一种双频双极化波束可控微带反射阵天线制造技术

本发明专利技术公开一种双频双极化波束可控微带反射阵天线，包括介质基板、反射结构及天线馈源。介质基板上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，反射结构位于介质基板下表面，采用金属地板结构，天线馈源位于辐射结构的上半空间。本发明专利技术解决了传统微带反射阵天线只能以单频带或者单极化模式工作、不能实现连续波束扫描的问题，通过使用金属贴片单元和变容二极管，本发明专利技术实现了频率可重构、极化可重构和波束连续扫描，满足了雷达和通信系统对于多功能口径复用的需求，可应用于无线通信领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及电磁场与微波
的一种双频双极化波束可控微带反射阵天线。本专利技术可用于微波波段，天线可以以双频双极化方式工作，适用于现代化的多功能口径复用天线系统。
技术介绍
微带平面反射阵天线则结合了传统抛物面天线和大型相控阵天线的部分优势，具有结构简单、损耗小、易集成、成本低，效率高，波束可精确调控等优点，可以广泛地应用于雷达、卫星通信等领域。随着电子无线通信技术的不断发展和完善，雷达和通信系统都期望天线具有更多的功能性和自适应性。但是传统的微带反射阵列天线只能工作在单个工作频率、单个极化模式，并且只能实现离散的波束扫描，因此实现双频双极化和波束连续扫描是非常有意义的。西北工业大学申请的专利“一种平面高增益微带反射阵列天线”(申请号：201410625792.1，公开号：104362435A)中提出了一种微带反射阵列天线，该天线由微带贴片馈源、极化栅格和微带反射面结构组成。微带反射面由方形金属贴片组成，用金属柱的支架把极化栅格与反射面链接固定，使得极化栅格中偶极子极化方向与馈源极化方向一致，构成了微带反射阵天线。该天线通过使用微带天线的结构，降低了天线的设计和加工难度，制作成本低，同时实现了波束扫描。但是，该天线结构仍然存在的不足之处是，第一，因该天线结构固定，天线只能工作在单个工作频率、单个极化模式，不能满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。第二，该天线虽然实现了波束扫描，但是该天线只能实现离散的波束扫描，无法实现波束连续扫描。中国科学院光电技术研究所申请的专利“一种基于旋转相移表面技术的反射阵列天线波束扫描天线”(申请号：201410033925.6，公开号：103762423A)中提出了一种毫米波相控阵天线，该天线由馈源天线、偏波束微带反射阵和高透过率相移表面层组成，高透过率相移表面层是能够实现馈源波束偏转的微带反射阵平板，以反射阵列平板中心轴为轴分别旋转两层能实现天线波束的扫描。但是，该天线结构仍然存在的不足之处是，第一，该天线因结构固定，天线只能工作在单个工作频率、单个极化模式，限制了天线的应用范围，不能满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。第二，该天线虽然实现了波束扫描，但是采用机械旋转结构，只能实现离散的波束指向，无法实现波束连续扫描。综上所述，目前微带反射阵天线面临着两个问题，其一是，现有微带反射阵天线因结构固定，只能工作在单个工作频率、单个极化模式，无法满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。其二是，现有传统的加载MEMS开关和数字移相器的波束扫描微带反射阵天线，只能实现离散的波束扫描，无法实现波束连续扫描。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种双频双极化波束可控微带反射阵天线，通过控制两个变容二极管的工作状态，使得设计的天线能够工作在两个工作频率和两个极化模式，同时实现波束连续扫描。实现本专利技术的具体思路是：由金属贴片单元组成反射阵列。经喇叭天线发出的电磁波照射到反射阵列上，通过控制两个变容二极管电容值的大小，实现了微带反射阵天线的波束连续扫描，同时实现了微带反射阵天线的双频双极化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。本专利技术包括介质基板、反射结构及天线馈源，介质基板上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，反射结构位于介质基板的下表面，采用金属地板结构，天线馈源位于辐射结构的上半空间。金属贴片单元包括四个贴片单元、两个变容二极管；其中，第一个变容二极管的一端与第一个贴片单元相连，第一个变容二极管的另一端与第三个贴片单元相连，第二个变容二极管的一端与第二个贴片单元相连，第二个变容二极管的另一端与第四个贴片单元相连。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术采用金属贴片单元结构，使得天线在不改变结构的情况下，能够以双频双极化模式工作，克服了现有技术存在的微带反射阵天线因结构固定，只能工作在单个工作频率、单个极化模式的缺点，使得本专利技术满足了雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求，扩大了微带反射阵天线的应用范围。第二，由于本专利技术的金属贴片单元包括两个变容二极管，通过控制变容二极管电容值的大小，实现了动态控制微带反射阵天线的波束扫描，克服了现有技术存在的无法实现波束连续扫描的缺点，实现了波束连续扫描。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术金属贴片单元的示意图；图3为本专利技术状态1下金属贴片单元的反射相位曲线图；图4为本专利技术状态2下金属贴片单元的反射相位曲线图；图5为本专利技术状态1下不同主波束方向的方向系数曲线；图6为本专利技术状态2下不同主波束方向的方向系数曲线；图7为本专利技术状态1下主波束方向为(0°，270°)的方向系数曲线；图8为本专利技术状态2下主波束方向为(0°，270°)的方向系数曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。参照附图1，对本专利技术的天线整体结构作进一步详细的说明。本专利技术包括介质基板2、反射结构3及天线馈源4；介质基板2的相对介电常数ε介于2-10之间，厚度h介于1mm-3mm之间，介质基板2上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元1，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，每两个金属贴片单元1的中心距离D介于18mm-25mm之间，金属贴片单元1在xoy平面内周期排列，反射结构3位于介质基板2的下表面，采用金属地板结构，天线馈源4位于辐射结构的上半空间，处于xoz平面内，采用喇叭天线。参照附图2，对本专利技术的金属贴片单元1的结构作进一步详细的说明。金属贴片单元1的形状可选择正方形、菱形、圆形其中之一，金属贴片单元1包括四个贴片单元、两个变容二极管；其中，第一个变容二极管51的一端与第一个贴片单元11相连，第一个变容二极管51的另一端与第三个贴片单元13相连，第二个变容二极管52的一端与第二个贴片单元12相连，第二个变容二极管52的另一端与第四个贴片单元14相连。入射波电场极化方向为x轴方向时，天线的工作状态记为状态1，入射波电场极化方向为y轴方向时时，天线的工作状态记为状态2。本专利技术的实施例1选择的金属贴片单元1的形状选择正方形，各结构尺寸参数如下。介质基板2的相对介电常数ε为2.65，厚度h为2.1mm，尺寸为300×300mm，介质基板2上表面蚀刻15×15个金属贴片单元1，反射结构3为300×300mm的方形金属地板，每两个金属贴片单元1的中心距离D为20mm，金属贴片单元1采用正方形结构，金属贴片单元1线宽W为2.1mm，金属贴片单元1外圈边长L1为13.6mm，金属贴片单元1内圈边长L2为8.4mm，金属贴片单元1开口长度W为2.1mm，金属贴片单元1开口宽度gap为0.2mm。在高频电磁仿真软件HFSS中对金属贴片单元1的相移特性进行仿真分析，采用弗洛奎特端口和主从边界条件，可以使用高频电磁仿真软件HFSS中的集总RLC边界，电容值大小设为变量cap来等效的电容代替第一个变容二极管51与第二个变容二极管52。当入射波电场极化方向为x轴方向时，天线工作在f＝4.2GHz，当入射波电场极化方向为y轴方向时时，天线工作在f＝6.5GHz。假设入射波入射角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频双极化波束可控微带反射阵天线，包括介质基板(2)、反射结构(3)及天线馈源(4)；其特征在于，所述的介质基板(2)上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元(1)，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50；所述的反射结构(3)位于介质基板(2)的下表面，采用金属地板结构；所述的天线馈源(4)位于辐射结构的上半空间；其中：所述的金属贴片单元(1)包括四个贴片单元、两个变容二极管；其中，所述的第一个变容二极管(51)的一端与第一个贴片单元(11)相连，第一个变容二极管(51)的另一端与第三个贴片单元(13)相连；所述的第二个变容二极管(52)的一端与第二个贴片单元(12)相连，第二个变容二极管(52)的另一端与第四个贴片单元(14)相连。

【技术特征摘要】
1.一种双频双极化波束可控微带反射阵天线，包括介质基板(2)、反射结构(3)及天线馈源(4)；其特征在于，所述的介质基板(2)上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元(1)，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50；所述的反射结构(3)位于介质基板(2)的下表面，采用金属地板结构；所述的天线馈源(4)位于辐射结构的上半空间；其中：所述的金属贴片单元(1)包括四个贴片单元、两个变容二极管；其中，所述的第一个变容二极管(51)的一端与第一个贴片单元(11)相连，第一个变容二极管(51)的另一端与第三个贴片单元(13)相连；所述的第二个变容二极管(52)的一端与第二个贴片单元(12)相连，第二个变容二极管(52...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，田顺成，刘海霞，刘肖肖，翟会清，史琰，
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