基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线制造技术

本发明专利技术涉及一种基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线，包括衬底、功分器、天线阵元；所述的功分器置于底层，所述的功分器的输出端口的数量与天线阵元的数量一致且相邻输出端口的相位差与天线模态相对应；功分器的每个输出端口均通过同轴馈电的方式给上层的天线阵元进行馈电；所述的衬底压接在所有的天线阵元与功分器之间，所述衬底与每个天线阵元的下方镶嵌液晶材料；每个天线阵元通过PIN二极管的通断改变电流路径长度，进而影响天线阵元的频带范围以及方向图。范围以及方向图。范围以及方向图。

【技术实现步骤摘要】
基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线


[0001]本专利技术属于信息传输与处理


技术介绍

[0002]导弹作为远程打击的主要武器在未来的作战中起着至关重要的作用，各种具有精确制导能力的智能导弹技术不断得到发展和应用。但是弹间复杂的多系统融合、庞大的通信网络及实时信息传输需求将对现有系统的通信容量提出了前所未有的挑战。因此该创新以弹间集群大容量、高安全性无线通信为目标导向，瞄准现有弹间集群通信技术频谱资源拥挤、抗干扰技术受限的瓶颈，利用涡旋电磁通信技术，实现指定带宽下通信容量成倍增长，解决弹间集群无线通信频谱资源受限和信号干扰的问题，实现弹间集群通信技术的突破。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线。
[0004]本专利技术解决技术的方案是：基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线，包括衬底、功分器、天线阵元；
[0005]所述的功分器置于底层，所述的功分器的输出端口的数量与天线阵元的数量一致且相邻输出端口的相位差与天线模态相对应；
[0006]功分器的每个输出端口均通过同轴馈电的方式给上层的天线阵元进行馈电；所述的衬底压接在所有的天线阵元与功分器之间，所述衬底与每个天线阵元的下方镶嵌液晶材料；每个天线阵元通过PIN二极管的通断改变电流路径长度，进而影响天线阵元的频带范围以及方向图。
[0007]优选的，所述的天线阵元包括寄生环、辐射贴片以及PIN二极管；所述寄生环与辐射贴片之间通过PIN二极管连接，所述辐射贴片的下方为液晶材料衬底。
[0008]优选的，辐射贴片的下方液晶材料衬底的面积与辐射贴片面积比1/4
‑
1/2。
[0009]优选的，所述PIN二极管均匀分布在寄生环与辐射贴片之间的环形区间内，数量4
‑
8。
[0010]优选的，所述的功分器采用8X8的巴特勒矩阵，8X8的巴特勒矩阵的8个输出端口对应圆形布局的8个天线阵元，给上层天线阵元进行馈电，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差45
°
，生成模态1涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差90
°
，生成模态2的涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
45
°
，生成模态
‑
1涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
90
°
，生成模态
‑
2的涡旋波。
[0011]优选的，所述的功分器采用两个8X8的巴特勒矩阵，两个8X8的巴特勒矩阵之间压接衬底；功分器16个输出端口对应圆环形布局的16个天线阵元，给上层天线阵元进行馈电，使得内环8个天线阵元和或外环8个天线阵元同时或分别按照如下方式产生涡旋波：
[0012]内环/外环8个天线阵元中相邻阵元相位差45
°
，生成模态1涡旋波，内环/外环8个天线阵元中相邻阵元相位差90
°
，生成模态2的涡旋波，内环/外环8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
45
°
，生成模态
‑
1涡旋波，内环/外环8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
90
°
，生成模态
‑
2的涡旋波。
[0013]优选的，外环与内环天线阵元的最外层包络之间的间距大于1/2波长。
[0014]优选的，根据当前天线需要的频率范围和方向图特性，同时对相同阵列里每个阵元中相同位置的PIN二极管进行通断操作，改变电流路径长度，对频率和方向图进行粗调；
[0015]根据当前天线所需要的频率范围和方向图特性，通过改变衬底和天线阵元之间的偏置电压来改变液晶材料的介电常数，从而对天线频带范围和方向图进行微调；
[0016]通过功分器输出端口输出的不同相位差，生成对应模态的涡旋波。
[0017]优选的，所述相同阵列的天线阵元为均匀分布于同一圆形布局的天线阵元。
[0018]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0019]本专利技术在基于多模态涡旋天线的基础上，通过采取液晶材料作为衬底的方式，实现天线方向图和频率可重构。一方面利用了涡旋天线不同模态正交的特点，另一方面通过控制液晶材料偏置电压使得天线方向图和频点发生一定程度的偏移，大大提高了通信系统通信容量、频谱利用率和抗截获能力。方向图可重构性使得通信系统可探测范围增加，频带可重构使得频谱利用率提高，此设计思路为各类弹体测控通信隐蔽性和探测提供了一种新型解决思路。
[0020](1)本专利技术通过采用多模态涡旋天线(
±
1,
±
2)的方式，实现模态复用，提高频谱利用率和大容量传输，并且接收端可根据自身节点所需模态信息提取有用数据。
[0021](2)通过在天线馈面上加入PIN开关的方式，控制电流路径长度，使得天线发生较大程度的频率、方向图偏移。
[0022](3)通过采用液晶材料为衬底材料，对其施加不同的偏置电压，使得其介电常数发生变化，从而精确控制天线频点和方向图发生一定程度的偏移。
附图说明
[0023]图1天线馈电贴片示意图；
[0024]图2天线阵元结构示意图；
[0025]图3 8X8巴特勒馈电矩阵；
[0026]图4阵列分布示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图1
‑
4及实施例对本专利技术作进一步阐述。
[0028]基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线通信系统方案是在涡旋天线的基础上，通过采取液晶材料的衬底结构，通过偏置电压和PIN开关，使得天线的方向图和频带范围发生一定程度的偏移。一方面多模态涡旋天线具有频带利用率高，抗截获能力强的优势，另一方面液晶材料在不同偏置电压下，其介电常数会发生较规律的变化，在加以PIN开关结构，使得天馈产品电流路径发生改变，从而使得天线方向图和频带可重构。
[0029]本方案采用8X8的巴特勒矩阵作为功分器结构，功分器结构置于底层，并通过同轴
馈电的方式，给上层天线阵元进行馈电，对于阵元结构，采取液晶材料衬底，通过偏置电压的不同，使得材料介电常数发生改变，从而使得方向图和频带范围一定程度偏移；其次加入PIN二极管亦称PIN开关，这样可以使得阵元表面电流路径发生改变，使得方向图和频带范围大幅度改变。如图1所示，本专利技术含有PIN二极管的天线阵元，辐射贴片外围设置寄生环，寄生环和辐射贴片之间通过PIN二极管连接，通过控制PIN的开关来改变电流路径长度，从而影响天线阵元的频带范围。所述PIN二极管如图1所示，均匀分布在寄生环与辐射贴片之间的环形区间内，基于实用和优化设计，选择PIN二极管数量为4
‑
8个。
[0030]在上述天线的基础上，将辐射贴片下的衬底材料换成液晶材料，通过改变衬底和辐射贴片之间的偏置电压来改变液晶材料的介电常数，从而对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于液晶材料的可重构多模态涡旋天线，其特征在于：包括衬底、功分器、天线阵元；所述的功分器置于底层，所述的功分器的输出端口的数量与天线阵元的数量一致且相邻输出端口的相位差与天线模态相对应；功分器的每个输出端口均通过同轴馈电的方式给上层的天线阵元进行馈电；所述的衬底压接在所有的天线阵元与功分器之间，所述衬底与每个天线阵元的下方镶嵌液晶材料；每个天线阵元通过PIN二极管的通断改变电流路径长度，进而影响天线阵元的频带范围以及方向图。2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的天线阵元包括寄生环、辐射贴片以及PIN二极管；所述寄生环与辐射贴片之间通过PIN二极管连接，所述辐射贴片的下方为液晶材料衬底。3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：辐射贴片的下方液晶材料衬底的面积与辐射贴片面积比1/4
‑
1/2。4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述PIN二极管均匀分布在寄生环与辐射贴片之间的环形区间内，数量4
‑
8。5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的功分器采用8X8的巴特勒矩阵，8X8的巴特勒矩阵的8个输出端口对应圆形布局的8个天线阵元，给上层天线阵元进行馈电，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差45
°
，生成模态1涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差90
°
，生成模态2的涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
45
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，生成模态
‑
1涡旋波，使得8个天线阵元中相邻阵元相位差
‑
90
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田震，张德智，李金龙，梁君，陈朝霞，胡倩，荣刚，陈玉坤，王旭，宋兆涵，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：