конструктивный элемент и

конструкционную антенную решетку, соединенную с конструктивным элементом и образующую его часть, при этом конструкционная антенная решетка содержит:

центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также содержит антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций;

слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами;

первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки; и

вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки.

13. Мобильная платформа по п. 12, в которой:

каждая из стеночных секций содержит материал электронной платы,

слой распределительной подложки содержит указанный материал электронной платы, и

каждая из первой и второй оболочек содержит:

первый слой непроводящей подложки, содержащий указанный материал электронной платы;

слой диэлектрической подложки, соединенный с первым слоем непроводящей подложки; и

второй слой непроводящей подложки, соединенный со слоем диэлектрической подложки напротив первого слоя непроводящей подложки, причем второй слой непроводящей подложки содержит указанный материал электронной платы.

14. Мобильная платформа по п. 12, в которой:

центральная часть содержит конструкцию с квадратными ячейками, полученную из стеночных секций, пересекающихся перпендикулярно с образованием колонок и рядов антенных ячеек, и

каждая из антенных ячеек содержит по меньшей мере одну пару антенных элементов, ориентированных под прямым углом с обеспечением двойной поляризации.

15. Мобильная платформа по п. 12, в которой антенные элементы содержат дипольные антенные элементы.

16. Мобильная платформа по п. 12, также содержащая радиочастотные разъемы, соединенные со слоем распределительной подложки и имеющие с ним электрическую связь.

17. Мобильная платформа по п. 12, в которой по меньшей мере одна из указанных стеночных секций содержит первую стеночную часть, вторую стеночную часть, проводящее соединение, электрически соединяющее один из антенных элементов первой стеночной части со смежным антенным элементом второй стеночной части, и непроводящий соединительный зажим, соединенный с первой стеночной частью и второй стеночной частью поверх указанного проводящего соединения.

18. Мобильная платформа по п. 12, в которой конструктивный элемент содержит фюзеляж и/или крыло летательного аппарата.

19. Способ изготовления конструкционной антенной решетки, включающий:

выполнение центральной части, содержащей пересекающиеся стеночные секции, при этом стеночные секции содержат антенные элементы, выполненные на первой поверхности, возбуждающие элементы, выполненные на противоположной второй поверхности, и контактные штыри, соединенные с возбуждающими элементами и антенными элементами;

соединение рамки вокруг центральной части;

размещение слоя распределительной подложки на центральной части, при этом слой распределительной подложки содержит множество переходных отверстий;

соединение контактных штырьков с переходными отверстиями для механического соединения стеночных секций со слоем распределительной подложки;

припаивание контактных штырьков к переходным отверстиям для электрического соединения возбуждающих элементов и антенных элементов со слоем распределительной подложки;

соединение радиочастотных разъемов со слоем распределительной подложки для электрического соединения возбуждающих элементов и антенных элементов с указанными радиочастотными разъемами;

размещение первой оболочки на центральной части напротив слоя распределительной подложки;

размещение второй оболочки на слое распределительной подложки напротив первой оболочки и

отверждение центральной части, слоя распределительной подложки, первой оболочки и второй оболочки.

20. Способ по п. 19, также включающий:

проверку неразрывности электроцепи центральной части, соединенной со слоем распределительной подложки; и

нанесение конструкционного клея на центральную часть и слой распределительной подложки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, в результате чего формируется суммарная ДН антенны кругового электронного сканирования.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в прицельных радиолокационных станциях. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в наземных системах обзорной радиолокации. Достигаемый технический результат – высокоточное определение координат и траекторий перемещающихся в пространстве воздушно-космических объектов (ВКО) в расширенной рабочей зоне.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено, в частности, для использования в системах подвижной и стационарной связи: сухопутной, воздушной, морской в метровом и дециметровом диапазонах.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с цилиндрической (кольцевой) фазированной антенной решеткой. Технический результат заключается в уменьшении ширины главных лепестков секторных диаграмм направленности без снижения скорости обзора пространства, без усложнения ФАР и при сохранении ее размеров.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике, в частности к конструкциям фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использовано в радиолокационных системах с электрическим сканированием луча.

Изобретение относится к радиоэлектронным устройствам, а именно к конструкции приемопередающих модулей активных фазированных антенных решеток СВЧ-диапазона. Сущность заявленного решения заключается в том, что приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки СВЧ-диапазона содержит, по меньшей мере, один переключатель «прием/передача» на 2 положения, контакт «вход-выход» которого является входом-выходом модуля.

Изобретение относится к антенной технике. Антенная система (100) содержит первую антенну (102) и вторую антенну (104), противоположную первой антенне, а также конструкцию (108), имеющую первый конец (110) и второй конец (112), противоположный первому концу (110), причем первая антенна (102) соединена с первым концом конструкции (108), а вторая антенна (104) соединена со вторым концом конструкции (108).

Изобретение относится к области СВЧ приборостроения и может найти применение в телекоммуникационных и радиолокационных системах различного назначения в качестве интегрированного излучающего модуля при построении фазированных антенных решеток.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в автоматизированных приемных центрах радиоконтроля и радиосвязи стационарного и мобильного типов.

Изобретение относится к антенной технике. Конструкционная антенная решетка содержит центральную часть, содержащую пересекающиеся стеночные секции, при этом центральная часть также содержит антенные элементы, выполненные на первой поверхности стеночных секций, и возбуждающие элементы, выполненные на второй поверхности стеночных секций; слой распределительной подложки, соединенный с центральной частью и имеющий электрическую связь с антенными элементами и возбуждающими элементами; первую оболочку, соединенную с центральной частью напротив слоя распределительной подложки; и вторую оболочку, соединенную со слоем распределительной подложки напротив первой оболочки. Технический результат заключается в упрощении изготовления антенной решетки. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 24 ил.

Наверх