有源频率选择表面单元及阵列、方向图可重构天线制造技术

本发明专利技术公开了一种有源频率选择表面单元及阵列、方向图可重构天线，所述单元包括第一PIN二极管、第二PIN二极管以及由下而上依次层叠设置的第一介质层、金属接地层、第二介质层；所述第一介质层的下表面设置有第一形状的第一金属片，所述第一金属片设置有第一通孔，所述第一通孔的水平投影呈凹型；所述第二介质层的上表面设置有第二形状的第二金属片和矩形的第三金属片，所述第二金属片设置有矩形通孔，所述第三金属片位于所述矩形通孔内，所述矩形通孔的中心和所述第三金属片的中心重合。本发明专利技术提供的有源频率选择表面单元及阵列、方向图可重构天线，通过控制PIN二极管的通断使得天线的辐射方向图在空间实现可重构。

【技术实现步骤摘要】
有源频率选择表面单元及阵列、方向图可重构天线
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种有源频率选择表面单元及阵列、方向图可重构天线。
技术介绍
随着无线通讯系统的快速发展，可重构天线作为有效利用有限光谱和空间资源的良好候选成为了研究热点，特别是方向图可重构天线已经引起大量的关注。目前，对可重构天线的研究主要集中在电可重构天线方面，通过加载射频电子器件或者使用机械的方法来改变天线的辐射传输或者辐射模式来实现天线工作模式的转换。频率选择表面(FSS，FrequencySelectiveSurface)通常是由一些按照一定方式排列的金属表面缝隙或者介质表面金属贴片组成的周期性结构。它能够选择性地反射或是透射不同频率、极化、入射角度的电磁波，其本质上被认为是一种空间滤波器。有源频率选择表面是指在无源频率选择表面添加PIN二极管、变容二极管等有源器件，通过调节器件的偏置电压或者电流来改变频率选择表面特性。PIN二极管作为一种微波射频开关，具有响应速度快、体积小、价格便宜等优点，利用PIN二极管作为转换开关的可重构天线，原理上是通过PIN二极管改变天线的电流路径，研究加载PIN二极管的频率选择表面以实现天线的方向图可重构具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何利用加载PIN二极管的频率选择表面实现天线的方向图可重构。本专利技术通过下述技术方案实现：一种有源频率选择表面单元，包括第一PIN二极管、第二PIN二极管以及由下而上依次层叠设置的第一介质层、金属接地层、第二介质层；所述第一介质层的下表面设置有第一形状的第一金属片，所述第一金属片设置有第一通孔，所述第一通孔的水平投影呈凹型；所述第一介质层设置有第一过孔，所述金属接地层设置有第二通孔，所述第二介质层设置有第二过孔；所述第二介质层的上表面设置有第二形状的第二金属片和矩形的第三金属片，所述第二金属片设置有矩形通孔，所述第三金属片位于所述矩形通孔内，所述矩形通孔的中心和所述第三金属片的中心重合，所述矩形通孔的长度方向与所述第一通孔的长度方向平行，所述矩形通孔的宽度方向与所述第一通孔的宽度方向平行，所述第三金属片通过所述第二过孔、所述第一过孔与所述第一金属片电气连接；所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端连接所述第二金属片的上表面，所述第一PIN二极管的另一端和所述第二PIN二极管的另一端连接所述第三金属片的上表面，所述第一PIN二极管的轴线和所述第二PIN二极管的轴线重合。可选的，所述第一形状和所述第二形状均为圆形。可选的，所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端极性相同。可选的，所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端极性相反。可选的，所述第一过孔的水平投影落入所述第一金属片的水平投影和所述第二通孔的水平投影内，所述第二过孔的水平投影落入所述第三金属片的水平投影和所述第二通孔的水平投影内，所述第一过孔的水平投影和所述第二过孔的水平投影重合。可选的，所述第一金属片、所述第一过孔、所述第二通孔、所述第二过孔以及所述第三金属片的中轴线重合。可选的，所述有源频率选择表面单元，还包括设置有第三通孔的金属粘合层；所述金属粘合层设置在所述第一介质层和所述金属接地层之间或者设置在所述第二介质层和所述金属接地层之间，所述第三通孔的水平投影和所述第一过孔的水平投影重合。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种有源频率选择表面，包括M行、N列呈阵列排布的上述有源频率选择表面单元，其中，M和N为不小于2的整数。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种方向图可重构天线，包括喇叭天线、控制模块以及权利要求8所述的有源频率选择表面；所述喇叭天线的喇叭口位于所述有源频率选择表面的正下方；所述控制模块用于控制所述第一PIN二极管和所述第二PIN二极管的通断。可选的，所述控制模块为单片机。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供的有源频率选择表面单元，相比于现有的频率选择表面单元具有更好的插入损耗和3dB压缩点；本专利技术提供的有源频率选择表面阵列，在实现方向图可重构的同时比现有的阵列具有更小的尺寸；本专利技术提供的方向图可重构天线，通过控制模块控制第一PIN二极管和第二PIN二极管的通断来改变所述有源频率选择表面单元的状态，进而得到不同的阵列结构，最终使得天线的辐射方向图在空间实现可重构。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是本专利技术实施例的有源频率选择表面单元的部分结构示意图；图2是本专利技术实施例的接收表面的结构示意图；图3是本专利技术实施例的金属接地层的结构示意图；图4是本专利技术实施例的发射表面的结构示意图；图5是本专利技术实施例的有源频率选择表面单元在第一状态下的S参数图；图6是本专利技术实施例的有源频率选择表面单元在第二状态下的S参数图；图7是本专利技术实施例的有源频率选择表面单元在两种状态下的相位图；图8是本专利技术实施例的有源频率选择表面阵列的结构示意图；图9是本专利技术实施例的方向图可重构天线的部分结构示意图；图10是本专利技术一种实施例的有源频率选择表面阵列的工作状态示意图；图11是本专利技术一种实施例的有源频率选择表面阵列的辐射方向图；图12是本专利技术另一种实施例的有源频率选择表面阵列的工作状态示意图；图13是本专利技术另一种实施例的有源频率选择表面阵列的辐射方向图；图14是本专利技术又一种实施例的有源频率选择表面阵列的工作状态示意图；图15是本专利技术又一种实施例的有源频率选择表面阵列的辐射方向图；图16是本专利技术再一种实施例的有源频率选择表面阵列的辐射方向图图17是本专利技术实施例的有源频率选择表面阵列在未加载喇叭天线时的辐射方向图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施例提供一种有源频率选择表面单元，参考图1至图4，所述有源频率选择表面单元包括第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2以及由下而上依次层叠设置的第一介质层11、金属接地层12、第二介质层13。具体地，所述第一介质层11设置有第一过孔111，所述第一过孔111为印制导线孔，即所述第一过孔111的孔壁上镀有导电的金属。参考图2，作为所述有源频率选择表面单元的接收表面，所述第一介质层11的下表面设置有第一形状的第一金属片14，所述第一金属片14设置有第一通孔141，所述第一通孔141的水平投影呈凹型，所述凹型的开口方向为所述第一通孔141的长度方向。进一步，所述第一金属片14通常为PEC覆铜，通过对PEC覆铜进行刻蚀可以获得所述第一通孔141，所述第一通孔141的尺寸可根据实际情况进行设置。作为一具体实施例，所述第一形状可以为圆形，其半径设置为1.4mm；所述第一通孔141的尺寸为：第一宽度a为1.4mm，第一长度b为2.4mm，第二宽度w为0.4mm，第二长度t为1.4mm。参考图3，所述金属接地层12设置有第二通孔121。进一步，所述金属接地层12通常为铜箔层，通过对铜箔层进行刻蚀可以获得所述第二通孔121。所述第二介质层13设置有第二过孔131，所述第二过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源频率选择表面单元，其特征在于，包括第一PIN二极管、第二PIN二极管以及由下而上依次层叠设置的第一介质层、金属接地层、第二介质层；所述第一介质层的下表面设置有第一形状的第一金属片，所述第一金属片设置有第一通孔，所述第一通孔的水平投影呈凹型；所述第一介质层设置有第一过孔，所述金属接地层设置有第二通孔，所述第二介质层设置有第二过孔；所述第二介质层的上表面设置有第二形状的第二金属片和矩形的第三金属片，所述第二金属片设置有矩形通孔，所述第三金属片位于所述矩形通孔内，所述矩形通孔的中心和所述第三金属片的中心重合，所述矩形通孔的长度方向与所述第一通孔的长度方向平行，所述矩形通孔的宽度方向与所述第一通孔的宽度方向平行，所述第三金属片通过所述第二过孔、所述第一过孔与所述第一金属片电气连接；所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端连接所述第二金属片的上表面，所述第一PIN二极管的另一端和所述第二PIN二极管的另一端连接所述第三金属片的上表面，所述第一PIN二极管的轴线和所述第二PIN二极管的轴线重合。

【技术特征摘要】
1.一种有源频率选择表面单元，其特征在于，包括第一PIN二极管、第二PIN二极管以及由下而上依次层叠设置的第一介质层、金属接地层、第二介质层；所述第一介质层的下表面设置有第一形状的第一金属片，所述第一金属片设置有第一通孔，所述第一通孔的水平投影呈凹型；所述第一介质层设置有第一过孔，所述金属接地层设置有第二通孔，所述第二介质层设置有第二过孔；所述第二介质层的上表面设置有第二形状的第二金属片和矩形的第三金属片，所述第二金属片设置有矩形通孔，所述第三金属片位于所述矩形通孔内，所述矩形通孔的中心和所述第三金属片的中心重合，所述矩形通孔的长度方向与所述第一通孔的长度方向平行，所述矩形通孔的宽度方向与所述第一通孔的宽度方向平行，所述第三金属片通过所述第二过孔、所述第一过孔与所述第一金属片电气连接；所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端连接所述第二金属片的上表面，所述第一PIN二极管的另一端和所述第二PIN二极管的另一端连接所述第三金属片的上表面，所述第一PIN二极管的轴线和所述第二PIN二极管的轴线重合。2.根据权利要求1所述的有源频率选择表面单元，其特征在于，所述第一形状和所述第二形状均为圆形。3.根据权利要求1所述的有源频率选择表面单元，其特征在于，所述第一PIN二极管的一端和所述第二PIN二极管的一端极性相同。4.根据权利要求1所述的有源频率选择表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯建强，杨宏宝，刘莉薇，陈泽宇，曹靖宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61