一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，由结构单元周期排列而成，由工作在X波段的馈源喇叭、表面具有可重构性的固态等离子体的阵列单元构成的单层反射阵列及用于控制固态等离子体的激励模块组成；所述馈源喇叭通过支架安装于单层反射阵列一侧，所述单层反射阵列包括若干个由下而上依次层叠的金属背板、介质基板及贴片单元构成的反射阵列单元，所述各反射阵列单元由不同尺寸、位置的紧密排列、激发态的可重构像素组成，在同一平面上具有一种以上的反射阵列。本实用新型专利技术通过外部的逻辑阵列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，最终实现反射波束的空间所需方向动态扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线
本技术涉及一种平面反射阵列天线，具体的说是一种利用了固态等离子体的可重构特性，能够快速加载可重构单元组成反射阵列单元的平面反射阵列天线，属于微波器件技术、射频系统前端

技术介绍
自20世纪80年代以来，移动通讯电子科学技术的发展令人瞩目。以无线通讯和互联网技术为代表的现代通信电子科技极大地促进了经济、社会的发展，并深刻地改变了人类生活。在国防建设和军事技术的发展中，移动通信电子科学技术的重要性更为突出，因为现代化战争最关键的环节就是信息的获取、控制与对抗等技术的较量。天线系统作为影响雷达系统和通讯系统性能的核心部件之一，其性能的优良对系统功能有着举足轻重的影响。随着通信系统的不断发展，人们希望能用尽可能少的天线满足所有无线系统的要求，然而这些无线电系统的工作频率通常分布在很宽的频带内，工作体制也各不相同，对天线的参数，如工作频率、方向图、极化方式等，有着不同甚至是截然相反的要求，因此在不同的工作环境以及不同的系统条件下，实现天线各种参数的可重构，给现代无线通讯系统提供了一个全新的发展思路。另外，由于天线系统的雷达散射截面(Radarcrosssecrion,RCS)较大，极易成为敌方雷达察觉及被攻击的突出对象，因此提高天线系统的综合性能指标(包括隐身性能)具有重要的意义。等离子体天线由于其所具备的结构简单，重量轻，隐身效果好等特点，使其成为天线领域最具潜力的研究方向之一。固态等离子体天线与传统金属天线相比具有许多独特的优势，天然的低雷达截面特性，即当固态等离子体天线不工作时，固态等离子体本身就变为普通介质，它既不反射电磁波，也不吸收电磁波。因此，固态等离子体天线完全消失，从而就可以实现全频段的隐身功能，固态等离子天线被激励即工作在一定频段时，对于高于等离子体频率的雷达信号，也会由于固态等离子体的透射、吸收、折射效应，使回波信号大大减弱。快速可重构特性，即固态等离子体具有快速重构特性而且自身具有可协调性，通过改变外部的控制参数，在毫秒量级实现不同收发频率的天线最佳工作状态的快速重构，包括辐射方向图、带宽、增益、极化等天线参数。并且固态等离子体天线具有无阻尼振荡和大带宽、高功率等特性。采用固态等离子体天线设计天线阵，比金属天线阵列的设计相对简化，因为未被激发的等离子体单元对邻近单元构成的天线阵列无影响天线间的互祸效应基本可以忽略。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，通过外部的逻辑阵列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，最终实现反射波束的空间所需方向动态扫描。为了解决以上技术问题，本技术提供一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，由结构单元周期排列而成，由工作在X波段的馈源喇叭、表面具有可重构性的固态等离子体的阵列单元构成的单层反射阵列及用于控制固态等离子体的激励模块组成；所述馈源喇叭通过支架安装于单层反射阵列一侧，所述单层反射阵列包括若干个由下而上依次层叠的金属背板、介质基板及贴片单元构成的反射阵列单元，所述各反射阵列单元由不同尺寸、位置的紧密排列、激发态的可重构像素组成，在同一平面上具有一种以上的反射阵列。本技术进一步限定技术方案为：所述贴片单元为金属贴片构成的中心对称结构，包括置于中央的正方形结构及其外围的菱形结构，所述菱形结构以正方形结构的中心旋转45°后获得，且所述菱形结构的对角线与正方形结构的中心线相重合；沿阵列单元的四角对称设有由两个尺寸相同的矩形相互垂直构成的L型结构。所述正方形结构的边长为所述菱形结构由外接圆半径分别为的菱形相减而得，所述L型结构中的每个矩形的长和宽均分别为且两个矩形的起始坐标分别为进一步的，所述固态等离子体由若干个GaAs-PIN单元组成的阵列实现，且各GaAs-PIN单元之间具有隔离层进行隔离；各阵列单元分别连接一个激励模块并通过其两端加载偏置电压进行激励，激励模块的通断状态通过编程来实现控制。所述GaAs-PIN单元具有激励状态及未激励状态，当处于未激励状态时，GaAs-PIN单元中的自由电荷浓度较小，不具有传输电磁波信号的特性，固态等离子体表现出介质特性；当处于激励状态时，GaAs-PIN单元中的载流子浓度达到所需条件，固态等离子体表现出类金属特性，作为天线的基础辐射单元。进一步的，所述激励模块控制激励每一个可重构像素，以组成不同尺寸、位置的反射阵列单元。所述激励模块通过控制其两端加载的偏置电压选择性激励不同位置的GaAs-PIN单元，并且能够快速加载可重构单元组成的单元结构，在同一平面上组建出一种以上的反射阵列，实现了波束在空间中的波束扫描。进一步的，所述介质基板为长、宽均为12mm，厚度为3mm的长方体，其材料采用FR4_epoxy，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。所述介质基板的底部固定有金属底板，所述金属背板采用长宽尺寸与介质基板相同的铜质底板，该铜质底板的厚度忽略不计。进一步的，所述单层反射阵列由24×24即576个经过计算得到的反射阵列单元组成，所述单层反射阵列是长和宽都为288mm，厚度为3mm的长方体。进一步的，所述馈源喇叭的工作频段为X波段，其位于单层反射阵列一侧中心的正上方距反射阵列表面291mm处，与Z轴夹角为10°。本技术的有益效果是：(1)本技术采用固态等离子体来代替金属工作，利用外部的逻辑阵列进行编程控制，来实现对固体等离子体激励区域和激励状态的动态调控。固态等离子体由GaAs-PIN单元组成的阵列实现，当半导体GaAs-PIN单元中的自由电荷浓度较小时，单元处于未激发的本征状态，此时不具有能够传输电磁波信号的特性，相当于介质。当半导体GaAs-PIN单元中的载流子浓度达到特定条件时，单元表现为类金属特性，可用作天线的基础辐射单元。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,来组成所需的不同尺寸、位置的反射阵列单元，在馈源的照射下，由于阵面上所组成的反射单元结构尺寸存在偏差，以此修正反射相位延迟，补偿空间相位差，在远场获得等相位面，实现同相相加，得到所需方向上的辐射波束，因其快速可重构性，因而能进行动态的波速扫描。(2)本技术设计简单，经过合理的设计，可工作于整个X波段，能够对全空域进行扫描，并且可编程、可调谐，属于高性能可重构的天线。附图说明下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明。图1为本技术的结构示意图。图2为本技术中贴片单元的结构示意图。图3为图2构成的重构单元示意图。图4为本技术中反射阵列单元的结构示意图。图5(a)为在入射电磁波是11.6GHz下，波束指向18°时等离子体区域所需激励的大小；图5(b)为在入射电磁波是11.7GHz下，波束指向5°时等离子体区域所需激励的大小；图5(c)为在入射电磁波是11.7GHz下，波束指向15°时等离子体区域所需激励的大小。图6(a)为在入射电磁波为11.6GHz下，最大波束在yoz平面内指向θ1＝18°时的方向图；图6(b)为在入射电磁波为11.7GHz下，最大波束在yoz平面内指向θ2＝5°时的方向图；图6(c)为在入射电磁波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，由结构单元周期排列而成，其特征在于：由工作在X波段的馈源喇叭、表面具有可重构性的固态等离子体的阵列单元构成的单层反射阵列及用于控制固态等离子体的激励模块组成；所述馈源喇叭通过支架安装于单层反射阵列一侧，所述单层反射阵列包括若干个由下而上依次层叠的金属背板、介质基板及贴片单元构成的反射阵列单元，所述各反射阵列单元由不同尺寸、位置的紧密排列、激发态的可重构像素组成，在同一平面上具有一种以上的反射阵列。

【技术特征摘要】
1.一种基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，由结构单元周期排列而成，其特征在于：由工作在X波段的馈源喇叭、表面具有可重构性的固态等离子体的阵列单元构成的单层反射阵列及用于控制固态等离子体的激励模块组成；所述馈源喇叭通过支架安装于单层反射阵列一侧，所述单层反射阵列包括若干个由下而上依次层叠的金属背板、介质基板及贴片单元构成的反射阵列单元，所述各反射阵列单元由不同尺寸、位置的紧密排列、激发态的可重构像素组成，在同一平面上具有一种以上的反射阵列。2.根据权利要求1所述的基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，其特征在于：所述贴片单元为金属贴片构成的中心对称结构，包括置于中央的正方形结构及其外围的菱形结构，所述菱形结构以正方形结构的中心旋转45°后获得，且所述菱形结构的对角线与正方形结构的中心线相重合；沿阵列单元的四角对称设有由两个尺寸相同的矩形相互垂直构成的L型结构。3.根据权利要求2所述的基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，其特征在于：所述正方形结构的边长为所述菱形结构由外接圆半径分别为的菱形相减而得，所述L型结构中的每个矩形的长和宽均分别为且两个矩形的起始坐标分别为。4.根据权利要求1所述的基于固态等离子体的空间波束扫描平面反射阵列天线，其特征在于：所述固态等离子体由若干个GaAs-PIN单元组成的阵列实现，且各GaAs-PIN单元之间具有隔离层进行隔离；各阵列单元分别连接一个激励模块并通过其两端加载偏置电压进行激励，激励模块的通断状态通过编程来实现控制。5.根据权利要求4所述的基于固态等离子体的空间波束...

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