[发明专利]天线解耦装置，尤其是安装在航空器上的贴片天线

说明书

发明领域

本发明涉及天线的一般领域。本发明更具体地涉及位置靠近的天线之间的解耦问题。本发明尤其但非排他性地适用于安装在航空器的机身上的贴片天线的解耦。

发明背景-现有技术

安装在航空器上的某些电磁系统如无线电测高仪系统，由通常在相同频带下运行的两个天线即发射天线和接收天线组成。因此为了避免这两个天线之间的直接耦合，该耦合非常显著地干扰了该系统的运行，人们试图优化这些天线的各自的布局。人们因而试图尽可能远离地放置两个天线以便限制该耦合，而同时保持与整体运行以及安装约束条件(机械约束条件、电缆的长度和路线、可获得性等)相兼容的距离。

因此，例如，在安装在航空器上的无线电测高仪的具体情况下，现行的标准要求两个天线间隔开最少距离约70cm。

然而，除了这样的分离约束条件在航空器的情况下是难以满足的这一事实外，考虑到在航空器上的天线数，在机身上可获得的空间在本质上是有限的，对于给定航空器而言，在某些条件下的应用中，该空间可能显示出不足以确保对于测高仪的正确运行所必需的解耦。

现在，增加该距离通常证明是复杂的，特别是在由此造成的天线位置的改变必须在已经服役的航空器上实现的情况下，对该航空器而言通常未考虑到必须改变某些设备项目如天线的位置的可能性。

在航空电磁设备领域中，最常用来避免耦合发生的影响的解决方案，在某些特别情况下，是提供系统的冗余。通过比较由每个系统给出的测量来检测可能由于假耦合(spurious coupling)而出现的测量误差。这样的解决方案使得制造商增加了安装在航空器上的设备数量并因此显著增加了后者的重量，然而目前的趋势是尝试减轻航空器的重量，以便特别是降低它们的燃料消耗。这也导致安置和维护成本的增加。

用于增强位置靠近并在相同频带下运行的两个天线之间的解耦的已知解决方案是，在两个天线之间插入在所考虑的频带中展示出高阻抗的装置。

特别是在贴片型天线的情况下，高阻抗装置采取具有小厚度的、由介电基片组成的平面元件的形式，该介电基片在一面上配置由导电材料制成的贴片，而另一面由充当接地平面的导电平面覆盖。贴片的尺寸和形状以及它们的布置主要取决于频率和所希望的解耦。这样的元件通常被描述为基于超表面(metasurface)或超材料(metamaterial)的结构。

一般而言，对于包括在相同频带下运行的两个天线的给定系统，当所担心的是天线之间的直接耦合的问题时，已知的是开发一种同时将天线与推测有利于它们解耦的高阻抗表面组合在一起的结构。例如，构成天线的贴片和在这两个贴片之间形成高阻抗表面的贴片的布置是在同一操作下、在同一基片上制备的。如此获得了具有印刷电路的形式并包含辐射元件和解耦装置的紧凑系统。

然而，可以在事后通过在单独的印刷电路上制备高阻抗装置和通过将该电路布置在构成天线的两个印刷电路之间来开发两个贴片天线的解耦。

关于改进在航空器机身的外表面上配置的贴片天线的解耦，人们被引导尝试使用以上描述的解决方案，即在耦合区中，在两个天线之间插入构成高阻抗表面的印刷电路。

然而，使用该类装置例如目前制备的这些，带来了显著的技术问题。

实际上，目前开发的装置具有相对刚性的结构，这非常不利于它们在展示出曲线的表面例如航空器机身的外表面上的安装，该装置表面几乎不符合其被放上的表面的轮廓，尤其是当该装置展示出很大的表面积时。

相应地，即使用来制备构成高阻抗结构的印刷电路的基片展示出一些弹性，但后者是有限的，并且维持该装置表面与机身表面紧密接触要求使用强大的固定机构，该固定机构是在高阻抗装置的各个点处，通常在所述装置的周边处配置的并且其通常需要对于该结构本身的干预。

另外，当该装置表面或多或少不完全地符合机身表面时，在机身表面上配置这样的装置产生了不利的空气动力学干扰，即使该装置的厚度相当小。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单的装置，该装置能够改进天线之间的解耦，特别是对于使用在相同频带下运行的几个贴片天线的无线电设备。

本发明的另一个目的是提出一种装置，该装置生产简单并能够用于使新航空器配备适度解耦的天线以及用简单的方式完成已经服役的航空器的升级以便改进已经安装在机身上的天线的解耦。

换言之，本发明的一个目的是针对在未必是平面的载体结构例如航空器机身的表面上彼此邻近放置的两个天线之间可能存在的耦合问题，提出一种既有效又易实施的解决方案，该解决方案可以在相关设备的安装过程中应用在有问题的结构上，或者可以应用于意图改进该设备的维护操作过程中。