模块化柔性智能天线.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010650664.8 (22)申请日 2020.07.08 (71)申请人 西安电子科技大学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 周金柱唐博康乐王梅 马镛基黄进 (74)专利代理机构 陕西电子工业专利中心 61205 代理人 王品华黎汉华 (51)Int.Cl. H01Q 1/22(2006.01) H01Q 1/36(2006.01) H01Q 1/38(2006.01) H01Q 1/50(2006.01) H01Q 13/18(2006.0。

2、1) H01Q 21/06(2006.01) (54)发明名称 一种模块化柔性智能天线 (57)摘要 本发明公开了一种模块化柔性智能天线， 主 要解决现有天线在载荷下的适应能力和共形能 力不足和缺少形变感知能力的问题。 其包括透波 防护层(1)和射频功能层(2)， 这两层之间设有应 变感知层(3)， 该应变感知层通过将光纤光栅应 变传感器网络布置于两层柔性聚酰亚胺薄膜之 间， 利用复合工艺而形成， 其用于感知天线的变 形。 该透波防护层采用柔性透波材料制成， 以对 应变感知层和射频功能层进行保护。 该射频功能 层包括五层基板(21)、 辐射贴片(22)和TR芯片 (24)， 其中五层基板的每一。

3、层根据其功能设置有 不同的结构特征， 且依次紧密贴合。 本发明缩小 了天线的体积， 而且提高了在载荷下的适应性和 共形能力， 可用于艇载、 机载可移动载体。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111628277 A 2020.09.04 CN 111628277 A 1.一种模块化柔性智能天线， 自上而下包括透波防护层(1)和射频功能层(2)， 其特征 在于： 透波防护层(1)与射频功能层(2)之间设置有应变感知层(3)， 该应变感知层(3)的上 下表面分别与透波防护层(1)和射频功能层(2)紧密贴合； 所述应变感知层(3)， 其包括柔性聚酰亚胺薄膜(31)和光纤光栅应变传感器网络(。

4、32)， 该光纤光栅应变传感器网络布置于两层柔性聚酰亚胺薄膜之间， 通过复合工艺成型为一体 结构。 2.根据权利要求1所述的天线， 其特征在于： 所述的透波防护层(1)采用柔性透波材料 制成， 以对应变感知层(3)和射频功能层(2)起到保护作用。 3.根据权利要求1所述的天线， 其特征在于： 光纤光栅应变传感器网络(32)的接头穿过 射频功能层(2)与外部的光纤解调仪连接。 4.根据权利要求1所述的天线， 其特征在于： 所述的射频功能层(2)， 其包括五层基板 (21)， 辐射贴片(22)， TR芯片(24)， SMA接头(25)， 微矩形接头(26)； 所述辐射贴片(22)采用四元矩形栅格结。

5、构， 排布在基板的第一层上； 所述基板的第三层设有四条射频线(27)， 第四层设置有五条射频线(27)和多条低频线 (28)， 该五条射频线和多条低频线的一端均与TR芯片(24)连接， 该五条射频线中的一条另 一端与SMA接头(25)连接， 另外四条的另一端通过金属化过孔与基板第三层设置的四条射 频线连接， 多条低频线的另一端与微矩形接头(26)连接。 5.根据权利要求4所述的天线， 其特征在于： 所述的五层基板(21)采用多层液晶聚合物 LCP制成， 且依次紧密贴合。 6.根据权利要求4所述的天线， 其特征在于： 基板(21)的第二层上下表面涂有导电涂 层， 该上下表面的导电涂层上分别设置有。

6、四条相对的缝隙(211)， 每个缝隙的周围均设置有 矩形环绕的金属短路柱(212)， 这些金属短路柱与上下表面的导电涂层连接， 组成基片集成 波导背腔(23)。 7.根据权利要求4所述的天线， 其特征在于： 所述的TR芯片(24)为四通道有源射频芯 片， 并采用裸片式封装。 8.根据权利要求4所述的天线， 其特征在于： 所述TR芯片(24)与五条射频线和多条低频 线的连接， 采用BGA焊球倒转焊接方式， 且在BGA焊球间隙处填充有封胶(29)。 9.根据权利要求4所述的天线， 其特征在于： 所述基板(21)的第五层设置有放置TR芯片 (24)的空腔(213)。 10.根据权利要求4所述的天线，。

7、 其特征在于： 所述的SMA接头(25)和微矩形接头(26)穿 过基板(21)的第五层分别与外部的功分网络和控制计算机连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111628277 A 2 一种模块化柔性智能天线 技术领域 0001 本发明属于天线技术领域， 具体涉及一种智能天线， 可用于艇载、 机载可移动载 体。 背景技术 0002 近年来， 随着无线通讯技术的迅猛发展， 安装在移动载体上的天线系统也不断地 向着高集成， 柔性化和可共形的趋势发展。 集成化的天线系统设计可以节省安装空间， 柔性 化和可共形功能的实现， 使得天线能够更好的实现与载体平台的融化， 满足移动载体平台 的空气动力学设计。

8、要求， 而且相比于刚性的天线阵面具备在复杂工作工作环境， 如振动， 冲 击， 热变形下更好的适应性。 0003 郑炯美， 郑暻玉， 郑国熙在 “CN 110911852 A,2020-03-24” 专利申请中公开了一种 天线模块， 该模块集成天线单元， 馈线和芯片， 其包括天线基板和半导体封装件， 其中天线 基板包括玻璃基板、 天线图案和布线结构， 天线图案和布线结构设置在所述玻璃基板表面； 其中半导体封装件包括半导体芯片、 包封剂、 连接构件和导通孔， 所述包封剂包封所述半导 体芯片。 0004 王剑峰明雪飞高娜燕曹玉媛在 “CN 109037170 A,2018-12-18” 专利申请中公。

9、开了 一种射频微系统集成封装天线， 其射频微系统包括硅基扇出型封装结构和与其互连的TGV 转接板， 有效实现了射频微系统和天线的一体化和小型化。 TGV转接板的顶面和底面均做有 再布线层， 底面的再布线层上设有焊球， 顶面的再布线层用于天线集成， 实现电磁波的辐射 与接收。 0005 上述这两种天线的均实现了将天线阵面和有源器件集成的结构设计， 但是其刚性 在具有载体持续变形的复杂服役环境中适应性不强， 且难以与载体进行共形设计。 0006 张伊丹， 邹强在 “CN 109273840 A,2019-01-25” 专利申请中公开了一种柔性天线， 其包括用聚二甲基硅氧烷PDMS制成的柔性基体， 。

10、微带天线主体设置在柔性基体上， 微带天 线主体的一端为横向分布的接地板， 与柔性基体贴合连接； 微带天线主体的另一端为纵向 分布的天线辐射贴片， 与柔性基体贴合连接。 但是， 该天线仅实现了阵面的柔性设计， 并没 有将其他天线系统组件进行集成， 难以满足机载、 艇载移动载体上雷达系统一体化和小型 化的设计需求。 0007 综上， 现有天线， 在集成化的设计方面难以满足共形需求和载荷下的适应性， 而柔 性天线缺乏服役状态感知能力， 难以实现对天线电性能进行自适应补偿。 发明内容 0008 本发明的目的在于针对上述现有天线的不足， 提供一种模块化柔性智能天线， 以 提高天线的共形能力和动载荷下的适。

11、应性， 实现天线的集成化和智能化， 满足机载、 艇载移 动载体上雷达系统一体化和小型化的设计需求。 0009 为实现上述目的， 本发明的模块化柔性智能天线， 自上而下包括透波防护层和射 说明书 1/4 页 3 CN 111628277 A 3 频功能层， 其特征在于： 透波防护层与射频功能层之间设置有应变感知层， 该应变感知层的 上下表面分别与透波防护层和射频功能层紧密贴合； 0010 所述应变感知层， 其包括柔性聚酰亚胺薄膜和光纤光栅应变传感器网络， 该光纤 光栅应变传感器网络布置于两层柔性聚酰亚胺薄膜之间， 通过复合工艺成型为一体结构。 0011 作为优选， 所述的透波防护层采用柔性透波材。

12、料制成， 以对应变感知层和射频功 能层起到保护作用。 0012 作为优选， 所述光纤光栅应变传感器网络的接头穿过射频功能层与外部的光纤解 调仪连接。 0013 作为优选， 所述的射频功能层， 其包括五层基板， 辐射贴片， TR芯片， SMA接头， 微矩 形接头； 该辐射贴片采用四元矩形栅格结构， 排布在基板的第一层上； 该基板的第三层设有 四条射频线， 第四层设置有五条射频线和多条低频线， 其中这五条射频线和多条低频线的 一端均与TR芯片连接， 这五条射频线中的一条另一端与SMA接头连接， 另外四条的另一端通 过金属化过孔与基板第三层设置的四条射频线连接， 多条低频线的另一端与微矩形接头连 接。

13、。 0014 作为优选， 所述的五层基板均采用多层液晶聚合物LCP制成， 且依次紧密贴合。 0015 作为优选， 所述基板的第二层上下表面涂有导电涂层， 该上下表面的导电涂层上 分别设置有四条相对的缝隙， 每个缝隙的周围均设置有矩形环绕的金属短路柱， 这些金属 短路柱与上下表面的导电涂层连接， 组成基片集成波导背腔。 0016 作为优选， 所述的TR芯片为采用裸片式封装的四通道有源射频芯片， 其与五条射 频线和多条低频线的连接， 采用BGA焊球倒转焊接方式， 且在BGA焊球间隙处填充有封胶。 0017 作为优选， 所述基板的第五层设置有放置TR芯片的空腔。 0018 本发明与现有技术相比， 具。

14、有如下优点： 0019 1、 本发明由于在透波防护层与射频功能层之间设置有应变感知层， 使天线具有形 变感知的能力， 进而可根据感知的形变对天线因变形导致的电性能恶化进行自适应补偿； 0020 2、 该天线由于对射频功能层主体采用柔性基板， 透薄防护层和应变感知层也由柔 性材料组成， 使天线整体具有了柔性的特点， 对比现有高集成天线， 具有更好的共形能力和 载荷下的适应能力； 0021 3、 本发明由于在射频功能层集成了TR裸芯片、 辐射贴片和基片集成波导背腔， 对 比现有柔性天线， 使天线具有更高的集成度。 附图说明 0022 图1为本发明的总体结构示意图； 0023 图2为本发明中的应变感。

15、知层结构爆炸图； 0024 图3为本发明中的射频功能层结构爆炸图； 0025 图4为本发明的阵面共形扩展示意图。 具体实施方式 0026 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的模块化柔性智能天线作进一步详细 说明。 说明书 2/4 页 4 CN 111628277 A 4 0027 参照图1， 本发明示例的模块化柔性智能天线自上而下包括透波防护层1、 射频功 能层2和应变感知层3， 该应变感知层3位于透波防护层1与射频功能层2之间， 其上下表面分 别与透波防护层1和射频功能层2紧密贴合。 其中， 透波防护层1采用柔性透波材料制成， 以 对应变感知层3和射频功能层2起到保护作用， 射频功能层2设。

16、置有通孔。 0028 参照图2， 所述应变感知层3， 其包括柔性聚酰亚胺薄膜31和光纤光栅应变传感器 网络32， 该光纤光栅应变传感器网络布置于两层柔性聚酰亚胺薄膜之间， 通过复合工艺成 型为一体结构。 光纤光栅应变传感器网络32的接头33穿过所述射频功能层2设置的通孔与 外部的光纤解调仪连接。 当天线发生变形， 外部的光纤解调仪检测到光纤光栅应变传感器 网络中反射波长的偏移， 基于该反射波长的偏移量利用天线变形的重构算法， 例如， 模态 法、 曲率法、 逆有限元法， 就可计算出天线的变形。 0029 参照图3， 所述的射频功能层2， 其包括五层基板21， 辐射贴片22， TR芯片24， SM。

17、A接 头25， 微矩形接头26， 该辐射贴片22采用但不限于四元矩形栅格结构， 即辐射贴片通过2*2 的矩形排列方式组成阵。 为了方便示例， 采用了爆炸图进行表示， 实际中， 五层基板21依次 紧密贴合， 每一层具有不同的功能和结构特征， 其中： 0030 基板21的第一层上， 以矩形栅格形式排布有四个辐射贴片， 其排布的数量与TR芯 片24的通道数一致。 0031 基板21的第二层上、 下表面涂有导电涂层， 该上、 下表面的导电涂层上分别设置有 四条相对的缝隙211， 这些缝隙用于对四元辐射贴片馈电， 每个缝隙的周围均设置有矩形环 绕的金属短路柱212， 这些金属短路柱与上、 下表面的导电涂。

18、层连接， 组成基片集成波导背 腔23， 以提高辐射贴片的阻抗带宽。 辐射贴片的馈电方式有孔缝耦合馈电、 同轴馈电， 本实 例中采用但不限于孔缝耦合馈电方式。 0032 基板21的第三层设有四条射频线27， 这四条射频线与缝隙211耦合。 0033 基板21的第四层设置有五条射频线27和多条低频线28， 该五条射频线和多条低频 线的一端均与TR芯片24连接， 该五条射频线中的一条另一端与SMA接头25连接， 另外四条的 另一端通过金属化过孔与基板21的第三层设置的四条射频线垂直连接， 多条低频线的另一 端与微矩形接头26连接； 基板21第三层中的射频线27与基板第四层的射频线27的垂直连接 方式。

19、可采用直插式连接， TR芯片24、 SMA接头25、 微矩形接头26与射频线27和低频线28的连 接方式为焊接； 这里射频线27和低频线28的数量取决于采用的TR芯片的型号。 0034 基板21的第五层设置有空腔213和多个通孔， 该空腔用于放置TR芯片24， SMA接头 25和微矩形接头26穿过这些通孔分别与外部的功分网络和控制计算机连接。 通过控制计算 机控制光纤解调仪的信号采集， 该控制计算机内部集成有相关的补偿算法， 这些算法能根 据解调出的光纤光栅应变传感器网络中的信息计算出天线所需的补偿量， 进而通过低频线 将补偿量发送到TR芯片24， 实现天线的自适应补偿。 0035 所述的基板。

20、21的五层结构采用多层液晶聚合物LCP制成， 多层液晶聚合物LCP是一 种柔性介质基板， 该柔性基板的使用使得天线具有了柔性的特征； 柔性基板的初始形状不 局限于平面形状， 可根据天线的形状进行设定。 0036 所述的TR芯片采用裸片式封装的四通道有源射频芯片， 其与基板21第四层上的五 条射频线和多条低频线采用BGA焊球倒转焊接方式连接， 且在BGA焊球间隙处填充有封胶 29。 此处采用的焊接方式也可根据TR芯片封装形式做调整， 封胶的填充为TR芯片与射频线 说明书 3/4 页 5 CN 111628277 A 5 和低频线在载荷作用下的可靠连接提供了更好的保障。 0037 上述模块化柔性智。

21、能天线可通过天线与共形承载骨架连接进行拓展， 进而可以组 成更大的共形阵列， 如图4所示。 其中， 图4(a)是一个设置有16个天线安装位置的柱面共形 承载骨架， 图4(b)是将16个模块化柔性智能天线安装在图4(a)所示的共形承载骨架， 组成 一个大的共形阵。 该模块化柔性智能天线的初始形状根据共形承载骨架的共形特征进行设 定。 这种共形阵天线具有更大的阵列口径， 能够实现波束扫描， 同时具备载荷影响下的自适 应补偿能力， 可以用于飞机、 舰艇的预警探测， 且共形的特征不影响载体平台的气动外形。 0038 以上描述仅是本发明的一个具体实例和一个扩展应用， 并未构成对本发明的任何 限制， 显然， 对于本领域的专业人员来说在了解本发明内容和原理后， 都可能在不背离本发 明原理、 结构的情况下， 进行形式和细节上的各种修改和改变， 但是这些基本发明思想的修 正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 111628277 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111628277 A 7 图3 说明书附图 2/3 页 8 CN 111628277 A 8 图4 说明书附图 3/3 页 9 CN 111628277 A 9 。