基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法及超材料技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法及超材料；机载阵列天线包括反射板以及在所述反射板上阵列排布的多个振子；至少一个所述超材料设置至少两个振子之间；每个所述超材料包括介质基板以及在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元，每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述方法包括：调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节机载阵列天线的振子间互耦(例如降低机载阵列天线的振子间互耦)，提高机载阵列天线实际的通信效果。

【技术实现步骤摘要】
基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法及超材料
本专利技术涉及通信
，特别涉及一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法及超材料。
技术介绍
机载阵列天线的工作频带宽、安装空间有限，对天线小型化、紧密排列去耦等具有严格要求。传统的机载阵列天线去耦办法包括使用解耦网络、增加寄生结构、使用中和线、采用缺陷地板、采用电磁带隙结构等等。然而，上述的方式均有一定的局限性：使用解耦网络会导致整个天线系统的带宽降低，增加寄生结构通常只针对特定的天线阵子形态，且部分设计会增加天线系统剖面；使用中和线与具体的馈电方式相关；使用缺陷地板会造成天线前后比指标的恶化；采用电磁带隙结构对抑制表面波有一定作用，但当机载阵列天线排布紧凑时，空间耦合会比由表面波产生的耦合更为严重。综合考虑机载阵列天线的紧凑空间和覆盖范围，机载阵列天线排列间距有时会小于0.5个波长，此时会出现因互耦造成的有源驻波比下降、大角度扫描增益下降等性能恶化的现象。阵子(阵列排布的振子单元中的每一个振子单元对应一个阵点，单个阵点位置对应振子单元即阵子)之间的耦合包括自由空间耦合和表面波耦合两种方式。表面波耦合方式是通过两个振子(辐射出电磁波的振子)间的反射地板传播表面波电流产生的。当振子间距较小时，空间耦合方式成为影响互耦的主要因素；当振子间距较大时，表面波耦合方式成为影响互耦的主要因素。由于机载阵列天线发展趋势超小型化发展，通常情况下振子间距将小于0.5个波长，相邻振子之间的互耦强度增加，会降低通信质量。
技术实现思路
r>鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法及超材料，可通过超材料中的控制元件来调节机载阵列天线的振子间互耦(例如降低机载阵列天线的振子间互耦)，提高通信效果。根据本专利技术的一方面，提供一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，所述机载阵列天线包括反射板以及在所述反射板上阵列排布的多个振子；至少一个所述超材料设置在至少两个振子之间；每个所述超材料包括介质基板以及在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元，每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述方法包括：调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦。可选地，所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦的步骤包括：调控所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线在预设工作频率范围内的振子间互耦和/或在预设工作频率点的振子间互耦。可选地，每个所述微结构单元还包括：导电微结构，与所述至少一个控制元件电连接；所述至少一个控制元件与提供输入电压的供电端口电连接；所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变的步骤包括：通过多个所述输入电压的变化来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的工作状态发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化。可选地，所述至少一个控制元件为至少一个开关二极管或者至少一个变容二极管；所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变的步骤包括：通过多个所述输入电压来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个开关二极管导通或关断，使得对应的多个所述导电微结构的等效电感分别发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变；或者通过多个所述输入电压来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个变容二极管的电容值发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的等效电容分别发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变。可选地，每个所述导电微结构包括由金属线围成的具有十字形镂空图案的非封闭结构，所述十字形镂空图案的四个端部处的所述金属线分别开设有四个开口，每个开口的两端分别垂直地连接有两平行金属线；每个所述微结构单元的两个所述控制元件分别电连接于两个所述开口处的所述两平行金属线之间，两个所述开口的位置相对设置；或者每个所述导电微结构的四个所述控制元件分别电连接于所述四个开口处的所述两平行金属线之间；所述方法还包括：通过两个输入电压来分别控制每个所述微结构单元的两个所述控制元件的工作状态发生变化，使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，从而调节所述机载阵列天线在单极化方向上的振子间互耦；或者通过四个输入电压来分别控制每个所述微结构单元的四个所述控制元件的工作状态发生变化，使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，从而调节所述机载阵列天线在双极化方向上的振子间互耦。根据本专利技术的另一方面，提供一种超材料，所述超材料设置在机载阵列天线的多个振子中相邻的任意两个振子之间，所述多个振子在机载阵列天线的反射板上阵列排布；所述超材料包括：介质基板；以及在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元；每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态被调控，使得所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦。可选地，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态被调控，使得所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线在预设工作频率范围内的振子间互耦和/或在预设工作频率点的振子间互耦。可选地，每个所述微结构单元还包括：导电微结构，与所述至少一个控制元件电连接；所述至少一个控制元件与提供输入电压的供电端口电连接；所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的工作状态发生改变，从而使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化。可选地，所述至少一个控制元件为至少一个开关二极管，所述多个微结构单元的多个所述至少一个开关二极管分别根据多个所述输入电压导通或关断，使得对应的多个所述导电微结构的等效电感分别发生改变，从而使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变；或者所述至少一个控制元件为至少一个变容二极管，所述多个微结构单元的多个所述至少一个变容二极管的电容值分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的等效电容分别发生改变，从而使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变。可选地，每个所述导电微结构包括由金属线围成的具有十字形镂空图案的非封闭结构，所述十字形镂空图案的四个端部处的所述金属线分别开设有四个开口，每个开口的两端分别垂直地连接有两平行金属线；每个所述微结构单元的一个所述控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，所述机载阵列天线包括反射板以及在所述反射板上阵列排布的多个振子；至少一个所述超材料设置在至少两个振子之间；每个所述超材料包括介质基板以及在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元，每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法包括：/n调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，所述机载阵列天线包括反射板以及在所述反射板上阵列排布的多个振子；至少一个所述超材料设置在至少两个振子之间；每个所述超材料包括介质基板以及在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元，每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法包括：
调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦。


2.根据权利要求1所述的基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，其特征在于，所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦的步骤包括：
调控所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线在预设工作频率范围内的振子间互耦和/或在预设工作频率点的振子间互耦。


3.根据权利要求1所述的基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，其特征在于：每个所述微结构单元还包括：导电微结构，与所述至少一个控制元件电连接；所述至少一个控制元件与提供输入电压的供电端口电连接；所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变的步骤包括：
通过多个所述输入电压的变化来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的工作状态发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化。


4.根据权利要求3所述的基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，其特征在于，所述至少一个控制元件为至少一个开关二极管或者至少一个变容二极管；所述调控多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态，使得每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变的步骤包括：
通过多个所述输入电压来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个开关二极管导通或关断，使得对应的多个所述导电微结构的等效电感分别发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变；或者
通过多个所述输入电压来分别控制所述多个微结构单元的多个所述至少一个变容二极管的电容值发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的等效电容分别发生改变，从而使每个所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变。


5.根据权利要求3所述的基于超材料的机载阵列天线振子间去耦方法，其特征在于，每个所述导电微结构包括由金属线围成的具有十字形镂空图案的非封闭结构，所述十字形镂空图案的四个端部处的所述金属线分别开设有四个开口，每个开口的两端分别垂直地连接有两平行金属线；每个所述微结构单元的两个所述控制元件分别电连接于两个所述开口处的所述两平行金属线之间，两个所述开口的位置相对设置；或者每个所述导电微结构的四个所述控制元件分别电连接于所述四个开口处的所述两平行金属线之间；所述方法还包括：
通过两个输入电压来分别控制每个所述微结构单元的两个所述控制元件的工作状态发生变化，使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，从而调节所述机载阵列天线在单极化方向上的振子间互耦；或者
通过四个输入电压来分别控制每个所述微结构单元的四个所述控制元件的工作状态发生变化，使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，从而调节所述机载阵列天线在双极化方向上的振子间互耦。


6.一种超材料，其特征在于，所述超材料设置在机载阵列天线的多个振子中相邻的任意两个振子之间，所述多个振子在机载阵列天线的反射板上阵列排布；所述超材料包括：
介质基板；以及
在所述介质基板上阵列排布的多个微结构单元；每个所述微结构单元中设置有至少一个控制元件；所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态被调控，使得所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线的振子间互耦。


7.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于：所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态被调控，使得所述超材料的各向异性等效电磁参数发生改变，从而调节所述机载阵列天线在预设工作频率范围内的振子间互耦和/或在预设工作频率点的振子间互耦。


8.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，每个所述微结构单元还包括：
导电微结构，与所述至少一个控制元件电连接；
所述至少一个控制元件与提供输入电压的供电端口电连接；
所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的工作状态发生改变，从而使所述超材料的各向异性等效电磁参数发生变化。


9.根据权利要求8所述的超材料，其特征在于：
所述至少一个控制元件为至少一个开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张澎，刘若鹏，周添，李君哲，宫禹，熊伟，赵治亚，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，深圳光启尖端技术有限责任公司，深圳光启高端装备技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21