空气动力学系统上的端射天线结构

技术领域

本发明涉及空气动力学系统上的端射天线结构。

背景技术

由于空间有限，设计用于空气动力学系统(例如制导射弹或其它飞行体)的各种机械和电气部件是一项挑战。此类制导空气动力学系统通常使用多个射频(RF)天线来发射和接收不同方向的辐射，从而用于制导目的以及物体识别。天线通常放置在制导空气动力学系统的鼻锥区域中，从而最小化来自空气动力学系统主体的干扰。不同方向的多个天线通常用于以不同角度发射或捕获RF辐射。然而，将天线放置在鼻锥中并不总是可能或可行的。在许多应用中，鼻锥中使用的其它系统或有效负载可能会干扰天线或使其难以共享空间。因此，关于设计用于空气动力学系统的天线存在许多重要问题。

附图说明

随着以下详细描述的进行并参考附图，所要求保护的主题的实施方式的特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本公开的实施方式的配置有轮廓天线结构的示例空气动力学系统。

图2是示出根据本公开的实施方式的图1的示例空气动力学系统上的信号处理环境的框图。

图3A和图3B分别示出了根据本公开的实施方式的基板的前侧视图和后侧视图，并且具体地，示出了基板上的前侧金属图案和后侧金属图案。

图4A和图4B分别示出了根据本公开的实施方式的端射天线设计的俯视图和侧视图。

图5A和图5B分别示出了根据本公开的实施方式的天线设计的层结构。

图6A和图6B是根据本公开的实施方式的由端射天线设计生成的辐射图案。

图7A和图7B分别示出了根据本公开的实施方式的用于端射天线设计的槽几何形状。

图8是描述根据本公开的实施方式的在空气动力学系统的机身周围形成天线结构的方法的流程图。

尽管下面的详细描述将参考说明性实施方式进行，但是根据本公开，其许多替代、修改和变化将是显而易见的。

发明内容

公开了一种端射天线结构，其特别适合用于空气动力学系统，例如制导射弹或其它飞行体。在一个实施方式中，天线结构与环绕空气动力学系统的圆柱形机身的一个或多个其它柔性层一起形成在柔性基板上。在另一个实施方式中，天线结构包括位于一起环绕空气动力学系统的圆柱形机身的一堆其它材料层之间的两个单独的金属层。根据一些实施方式，天线结构包括多个锥形馈线，该锥形馈线在对应的槽阵列上对齐从而将辐射制导至空气动力学系统的前部。另外，根据一些实施方式，在天线的外表面上使用介电层来产生泄漏表面波，该泄漏表面波将辐射沿向前方向而制导至空气动力学系统的前部。根据本公开将理解许多实施方式和变型。

具体实施方式

总体概述

如上所述，通常希望在空气动力学系统周围实现天线的不同位置，而不是仅将天线放置在鼻部中。在一些示例情况下，空气动力学系统是制导弹药或射弹，例如子弹、炮弹、导弹、鱼雷或火箭，仅举几个例子。对于许多制导弹药或射弹来说，鼻部区域通常携带特定的有效负载和/或其它部件，几乎没有给天线留下空间。在这种情况下，请注意，空气动力学系统承载的有效负载可能因不同应用而异，并且不必限于爆炸物或致命有效负载。例如，有效负载可以是物资(例如食物、设备)、人员、通信设备(例如在给定区域上提供机载通信节点)、成像设备或其它基于传感器的设备(例如用于温度和湿度的天气传感器、气体传感器、速度传感器)、照明设备(例如用可见光照亮一个区域)和监视设备。

因此，本公开提供了适于空气动力学系统的天线结构。在一个实施方式中，一个或多个端射天线围绕空气动力学系统的机身的轮廓而安装，远离鼻部，同时沿向前方向(例如朝向飞行方向)而制导辐射。一般而言，端射天线是一种线性或圆柱形天线结构，其从一端发射或输出其辐射。最大辐射的方向是沿着结构的轴线(从输入到输出)，并且其可以是单向的或双向的。下面依次说明端射天线结构的特点。在一些实施例中，一个或多个端射天线环绕制导射弹(例如制导火箭或导弹)上的圆柱形机身的至少一部分。一个或多个端射天线可以由于其接地平面方向而具有不同的极化，并且可以由于天线基板下方的空气动力学系统的存在而表现出增益遮蔽。

根据一些实施方式，端射天线包括具有锥形馈线的第一图案化金属层和位于第一层上方的第二图案化金属层，其中第二层包括对齐在锥形馈线上方的多个平行槽。电能沿着锥形馈线而从其窄端传播到其宽端，并通过上方第二金属层中的槽耦合从而向外辐射。能量在馈线的窄端耦合较弱，而在馈线的宽端耦合较强。根据一些实施方式，锥形馈线的宽端经由电阻器而连接至接地平面。

第一金属层和第二金属层的每一个都可以在同一基板的两个不同侧上图案化，其中基板足够柔性从而环绕圆柱形机身的外部。在一些实施方式中，基板配置为围绕空气动力学系统外侧上的大体上任何轮廓形状弯曲或环绕。根据一些实施方式，具有相应平行槽的许多锥形馈线以平行阵列布置在基板上，从而使得该阵列环绕机身并定向传输或接收辐射(例如朝向空气动力学系统的前部)。

根据本公开的一个示例实施方式，一种配置为环绕空气动力学系统的机身的天线结构包括第一图案化金属层、第二图案化金属层以及包括第一图案化金属层和第二图案化金属层的材料层堆叠。该堆叠还可以包括一个或多个介电层和/或一个或多个接合层，如将参考图5依次讨论的那样。第一图案化金属层包括蚀刻穿过金属的多个平行槽，每个平行槽沿第一方向而纵向延伸。第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频(RF)馈线。窄端耦合至输入/输出(I/O)天线连接。第二图案化金属层对齐在第一图案化金属层上方，从而使得锥形RF馈线具有沿基本垂直于第一方向的第二方向而延伸跨过多个平行槽的长度。材料层堆叠是柔性的，从而使得材料层堆叠配置为环绕空气动力学系统的机身。

根据本公开的另一个示例实施方式，一种配置为在空气动力学系统上使用的RF系统包括：处理器，其配置为生成数字信号；至少一个数模转换器(DAC)，其配置为将数字信号转换成模拟信号；前端电路，其配置为接收并处理来自DAC的模拟信号从而产生用于传输的RF信号；和天线结构，其配置为辐射从前端电路接收的RF信号。前端电路可以对RF信号执行放大、沿发射方向而向上变频(混合)、沿接收方向而向下变频、沿发射方向而调制、沿接收方向而解调、或滤波中的任何一个。该天线结构包括第一图案化金属层、第二图案化金属层以及包括第一图案化金属层和第二图案化金属层的材料层堆叠。该堆叠还可以包括一个或多个附加层(例如介电层、接合层)。第一图案化金属层包括蚀刻穿过金属的多个平行槽，每个平行槽沿第一方向而纵向延伸。第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频馈线。窄端耦合至输入/输出(I/O)天线连接。第二图案化金属层对齐在第一图案化金属层上方，从而使得锥形RF馈线具有沿基本垂直于第一方向的第二方向而延伸跨过多个平行槽的长度。材料层堆叠是柔性的，从而使得材料层堆叠配置为环绕空气动力学系统的机身。

根据本公开的另一个示例实施方式，一种制造配置为在空气动力学系统上使用的天线结构的方法，包括：将具有多个介电材料板的片材环绕在空气动力学系统的机身周围；去除该片材，从而将介电材料板留在机身中的对应空腔内；将柔性基板环绕在机身周围和介电材料板上；并且将介电层环绕在机身周围和柔性基板上方。柔性基板包括第一图案化金属层和第二图案化金属层。第一图案化金属层包括蚀刻穿过金属的多个平行槽，每个平行槽沿第一方向而纵向延伸。第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频馈线。窄端耦合至输入/输出(I/O)天线连接。第二图案化金属层对齐在第一图案化金属层上方，从而使得锥形RF馈线具有沿基本垂直于第一方向的第二方向而延伸跨过多个平行槽的长度。

该描述使用短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”，其各自可以指代一个或多个相同或不同的实施方式。此外，如关于本公开的实施方式所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。

空气动力学系统概述

图1示出了空气动力学系统100的实施例。如前所述，空气动力学系统100可以是容纳电气部件(例如RF通信部件或其它制导电子器件)的任何口径或类型的制导射弹。在一个实施例中，空气动力学系统100是制导弹药，例如制导导弹或火箭(例如地对空、空对空或与天线通信的任何其它制导弹药)，但其它应用也可以是显而易见。

根据一些实施方式，空气动力学系统100包括机身102，机身102充当外壳或船体从而容纳空气动力学系统100的各种元件。在一些实施例中，机身102具有产生基本上圆形横截面的圆柱形形状。机身102可具有约1.5英寸至9英寸之间(例如4.5英寸)的外半径。根据一些实施方式，天线结构104环绕在机身102的圆周的至少一部分周围。天线结构104可以环绕在机身102的整个圆周周围。天线结构104包括端射天线阵列，其具有锥形馈线从而制导辐射朝向空气动力学系统100的所述飞行方向。金属外层包括平行槽阵列。每个单独的平行槽具有沿第一方向(围绕机身102的外侧卷曲)的长度，并且每组平行槽沿基本垂直于第一方向的第二方向而布置，其中第二方向沿着空气动力学系统100的长度(例如以与飞行方向相同的方向)。如本文所使用的，术语“基本上”在用于描述角度时意味着在5度之内。因此，例如，如果第一方向基本上垂直于第二方向，则第一方向与第二方向相交形成的角度在85度至95度的范围内。每组平行槽代表一个端射天线，其具有自己的锥形馈线(未示出，因为馈线位于槽下方)，从而使得天线结构104包括沿着空气动力学系统100的飞行路径方向而定向的多个端射天线。本文提供了关于端射天线的设计和制造的更多细节。

机身102可以具有任意数量的配置并且可以由任意数量的材料实现。例如，机身102可以是由诸如钛或聚合物复合材料之类的轻质材料制成的圆柱体。机身102可以是单块材料，或者可以是单独形成然后在后续过程中接合的多块。在后一种情况下，可以使用多种材料，例如在一个实施例情况中的铝端盖、钛中央主体部分和聚合物鼻锥。机身102通常具有沿飞行方向而延伸的长度(例如在机身102的鼻锥与端盖或后端之间)。在更一般的意义上，机身102并不旨在限于任何特定的设计或配置，如根据本公开将理解的那样。

在一些实施方式中，天线结构104轻微嵌入，从而使得天线结构104的顶表面与机身102的外表面齐平。天线结构104的顶表面可以是介电材料，其作为下方天线的天线罩。在一些实施方式中，介电材料负载有聚四氟乙烯(PTFE)。

空气动力学系统100可包括一个或多个机翼106或翼片(例如尾翼片、中部翼片、前翼片、可移动或可控翼片、固定翼片和/或任何其它此类制导射弹特征)。每个机翼106的倾斜角度和大体定向可以经由机载空气动力学系统100上的制导系统而独立地控制，从而改变飞行路径。在更一般的意义上，空气动力学系统100并不旨在限于任何特定组的机翼106或其它翅片，并且如将理解的，一些设计可以不具有任何翅片。

图2示出了可以在机载空气动力学系统100上使用从而发射和/或接收RF辐射的示例RF系统200。根据一些实施方式，发射RF辐射用于制导和/或归位目的。RF系统200包括处理器202、数模转换器(DAC)204、RF前端电路206、模数转换器(ADC)208和天线结构104。在一些情况下，处理器202、DAC 204、RF前端电路206或ADC 208中的任一个被植入为系统级封装，或填充在印刷电路板(PCB)上的芯片组，而芯片组又可以填充到多底座系统或其它更高级别系统的底座中，尽管可以使用任意数量的实施。RF系统200可以是发送和/或接收RF信号的机载空气动力学系统100上的电子设备的一部分。

处理器202可以配置为生成和/或接收用于通信或制导目的的数字信号。如本文所使用的，术语“处理器”可以指代处理来自寄存器和/或存储器的电子数据从而将该电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何设备或设备的部分。处理器202可包括一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元(CPU)、定制半导体或任何其它合适的处理设备。

DAC 204可被实现为从处理器202接收数字信号并将该信号转换成可经由天线结构104发送的模拟信号。DAC 204可以是任何已知类型的DAC而没有限制。在一些实施方式中，DAC 204具有约6GHz至约12GHz之间的线性范围，并且输入分辨率在6位至12位的范围内，但是本公开不旨在限于此类具体实施细节。

根据一个实施方式，RF前端电路206可以包括各种组件，其被设计成对所接收的模拟信号的所选部分进行滤波、放大和调谐。RF前端电路可以被设计为具有高动态范围，可以在很宽的频率带宽上进行调谐。例如，RF前端电路204可以包括能够调谐到具有千兆赫范围内的带宽(诸如5GHz与50GHz之间的带宽)的信号内的特定频率范围的组件。在一些实施方式中，RF前端电路204将从DAC 204接收的AC信号调制到较低频率的载波信号上。在一些实施方式中，RF前端电路204从天线结构104接收模拟信号，并对所接收的信号执行解调、滤波或放大中的一项或多项。在一些实施方式中，RF前端电路204包括一起封装在系统级封装(SIP)中的一个或多个集成电路(IC)芯片。

ADC 208可以被实施为从RF前端电路206接收模拟信号并且将该信号转换成可以由处理器202接收从而用于进一步分析的数字信号。ADC 208可以是任何已知类型的ADC而没有限制。在一些实施方式中，ADC 208具有约6GHz与约12GHz之间的线性范围，并且输入分辨率在6位至12位的范围内，但是本公开不旨在限于此类具体实施细节。

根据一些实施方式，天线结构104从RF前端电路206接收RF信号并将该信号发射出并远离空气动力学系统100。RF信号可以被馈送到围绕空气动力学系统100的机身而布置在一起的多个锥形馈线中的每一个的窄端。在一些实施方式中，天线结构104接收撞击在空气动力学系统100上的RF辐射并且将接收到的RF辐射转换为由RF前端电路206接收的模拟信号。

端射天线设计

图3A和图3B示出了根据一些实施方式的包括形成端射天线阵列的两个图案化金属层的示例天线基板300的相对侧。天线基板300包括如图3A所示在基板的第一侧上的第一图案化金属层302和如图3B所示在基板的相对侧上的第二图案化金属层306，从而使得翻转基板露出第一层或第二图案化金属层。根据一些实施方式，天线基板300具有在约8英寸与约9英寸之间的长度以及在约3英寸与约4英寸之间的高度。天线基板300的长度可以是任何合适的长度从而完全环绕空气动力学系统100的机身102。在一些实施例中，基板是足够柔性从而围绕空气动力学系统100的圆周弯曲的任何PCB材料。第一图案化金属层302与第二图案化金属层306的图案化特征对齐。

根据一些实施方式，第一图案化金属层302包括其中金属已被去除的多个平行槽304。每个槽304可具有约0.5英寸至约1.0英寸之间的长度。在一些实施方式中，槽304具有大约0.8英寸的长度。根据一些实施方式，槽304布置成跨第一图案化金属层302的平行组。每组槽304包括具有不同宽度的槽，其中最宽的槽位于给定组的一端并且最窄的槽位于给定组的相对端。给定组中的最宽的槽与最窄的槽之间的槽具有逐渐变大的宽度，如参考图4A更详细地描述的那样。根据一些实施方式，相邻组的槽304间隔约0.75英寸至约1.25英寸之间的距离。第一图案化金属层302的金属电接地从而确保不存在会干扰RF传输的浮动电荷。

根据一些实施方式，第二图案化金属层306包括由接地平面310包围的一系列锥形馈线308。顾名思义，接地平面310电接地至与第一图案化金属层302的金属相同的地面。根据一些实施方式，每个锥形馈线308与相应组槽304对齐，从而使得锥形馈线308的长度在基本上垂直于槽304的长度方向的方向上延伸。天线输入/输出(I/O)耦合到馈线308的窄端，从而使得电能在经由连接在锥形馈线308的宽端与接地平面310之间的电阻器而耗散到接地平面310之前沿着馈线308朝宽端传播(在RF传输期间)，如参照图4B更详细地示出的那样。

虽然出于清楚的目的而被示出为平板，但是天线基板300被设计成环绕在空气动力学系统的机身周围。对于具有圆柱形机身的空气动力学系统，天线基板300被设计成环绕机身圆周的至少一部分。在一些实施方式中，如图1所示，天线基板300环绕机身的整个圆周。根据一些实施方式，八个端射天线被示出在天线基板300上并且布置成平行阵列。任何数量的端射天线可以布置在天线基板300上。在一些实施方式中，天线基板300上的端射天线的数量是四的倍数。

图4A示出了根据一些实施方式的包括图3所示的第一图案化金属层和第二图案化金属层的一个示例端射天线400的俯视图。注意，图4A中所示的特定元件不一定按比例绘制并且主要用于描述目的。槽304如上所述对齐在相应的锥形馈线308上，从而使得锥形馈线308在基本垂直于槽304的长度方向的方向上延伸。注意，槽304存在于第一平面中，并且锥形馈线308存在于第一平面下方的平行第二平面中。

根据一些实施方式，各个槽304的宽度在从馈线308的窄端到馈线308的宽端的方向上增加。在一些实施例中，最窄的槽401最靠近锥形馈线的最窄端对齐。最宽的槽403最靠近锥形馈线308的最宽端对齐。根据一些实施方式，最窄的槽401的宽度在0.01至0.07英寸之间，而最宽的槽401的宽度在0.08至0.18英寸之间。在一个实施例中，最窄的槽大约0.04英寸宽，而最宽的槽403大约0.13英寸宽。某些槽设计可能与图4A所示略有不同。例如，一些槽可以具有相同的宽度或者以彼此之间不同的间距布置。本文参考图7A和图7B提供了一些其它示例槽设计。

根据一些实施方式，槽304被布置为使得它们在相邻槽之间具有大约1/4波长间隔。因此，槽之间的设计间距可以取决于应用并且根据感兴趣的RF辐射波长而改变。在一些实施方式中，槽304被设计成在相邻槽之间具有1/2波长至1/4波长之间的间隔。

根据一些实施方式，天线I/O 402设置在锥形馈线308的最窄端处。天线I/O可以表示任何类型的耦合，例如焊接到锥形馈线308的导线。将作为RF辐射传输的模拟信号经由天线I/O 402施加到锥形馈线308。在信号传输期间，由于锥形馈线308的较窄部分与较细槽重叠，较弱的耦合发生在锥形馈线308的较窄端处，而由于锥形馈线308的较宽部分与较宽槽重叠，较强的耦合发生在锥形馈线308的较宽端处。另外，由端射天线接收的RF信号将沿着锥形馈线308生成在天线I/O 402处接收的电信号。

根据一些实施方式，端射天线400设置在空腔404上方。在一些实施方式中，空腔404设置在空气动力学系统的机身的外表面中，从而使得端射天线400(作为柔性天线基板的一部分)环绕机身并且位于空腔404上方。空腔404电接地到与第一图案化金属层302和第二图案化金属层306的接地平面310相同的地面。

如上所述，根据一些实施方式，锥形馈线308的宽端终止于连接到电接地平面310的电阻器406。电阻器406可具有约10欧姆至50欧姆之间的电阻。在一些实施方式中，电阻器406具有约30欧姆的电阻。根据一些实施方式，选择电阻器406的电阻从而消除或显著减少穿过锥形馈线308形成的任何反向波。电阻器406可以由任何标准电阻器材料制成，例如碳、金属氧化物或氮化物、或陶瓷等，仅举一些例子。

图4B示出了根据一些实施方式的穿过平面A-A'截取的第一图案化金属层和第二图案化金属层的截面图。第一图案化金属层302与下面具有锥形馈线308和接地平面310的第二图案化金属层之间的空间可以包括基板，基板具有位于基板的顶表面上的第一图案化金属层302以及位于基板的底表面上的锥形馈线308和接地平面310。电阻器406耦合在锥形馈线308的宽端与接地平面310之间。根据一些实施方式，锥形馈线308更靠近第一图案化金属层302，然后更靠近空腔404的接地表面407，从而实现与槽304的更好的RF耦合。虽然为了清楚起见未示出，但是空腔404可以填充有介电材料，该介电材料可以与在第一图案化金属层与第二图案化金属层之间使用的介电材料相同。在一些其它实施方式中，与在天线基板的相对侧上具有第一图案化金属层和第二图案化金属层的天线基板的介电常数相比，空腔404内的介电材料具有较低的介电常数。根据一些实施方式，在每个端射天线400(例如对于跨基板300示出的每个端射天线)下方使用单独的空腔404从而避免槽下方的相互耦合以及任何辐射RF图案的损坏。

根据一些实施方式，可以制作导电连接408从而将接地平面310与第一图案化金属层302电连接。导电连接408可以是填充有导电材料的通路(例如镀覆通孔)，其延伸跨过天线基板的厚度。在一些其它实施例中，导电连接408表示用于将接地平面310与第一图案化金属层302连接的一个或多个金属迹线或导线。

图5A示出了根据一个实施方式的材料层堆叠500的横截面图，该堆叠材料层500构成了环绕空气动力学系统的机身的天线结构。材料层堆叠500可以设置在机身的外金属表面502上。根据一些实施方式，材料层堆叠500包括在天线基板504的任一侧上的第一图案化金属层302和第二图案化金属层306。任何介电材料或多层介电材料可以用于天线基板504。在一些实施例中，天线基板504是厚度约为500微米的层压基板(例如Rogers RT/duroid5880高频层压板，其是用玻璃微纤维增强的PTFE复合材料，仅作为示例)。在一些实施例中，天线基板504具有约1.75至约2.25之间的介电常数。

材料层堆叠500还包括夹在第二图案化金属层306与机身的外金属表面502之间的下介电层506。根据一些实施方式，下介电层506用于填充机身中的空腔，从而使得外金属表面502代表空腔的接地表面407，如图4B所示。下介电层506可以具有比天线基板504更低的介电常数。例如，下介电层506可以具有在1至1.2之间的介电常数。在一些实施方式中，下介电层506具有约2.5mm的厚度。在一些实施方式中，下介电层506包括聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)。

材料层堆叠500还包括位于第一图案化金属层302上方的上介电层508。根据一些实施方式，上介电层508充当天线罩层从而保护材料层堆叠500的其它层免受环境影响。根据一些实施方式，上介电层508具有相对高的介电常数(例如高于天线基板504的介电常数)，从而沿着第一图案化金属层302的顶表面生成泄漏表面波。泄漏表面波会将辐射向前制导至空气动力学系统的前部。在一些实施方式中，上介电层508具有2.75与3.25之间的介电常数。在一些实施方式中，上介电层508具有约1mm的厚度。上介电层508的厚度可以被设计为大约感兴趣的RF辐射的1/4波长，并且因此可以根据应用而改变。在一些实施方式中，上介电层508包括基于特氟隆的聚合物。

根据一些实施方式，胶合层510用于将材料层堆叠500内的某些层结合在一起。例如，材料层堆叠500包括第一图案化金属层302与上介电层508之间、第二图案化金属层306与下介电层506之间、以及下介电层506与外金属表面502之间的胶合层510。任何粘合材料都可以用于胶合层510。在一些实施方式中，胶合层510中使用的粘合材料的介电常数介于约3.25至约3.75之间。胶合层510可具有约100微米至200微米之间的厚度。

图5B示出了根据实施方式的构成环绕空气动力学系统的机身的天线结构的另一个材料层堆叠501的横截面图。材料层堆叠501可以设置在机身的外金属表面502上。根据一些实施方式，材料层堆叠501与材料层堆叠500的不同之处在于具有第一图案化金属片材512和第二图案化金属片材514作为单独的金属片材而不是基板504上的图案化金属层。因此，材料层堆叠501中的一些层与材料层堆叠500中的层类似并且使用相同的数字标签。

根据一些实施方式，与材料层堆叠500相比，材料层堆叠501包括更多胶合层510从而固定第一图案化金属片材512和第二图案化金属片材514。在一些实施例中，材料层堆叠501包括薄层邻近第一图案化金属片材512且位于第一图案化金属片材512与胶合层510之间的聚酰亚胺薄层，并且材料层堆叠501包括邻近第二图案化金属片材514且位于第二图案化金属片材514与胶合层510之间的聚酰亚胺薄层。

材料层堆叠501还包括夹在第一图案化金属片材512与第二图案化金属片材514之间的中间部分介电层516。中间部分介电层516可以具有比天线基板504更低的介电常数。例如，中间部分介电层516可以具有在1至1.2之间的介电常数。中间部分介电层516可以是与下介电层506相同的介电材料。在一些实施方式中，中间部分介电层516具有约1mm的厚度。

图6A和图6B比较根据一些实施方式的不同开槽的端射天线设计的RF辐射特征。图6A示出远离第一图案化金属层302的开槽表面的传输辐射图案602。因为第一图案化金属层302充当有限金属接地平面，所以辐射图案602沿第一图案化金属层302远离掠射角而辐射。因为天线结构位于远离空气动力学系统前部的后面，所以将增益更多地制导至空气动力学系统的前部对于归位应用是有利的。

图6B示出了远离包括介电层(例如上介电层508)的第一图案化金属层302的开槽表面的另一个传输辐射图案604。上介电层508的存在减慢了表面波的速度并且导致表面波在沿着第一图案化金属层302传播期间逐渐辐射为漏波。减慢的表面波导致辐射图案604以较低角度辐射更接近表面，从而将增益制导至空气动力学系统的前部。

在一些实施方式中，上介电层508的厚度小于或等于所传输的RF辐射的波长的1/2。尽管迄今为止的讨论描述了用作材料堆叠的顶层从而产生泄漏表面波的介电材料，但也可以使用其它材料来产生类似的效果。例如，磁性材料层也可能导致泄漏表面波。在一些其它实施例中，波纹金属图案增加了电感，这可能导致泄漏表面波。

如上所述，根据一些实施方式，第一图案化金属层302上的槽304可被改变以从而实现双频带串联馈电端射设计。具有相同长度的槽可为给定的波长范围提供单频带设计。通过改变一些槽的长度，可以使用天线传输或接收不同的频带。

图7A示出了可以用来代替第一图案化金属层302上的槽304的一个示例槽设计。该槽设计包括具有第一长度的第一多槽702和具有比第一长度短的第二长度的第二多槽704。第二多槽704中的每一个与第一多槽702中的一个交替。通过单独地交替不同的槽长度，可以使用两个不同的频带。根据一些实施方式，与第一多槽702相关联的第一频带大约是与第二多槽704相关联的第二频带的频率的两倍。根据一些实施方式，至少第一多槽702的宽度沿着端射天线的长度而增加，类似于槽304的增加的宽度。在一些实施方式中，在每对第一多槽702之间包括多于一个第二多槽704。增加较长槽对之间的较短槽的数量增加了频带之间的比率。例如，如果在每对较长槽(第一多槽702)之间提供两个较短槽(第二多槽704)，则两个频带将具有3:1的比率。

图7B示出了可以用来代替第一图案化金属层302上的槽304的另一个示例槽设计，两个创建两个不同的频带。该槽设计包括具有第一长度的第一多槽706和具有比第一长度短的第二长度的第二多槽708，其中第一多槽706位于第一槽组中，第一槽组与第二槽组相邻，第二槽组包括第二多槽708。在一些实施方式中，第一多槽706对齐在锥形馈线的较宽部分上，并且第二多槽708对齐在锥形馈线的较窄部分上，锥形馈线位于第一图案化金属层302下方的单独金属层上，如参考图5B所描述的那样。在一些实施方式中，第二多槽708的长度在第一多槽706的方向上变得越来越长。在一些实施方式中，端射天线下方的空腔成形为适于不同的槽长度(例如，空腔在第一多槽706下方较宽并且在第二多槽708下方较窄)。

图8是根据本公开的实施方式的用于制造空气动力学系统的机身周围的端射天线结构(例如天线结构104)的示例方法800的流程图。虽然本文描述的方法可能看起来具有特定的操作顺序，但是其它实施方式可以不限于此。因此，操作的顺序可以在实施方式之间变化，如根据本公开将显而易见的那样。

方法800开始于框802，其中将片材环绕在空气动力学系统的机身周围，该片材具有附接至片材的介电材料板。根据一些实施方式，介电材料板成形为装配在机身中形成的空腔内，从而使得给定的介电材料板装配在对应的空腔内。介电材料板可以与作为材料层堆叠500的一部分的下介电层506相同。因此，介电材料板可以是介电常数在1至1.2之间的PMI。介电材料板可以松散地结合至片材，从而使得当将片材从机身剥离时它们可以容易地分离。根据一些实施方式，片材是任何环氧基材料，例如来自3M(Maplewood,MN)的AF126片材环氧树脂。

方法800继续到框804，其中将片材从机身剥离，留下介电材料板。根据一些实施方式，每个介电材料板留在围绕机身圆周的相应空腔内。

方法800继续到框806，其中天线基板(例如天线基板300)在介电材料板上方环绕机身。根据一些实施方式，天线基板被环绕，从而使得天线基板上的每个端射天线对齐在对应的介电材料板上方。例如，如果8个端射天线平行布置在天线基板上，则8个介电材料板将围绕机身圆周的至少一部分而设置，从而与天线基板上的8个端射天线中的每一个对齐。在将天线基板环绕在机身圆周的至少一部分周围之后，可以将蛤壳式支架应用在天线基板的外侧周围从而将其固定就位并允许任何粘合剂完成固化。

方法800继续到框808，其中顶介电层环绕在机身周围和天线基板上方。根据一些实施方式，顶介电层用作下面的天线基板的天线罩结构，并且可以与作为材料层堆叠500的一部分的上介电层508相同。因此，顶介电层可以包括基于特氟隆的聚合物，具有在2.75至3.25之间的介电常数。在将顶介电层环绕在下面的天线基板的至少一部分周围之后，可以将蛤壳式支架施加在顶介电层的外侧周围从而将其固定就位并允许任何粘合剂完成固化。

本文中阐述了许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，普通技术人员将理解，无需这些具体细节也可以实践实施方式。在其它情况下，没有详细描述众所周知的操作、组件和电路，以免使实施方式变得模糊。可以理解，本文公开的具体结构和功能细节可以是代表性的并且不一定限制实施方式的范围。另外，虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于本文描述的特定特征或动作。相反，本文描述的具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

进一步的示例实施方式

以下实施例涉及另外的实施方式，从中许多排列和配置将是显而易见的。

实施例1是配置为环绕空气动力学系统的机身的天线结构，该机身具有沿第一方向的长度。该天线结构包括第一图案化金属层、第二图案化金属层以及包括第一图案化金属层和第二图案化金属层的材料层堆叠。第一图案化金属层包括蚀刻穿过金属的多个平行槽，每个平行槽在垂直于第一方向的第二方向上纵向延伸。第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频(RF)馈线，窄端耦合到输入/输出(I/O)天线连接，其中第二图案化金属层对齐在第一图案化金属层上，从而使得锥形RF馈线具有在第一方向上延伸跨过多个平行槽的长度。材料层堆叠是柔性的，从而使得材料层堆叠配置为至少部分地环绕空气动力学系统的机身。

实施例2包括实施例1的主题，其中，材料层堆叠配置为环绕机身的整个圆周。

实施例3包括实施例1或2的主题，其中，材料层堆叠包括：第一介电层，其位于第一图案化金属层与第二图案化金属层之间；以及第二介电层，其位于第一图案化金属层上方，从而使得第一图案化金属层夹在第一介电层与第二介电层之间。

实施例4包括实施例3的主题，其中，第二介电层具有比第一介电层更高的介电常数。

实施例5包括实施例3或4的主题，其中，第一介电层包括聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)并且第二介电层包括聚四氟乙烯(PTFE)。

实施例6包括实施例1-5中任一项的主题，其中，第一图案化金属层位于柔性基板的正面上，并且第二图案化金属层位于柔性基板的背面上。

实施例7包括实施例6的主题，其中，材料层堆叠包括位于第一图案化金属层上方的介电层，其中介电层具有比柔性基板更高的介电常数。

实施例8包括实施例6或7的主题，还包括连接在第一图案化金属层与第二图案化金属层之间的一个或多个镀覆通孔。

实施例9包括实施例1-8中任一项的主题，其中，多个平行槽各自具有相同的长度。

实施例10包括实施例9的主题，其中，多个平行槽具有沿着第一方向增加的宽度，从而使得锥形RF馈线的宽端对齐在具有多个平行槽中最大宽度的槽上，并且锥形RF馈线的窄端对齐在具有多个平行槽中最小宽度的槽上。

实施例11包括实施例1-10中任一项的主题，其中，多个平行槽包括具有第一长度的第一槽组和具有比第一长度短的第二长度的第二槽组。

实施例12包括实施例11的主题，其中，第一槽组中的槽与第二槽组中的槽沿第一方向交替。

实施例13包括实施例11的主题，其中，第一槽组与第二槽组相邻。

实施例14包括实施例1-13中任一项的主题，其中，第二图案化金属层包括接地平面，并且其中，天线结构还包括耦合在锥形RF馈线与接地平面之间的电阻器。

实施例15包括实施例1-14中的主题，其中，所述多个平行槽是第一组平行槽，并且第一图案化金属层包括多组平行槽，所述多组平行槽中的每一个槽彼此平行。

实施例16包括实施例15的主题，其中，第二图案化金属层包括多个锥形RF馈线，其中，多个锥形RF馈线中的每个锥形RF馈线对齐在多组平行槽中的相应组平行槽上方。

实施例17包括实施例1-16中任一项的主题，还包括材料层堆叠与机身之间的介电材料。

实施例18包括实施例17的主题，其中，机身具有空腔并且介电材料布置在空腔内。

实施例19是包括实施例1-18中任一项的天线结构的制导弹药。

实施例20是配置为用于空气动力学系统的RF系统。RF系统包括：处理器，其配置为生成数字信号；至少一个数模转换器(DAC)，其配置为将数字信号变换为模拟信号；前端电路，其配置为从DAC接收模拟信号并执行对模拟信号进行放大、上变频、调制或滤波，从而提供传输信号；以及天线结构，其配置为辐射从前端电路接收的传输信号。该天线结构包括第一图案化金属层、第二图案化金属层以及包括第一图案化金属层和第二图案化金属层的材料层堆叠。第一图案化金属层包括多个穿过金属蚀刻的平行槽，每个平行槽在垂直于第二方向的第一方向上纵向延伸，第二方向沿着在鼻锥与尾端之间延伸的空气动力学系统的长度。第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频(RF)馈线，窄端耦合到输入/输出(I/O)天线连接，其中第二图案化金属层对齐在第一图案化金属层上，从而使得锥形RF馈线具有在第二方向上延伸跨过多个平行槽的长度。材料层堆叠是柔性的，从而使得材料层堆叠配置为至少部分地环绕空气动力学系统的机身。

实施例21包括实施例20的主题，其中，材料层堆叠配置为环绕机身的整个圆周。

实施例22包括实施例20或21的主题，其中，材料层堆叠包括：第一介电层，其位于第一图案化金属层与第二图案化金属层之间；以及第二介电层，其位于第一图案化金属层上方，从而使得第一图案化金属层夹在第一介电层与第二介电层之间。

实施例23包括实施例22的主题，其中，第二介电层具有比第一介电层更高的介电常数。

实施例24包括实施例22或23的主题，其中，第一介电层包括聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)并且第二介电层包括聚四氟乙烯(PTFE)。

实施例25包括实施例20-24中任一项的主题，其中，第一图案化金属层位于柔性印刷电路板(PCB)的正面上，并且第二图案化金属层位于柔性PCB的背面上。

实施例26包括实施例25的主题，其中，材料层堆叠包括第一图案化金属层上方的介电层，其中该介电层具有比柔性PCB更高的介电常数。

实施例27包括实施例25或26的主题，其中，天线结构还包括连接在第一图案化金属层与第二图案化金属层之间的一个或多个镀覆通孔。

实施例28包括实施例20-27中任一项的主题，其中，多个平行槽各自具有相同的长度。

实施例29包括实施例28的主题，其中，多个平行槽具有沿着第二方向增加的宽度，从而使得锥形RF馈线的宽端对齐在具有多个平行槽中最大宽度的槽上，并且锥形RF馈线的窄端对齐在具有多个平行槽中最小宽度的槽上。

实施例30包括实施例20-29中任一项的主题，其中，多个平行槽包括具有第一长度的第一槽组和具有比第一长度短的第二长度的第二槽组。

实施例31包括实施例30的主题，其中，第一槽组中的槽与第二槽组中的槽沿第二方向交替。

实施例32包括实施例30的主题，其中，第一槽组与第二槽组相邻。

实施例33包括实施例20-32中任一项的主题，其中，第二图案化金属层包括接地平面，并且其中，天线结构还包括耦合在锥形RF馈线与接地平面之间的电阻器。

实施例34包括实施例20-33中任一项的主题，其中，所述多个平行槽是第一组平行槽，并且第一图案化金属层包括多组平行槽，所述多组平行槽中的每一个槽彼此平行。

实施例35包括实施例34的主题，其中，第二图案化金属层包括多个锥形RF馈线，多个锥形RF馈线中的每个锥形RF馈线对齐在多组平行槽中的相应组平行槽上方。

实施例36包括实施例20-35中任一项的主题，其中，空气动力学系统是制导弹药。

实施例37包括实施例36的主题，其中，传输信号是用于制导该制导弹药的归位信号。

实施例38包括实施例20-37中任一项的主题，其中，天线结构还包括位于材料层堆叠与机身之间的介电材料。

实施例39包括实施例38的主题，其中，机身具有空腔并且介电材料布置在空腔内。

实施例40是一种制造配置用于空气动力学系统的天线结构的方法。该方法包括：将具有多个介电材料板的片材环绕在空气动力学系统的机身周围；去除该片材，从而将介电材料板留在机身中相应的空腔内；将柔性基板环绕在机身周围和介电材料板之上。柔性基板包括：柔性基板的第一表面上的第一图案化金属层，其中第一图案化金属层包括蚀刻穿过金属的多个平行槽，每个平行槽在第一方向上纵向延伸；以及第二图案化金属层，其位于柔性基板的与第一表面相对的第二表面上，其中第二图案化金属层包括具有窄端和宽端的锥形射频(RF)馈线，窄端耦合到输入/输出(I/O)天线连接，其中，第二图案化金属层与第一图案化金属层对齐，从而使得锥形RF馈线具有沿基本垂直于第一方向的第二方向而延伸跨过多个平行槽的长度。该方法还包括将介电层至少部分地环绕在机身周围和柔性基板上方。