基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，涉及阵列天线技术领域。所述阵列天线包括：馈源和阵列天线组件，所述馈源用于为所述阵列天线组件提供空间照射源并接收所述阵列天线组件的散射电磁波；所述阵列天线组件包括多个辐射单元，每个所述数字辐射单元包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。所述阵列天线具有馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、重量轻、易共形、成本低等。

Reconfigurable Array Antenna Based on Transmitted Phase-Controlled Electromagnetic Surface

The invention discloses a reconfigurable array antenna based on a transmission phase-controlled electromagnetic surface, which relates to the technical field of array antenna. The array antenna comprises a feed and an array antenna component for providing a spatial illumination source for the array antenna component and receiving scattered electromagnetic waves from the array antenna component; the array antenna component comprises a plurality of radiation units, each of which comprises a radiation module; a DC bias circuit, and the radiation module are connected for the said radiation module. The radiation module provides bias current, and the digital control device is integrated on the microstrip patch unit to adjust the phase of the radiation module under different DC bias conditions. The array antenna has the advantages of low feed loss, high radiation efficiency, fast beam scanning speed, strong expandability of array scale, simple structure, light weight, easy conformation, low cost, etc.

【技术实现步骤摘要】
基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线
本专利技术涉及阵列天线
，尤其涉及一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线。
技术介绍
具有高增益波束扫描特性的波束可重构阵列天线在近场安检成像领域具有广泛的应用。现有的高增益波束扫描天线主要有机械旋转抛物面天线和电控相控阵天线两大类。其中，旋转抛物面天线具有结构简单、成本低、效率高等优点，但其外形为特殊的曲面、体积庞大、重量沉且波束扫描速度慢、伺服系统要求高。电扫相控阵天线可以较好地克服上述不足，其不仅扫描速度快、性能更加灵活，平面或共形结构也更有利于与载体保持共形，但其馈电网络设计复杂，尤其当天线口径增大时，馈电损耗较高，天线的辐射效率较低，可实现的增益受限。虽然在单元中引入固态收发组件可以减小馈电损耗，但系统的成本、重量将大幅提高，这些都限制了其大规模应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种馈电损耗小、波束扫描速度快、成本低的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源和阵列天线组件，所述馈源用于为所述阵列天线组件提供空间照射源并接收所述阵列天线组件的散射电磁波；所述阵列天线组件包括多个数字辐射单元，每个所述数字辐射单元包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。进一步的技术方案在于：所述馈源置于所述阵列天线组件后方，且所述阵列天线组件处于所述馈源的远场照射区时，所述阵列天线组件处于远场透射式工作状态，所述数字辐射单元自上而下包括第一金属贴片层、第一介质板、第二金属贴片层、第二介质板和直流偏置电路层，其中，所述第一金属贴片层设置有所述辐射模块和所述数字控制器件；所述直流偏置电路层设置有扇形金属线和与控制信号线连接的金属线，所述与控制信号线连接的金属线与所述扇形金属线连接；所述第一金属贴片层通过第一导电连接件与控制信号线的地相接，所述扇形金属线和所述第一金属贴片层之间设置有第二导电连接件，所述第二导电连接件与所述第二金属贴片层规避隔开，所述第二导电连接件分别与所述辐射模块和所述扇形金属线连接。进一步的技术方案在于：所述扇形金属线的圆心与所述第二导电连接件的圆心重合，所述扇形金属线的张角为70度。进一步的技术方案在于：所述数字控制器件为PIN二极管、变容二极管或MEMS开关。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述阵列天线利用数字控制器件调节电磁表面每个数字辐射单元的反射相位或者透射相位，并采用喇叭馈源从空间照射整个表面，通过数字控制的方式调节表面每个单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束、捷变波束或者多波束，具有馈电损耗小、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、剖面低、重量轻、易共形、成本低的优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例所述阵列天线的结构示意图；图2是本专利技术实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的原理框图；图3是本专利技术实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的结构示意图；图4是本专利技术实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的剖视结构示意图；图5是本专利技术实施例所述直流偏置电路层以及第二介质板的结构示意图；其中：1、馈源2、阵列天线组件3、数字辐射单元31、第一金属贴片层311、辐射模块312、数字控制器件32、第一介质板33、第二金属贴片层34、第二介质板35、直流偏置电路层351、扇形金属线352、与控制信号线连接的金属线36、第一导电连接件37、第二导电连接件。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图1所示，本专利技术实施例公开了基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源1和阵列天线组件2，所述馈源1用于为所述阵列天线组件2提供空间照射源并接收所述阵列天线组件2的散射电磁波；所述阵列天线组件2包括多个数字辐射单元3，如图2所示，每个所述数字辐射单元3包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。如图1所示，所述馈源1置于所述阵列天线组件2后方，且所述阵列天线组件2处于所述馈源1的远场照射区时，所述阵列天线组件2处于远场透射式工作状态。如图3-图5所示，所述数字辐射单元3自上而下包括第一金属贴片层31、第一介质板32、第二金属贴片层33、第二介质板34和直流偏置电路层35，其中，所述第一金属贴片层31设置有所述辐射模块311和所述数字控制器件312；所述直流偏置电路层35设置有扇形金属线351和与控制信号线连接的金属线352，所述与控制信号线连接的金属线352与所述扇形金属线351连接；所述第一金属贴片层通过第一导电连接件36与控制信号线的地相接，所述扇形金属线351和所述第一金属贴片层31之间设置有第二导电连接件37，所述第二导电连接件37与所述第二金属贴片层33规避隔开，所述第二导电连接件37分别与所述辐射模块311和所述扇形金属线351连接。进一步的，所述扇形金属线351的圆心与所述第二导电连接件37的圆心重合，所述扇形金属线351的张角为70度。优选的，所述数字控制器件312为PIN二极管、变容二极管或MEMS开关。进一步的，馈源1和阵列天线组件2处于近场透射式工作状态时，馈源1与阵列天线组件2的距离大概三个波长，此时由馈源1和阵列天线组件组成的阵天线具有低剖面特征。在本专利技术的一个实施例中，PIN二极管为MACOM公司生产的MEST2GFC-010-25，其工作状态包括：导通、截止。在本专利技术的一个实施例中，第一介质板32为TaconicRF-35，相对介电常数为3.5，但不局限于该电磁参数的板材。在本专利技术的一个实施例中，第二介质板34为FR-4，相对介电常数为4.4，但不局限于该电磁参数的板材。本专利技术实施例中的单元，辐射贴片的边长决定了工作频率，通过调整第一边长，可使该单元工作在需要的频率。所述阵列天线利用集成的数字控制器件直接调节每个数字辐射单元的辐射相位，并采用馈源从空间照射整个表面，通过数字控制的方式调节天线阵列组件所有数字辐射单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束和捷变波束。这种高增益波束扫描天线设计方法，结合了常见抛物面天线和相控阵天线的优点，同时克服了两者的不足，具有非常突出的性能、成本及推广使用优势。具体表现为：馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、重量轻、易共形、成本低等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源（1）和阵列天线组件（2），所述馈源（1）用于为所述阵列天线组件（2）提供空间照射源并接收所述阵列天线组件（2）的散射电磁波；所述阵列天线组件（2）包括多个数字辐射单元（3），每个所述数字辐射单元（3）包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。

【技术特征摘要】
1.一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源（1）和阵列天线组件（2），所述馈源（1）用于为所述阵列天线组件（2）提供空间照射源并接收所述阵列天线组件（2）的散射电磁波；所述阵列天线组件（2）包括多个数字辐射单元（3），每个所述数字辐射单元（3）包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。2.如权利要求1所述的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于：所述馈源（1）置于所述阵列天线组件（2）后方，且所述阵列天线组件（2）处于所述馈源（1）的远场照射区时，所述阵列天线组件（2）处于远场透射式工作状态，所述数字辐射单元（3）自上而下包括第一金属贴片层（31）、第一介质板（32）、第二金属贴片层（33）、第二介质板（34）和直流偏置电路层（35），其中，所述第一金属贴片层（31）设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，
申请(专利权)人：苏州耶拿微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32