一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，提出了基于单元结构相位曲线拼接的技术，即通过拼接反射阵列单元在介质基板厚度不同时得到的相位曲线实现0～360°的相位补偿，并用插值的方式来建立反射阵列的参变量与相位补偿角之间的联系。该方法的优势是具有普适应性，即阵列单元的相位曲线不需要线性分布，可以任意分布且不需要覆盖0～360°，此方法降低了对阵列单元的设计要求。本发明专利技术采用了固态等离子体来代替金属工作，固态等离子体由S‑PIN单元组成的阵列实现，S‑PIN单元之间有隔离层进行隔离，通过其两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励S‑PIN单元阵列，从而使得该平面反射阵列天线能够实现全空间扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线
本专利技术属于电子通信领域，特别是微波器件技术、射频系统前端技术和等离子体实用技术等领域，尤其涉及一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线。
技术介绍
随着近代卫星通信，微波通信和航天技术的迅猛发展，对雷达系统提出了更高的要求，要求天线波束能灵活捷变，并缩短反应时间，提高跟踪精度，所以人们对于高增益、可重构、多复用天线的需求越来越高。固态等离子体天线与传统金属天线相比更具有许多独特的优势，例如隐身特性、快速重构特性，并且等离子体天线具有无阻尼振荡和大带宽、高功率等特性。传统的平面反射阵列天线设计容易出现图形的相位尺寸分布曲线不在自己想要的区间范围内，而通过一般的加减周期波长或者相位的转移替换做出的反射阵天线则会造成传输信号在某些方向角度上出现恶化，这也就是此类方法的缺陷，因为他们都改变了R，即喇叭口到阵列单元的距离，虽然改变量较小，误差也较小，但是由此造成了天线性能的不确定性，而本专利技术提出了一种基于单元结构相位曲线拼接技术的方法，去拼接出所需相位的补偿范围，巧妙地解决了上述问题。并且传统平面反射阵列天线所需的贴片单元设计也较为复杂，通常实现相位补偿的方法有三种：第一种，通过改变每个单元贴片末端的传输线长短来实现修正相位；第二种类型的单元主要针对设计圆极化天线，主要特点是让单元具有不同的旋转角度，通过调整单元的旋转角度，来实现相位补偿；第三种主要是通过改变每个单元的电尺寸，来调节入射波的相位。使用上述的传统方法对于相位曲线都要求满足线性度好，而且补偿范围必需满足0～360°，而在现实的天线设计过程中要满足上述要求较为困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提出了一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，利用单元结构相位曲线拼接技术的方法，拼接出所需相位补偿范围，最终通过编程来调控固态等离子体，从而可以快速地组成所需要的反射阵列，实现反射波束的空间任意方向动态扫描。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，包括馈源喇叭，表面具有由可重构的固态等离子体的单元，单层反射阵列和控制固态等离子体的激励模块；单层反射阵列由反射阵列单元组成，反射阵列单元包含底层介质基板和由上层固态等离子体构成的贴片。作为本专利技术一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线的进一步优选方案，固态等离子体由S-PIN单元组成的阵列实现，且S-PIN单元之间有隔离层；具体通过S-PIN单元两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励S-PIN单元阵列，获取固态等离子体。作为本专利技术一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线的进一步优选方案，反射阵列由14×14即196个反射阵列单元组成；反射阵列单元长宽为25mm，反射阵列单元有两种厚度，一种为3mm，另一种为4.4mm，反射阵列单元的介质基板的介电常数均为2.3F/m，磁导率均为1H/m。作为本专利技术一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线的进一步优选方案，反射阵列单元上层贴片为固态等离子体区域，反射阵列单元上层贴片的中央是边长为a的正方形，外围八边形环带由两个外接圆半径分别为7.5mm和5.5mm的八边形相减而成，四个雪花形枝节的中心点距离反射阵列单元中心点距离为每个雪花形枝节由五个长方形组成，每个长方形的宽为0.8mm，长为2mm，相邻两个长方形的夹角为72°，其中左上角的雪花形枝节相对反射阵列单元中心点的坐标为(-10,10)，其余三个由左上角的雪花形枝节绕反射阵列单元中心点旋转90°、180°、270°构成；外围八边形环带由两个外接圆半径分别为7.5mm和5.5mm的八边形相减而成。作为本专利技术一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线的进一步优选方案，馈源喇叭的工作频段为X波段，馈源喇叭位于反射阵列其中一边中心的正上方距反射阵列表面350mm处，馈源喇叭与Z轴夹角为33°。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术相交上述传统的方法具有普适性，采用相位拼接和插值寻优的方式，很容易实现将相位曲线为任意的阵列单元结构进行相位补偿，而覆盖整个0～360°，从而给设计平面反射阵列天线带来了方便；(2)本专利技术可以把两个或多个不满足反射相位补偿范围的反射阵列单元的相位特性曲线进行拼接，只要使得拼接后的曲线相位补偿范围大于360°即可，即使相位曲线的线性度差，也可使用插值技术进行优化，对上述不同的介质基板的厚度没有任何要求，或者说可以采用由任意的图形贴片构成的反射阵列单的相位曲线都可以进行拼接，极大地降低了平面反射阵列设计难度。(2)本专利技术是一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，控制等离子体的激励模块负责控制激发每一个可重构像素,来组成不同尺寸、位置的反射阵列单元；在馈源喇叭的照射下，每个反射阵列单元可以通过修正相位延迟来补偿馈源照射阵列的空间相位差，从而使得整个阵列在某一个远场方向上获得等相位面，实现同相相加，由此得到该方向上的辐射波束。并且，通过控制固态等离子体地激励模块，就可以实现可重构单元表面上反射阵列单元排列的动态变化，以实现辐射波束的动态扫描；(3)本专利技术设计简化，可编程、可调控，属于高性能可重构的天线，能够做到小型化、易集成，并能实现芯片化一体设计，经过合理设计，可工作于整个X波段，能够对全空域进行扫描。附图说明图1(a)为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线的整体示意图；图1(b)为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线的局部示意图；图2为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线的可重构表面的放大结构示意图；图3(a)为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线的阵列单元的正视图；图3(b)为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线的阵列单元的斜视图；图4为单元结构A的相位特性曲线图；图5为单元结构B的相位特性曲线图；图6为反射波束在15°汇聚时，使用插值技术后贴片单元尺寸的坐标分布与单元结构A的相位特性曲线的对比图；图7为反射波束在15°汇聚时，使用插值技术后贴片单元尺寸的坐标分布与单元结构B的相位特性曲线的对比图；图8为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线单元在10.2GHz频率的波束指向15°时的尺寸分布图；图9为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线单元在10.2GHz频率的波束指向20°时的尺寸分布图；图10为基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线单元在10.2GHz频率的波束指向25°时的尺寸分布图；图11(a)基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线在10.2GHz的波束重构在波束指向15°时的平面反射阵列的示意图；图11(b)基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线在10.2GHz的波束重构在波束指向15°时的方向图；图12(a)基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线在10.2GHz的波束重构在波束指向20°时的平面反射阵列的示意图；图12(b)基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线在10.2GHz的波束重构在波束指向20°时的方向图；图13(a)基于固态等离子体的可编程全空间波束扫描天线在10.2GHz的波束重构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，其特征在于：包括馈源喇叭，表面具有由可重构的固态等离子体的单元，单层反射阵列和控制固态等离子体的激励模块；单层反射阵列由反射阵列单元组成，反射阵列单元包含底层介质基板和由上层固态等离子体构成的贴片。

【技术特征摘要】
1.一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，其特征在于：包括馈源喇叭，表面具有由可重构的固态等离子体的单元，单层反射阵列和控制固态等离子体的激励模块；单层反射阵列由反射阵列单元组成，反射阵列单元包含底层介质基板和由上层固态等离子体构成的贴片。2.根据权利要求1所述的一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，其特征在于：固态等离子体由S-PIN单元组成的阵列实现，且S-PIN单元之间有隔离层；具体通过S-PIN单元两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励S-PIN单元阵列，获取固态等离子体。3.根据权利要求1所述的一种基于拼接技术的可编程固态等离子体全空间扫描天线，其特征在于：反射阵列由14×14即196个反射阵列单元组成；反射阵列单元长宽为25mm，反射阵列单元有两种厚度，一种为3mm，另一种为4.4mm，反射阵列单元的介质基板的介电常数均为2.3F/m，磁导率均为1H/m。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：章海锋，李文煜，刘婷，马宇，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32