一种方向图可重构单元及其构成的相控阵天线制造技术

本发明专利技术涉及天线技术领域，公开了一种方向图可重构单元及其构成的相控阵天线，该方向图可重构单元，包括从下至上依次排列的下层辐射结构、中间介质基片、上层馈电结构，所述下层辐射结构包括传输线、与所述传输线可控电相连的子辐射臂，子辐射臂相对于传输线的距离可变。本发明专利技术解决了现有宽带相控阵技术存在的低频扫描增益随着扫描角度增大而迅速降低、高频扫描出现栅瓣效应、不利于TR组件的集成、不利于大功耗器件的散热、辐射结构相互干涉等问题。大功耗器件的散热、辐射结构相互干涉等问题。大功耗器件的散热、辐射结构相互干涉等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种方向图可重构单元及其构成的相控阵天线


[0001]本专利技术涉及天线
，具体是一种方向图可重构单元及其构成的相控阵天线。

技术介绍

[0002]在提升通信质量，增强信道容量，以及扩大无线射频信号覆盖等方面，具有多辐射波束的方向图可重构天线能发挥重要作用，具备较高的工程应用价值。实际的无线通信系统对处于射频前端的方向图可重构天线提出了不同应用需求，如侧向辐射和锥形辐射下的特殊方向图可重构，多辐射模式选择，宽频带宽波束覆盖等。从现有的国内外公开报道的研究成果中可发现，针对方向图可重构天线的实现方法大致可分为三类。第一类是通过开关器件来重构天线的馈电结构，激励期望的工作模式，得到相应的辐射电流，形成可重构辐射波束；第二类是通过改变主辐射体上植入的寄生加载结构状态，促使其对电磁波完成引向或者反射作用，以得到可重构辐射方向图；最后一类是通过开关二极管或者变容二极管重新配置辐射体上的电流分布特性，形成多辐射口径，获得多波束覆盖能力。目前，具备多辐射状态的方向图可重构天线的设计挑战主要集中在，实现紧凑尺寸的宽频带、低功耗、多辐射模式选择性等。
[0003]通过切换直流偏置电压，方向图可重构天线能够灵活地控制辐射主波束和零波束的指向，以此消除不需要的干扰信号并增强有用信号覆盖。在许多新兴的
中，如现代无线高速通信系统，5G MIMO通信系统，宽带宽角扫描相控阵系统，方向图可重构天线都已经得到大量应用。现阶段，绝大多数方向图可重构天线的辐射原型主要基于微带贴片、环天线、偶极子等类型。不幸的是，受制于辐射体固有的窄带特性，这些天线的工作带宽一般较窄，通常只有百分之几的绝对带宽。另外，许多实际工程应用场景中的天线应该具备定向辐射波束的能力，以获得更好的平台集成性。因此，设计具备多辐射模式、宽带、定向波束、紧凑尺寸特性的方向图可重构天线具备重要实用价值。
[0004]具备宽带及宽角扫描特性的相控阵天线在高速，大容量，长距离数据通信系统中被迫切需求。对于宽角扫描相控阵天线，文献“Varactor
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loaded pattern reconfigurable array for wide
‑
angle scanning with low gain fluctuation(S.Xiao,C.Zheng,M.Li,J.Xiong,and B.Wang.IEEE Trans.Antennas Propag.May.2015；63(5):2364
‑
2369)”，“A wide
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angle scanning phased array with microstrip patch mode reconfiguration technique(X.Ding,Y.
‑
F.Cheng,W.Shao,and B.
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Z.Wang.IEEE Trans.Antennas Propag.Sep.2017；65(9):4548
‑
4555)”，以及中国专利CN108011196B、CN108011183A，采用方向图可重构方向图可重构单元进行组阵，实现了良好的一维宽角扫描性能。然而，由于所设计的方向图可重构方向图可重构单元不具备宽带工作特性，因此导致阵列的工作带宽非常窄，无法满足宽带通信需求。
[0005]对于宽带相控阵天线而言，为了在整个工作频带内都能压制栅瓣的形成，通常需要将阵元间距取为最高工作频率点的半波长。这将带来三个方面的问题。第一方面，如此紧
凑的阵列排布，导致天线阵在低频段的单元间互耦非常强，使得低频扫描增益随着扫描角度增大而迅速降低。第二方面，在一个较小的阵元间距限制下，不利于TR组件的集成，也不利于大功耗器件，特别是功率放大器件的散热。第三方面，大部分情况下，方向图可重构单元尺寸很难做到最高工作频率点的半波长，若阵元间距取为最高工作频率点的半波长，阵元两两之间的辐射结构将会相互干涉，导致无法实现。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种方向图可重构单元及其构成的相控阵天线，解决现有技术存在的低频扫描增益随着扫描角度增大而迅速降低、高频扫描出现栅瓣效应、不利于TR组件的集成、不利于大功耗器件的散热、辐射结构相互干涉等问题。
[0007]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0008]一种方向图可重构单元，包括从下至上依次排列的下层辐射结构、中间介质基片、上层馈电结构，所述下层辐射结构包括传输线、与所述传输线可控电相连的子辐射臂，子辐射臂相对于传输线的距离可变。
[0009]作为一种优选的技术方案，子辐射臂的宽度沿远离传输线方向递增。
[0010]作为一种优选的技术方案，所述下层辐射结构包括相互平行的2条传输线、4个子辐射臂、4个开关件，4个子辐射臂分为等数量的两组，两组子辐射臂分别设于2条传输线的中心线的两侧，两组子辐射臂关于2条传输线的中心线轴对称；每个子辐射臂通过1个开关件与距离自身最近的传输线电相连，2条传输线的中心线与2条传输线位于同一平面；子辐射臂相对于传输线的中心线的距离可变，子辐射臂的宽度沿远离传输线的中心线的方向递增。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述下层辐射结构还包括金属地，所述金属地上设有扇形槽，所述扇形槽与平行双线传输线组成缝隙传输结构。
[0012]作为一种优选的技术方案，所述上层馈电结构包括馈电变压装置，所述馈电变压装置的阻抗可变，所述馈电变压装置通过缝隙耦合方式对缝隙传输结构进行宽带平衡馈电。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述馈电变压装置为多节馈电巴伦，多节馈电巴伦越远离下层辐射结构的部分的宽度越大、阻抗越小。
[0014]作为一种优选的技术方案，所述上层馈电结构包括还包括直流偏置电压线，直流偏置电压线包括相互连接的竖直部分和水平部分，竖直部分设于平行双线传输线正下方，水平部分设于靠近金属地处。
[0015]一种相控阵天线，包括多个所述的一种方向图可重构单元，多个方向图可重构单元等间距一维排列。
[0016]作为一种优选的技术方案，多个方向图可重构单元之间的间距为[0.4λ，0.48λ]，其中λ表示相控阵天线的低频点2.2GHz处的自由空间波长。
[0017]作为一种优选的技术方案，方向图可重构单元的数量为16个。
[0018]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术本专利技术所述方向图可重构单元便于采用低成本的PCB技术加工，能保证较高的加工精度和一致性，其尺寸紧凑，有利于组阵；将所述宽带方向图可重构单元等距排
列，便于解决现有宽带相控阵技术存在的低频扫描增益随着扫描角度增大而迅速降低、高频扫描出现栅瓣效应、不利于TR组件的集成、不利于大功耗器件的散热、辐射结构相互干涉等问题；
[0020](2)本专利技术提出的基于方向图可重构单元的一维宽带宽角扫描相控阵天线，采用了宽带方向图可重构方向图可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方向图可重构单元，其特征在于，包括从下至上依次排列的下层辐射结构、中间介质基片(2)、上层馈电结构，所述下层辐射结构包括传输线(10)、与所述传输线(10)可控电相连的子辐射臂(5)，子辐射臂(5)相对于传输线(10)的距离可变。2.根据权利要求1所述的一种方向图可重构单元，其特征在于，子辐射臂(5)的宽度沿远离传输线(10)方向递增。3.根据权利要求2所述的一种方向图可重构单元，其特征在于，所述下层辐射结构包括相互平行的2条传输线(10)、4个子辐射臂(5)、4个开关件(7)，4个子辐射臂(5)分为等数量的两组，两组子辐射臂(5)分别设于2条传输线(10)的中心线的两侧，两组子辐射臂(5)关于2条传输线(10)的中心线轴对称；每个子辐射臂(5)通过1个开关件(7)与距离自身最近的传输线(10)电相连，2条传输线(10)的中心线与2条传输线(10)位于同一平面；子辐射臂(5)相对于传输线(10)的中心线的距离可变，子辐射臂(5)的宽度沿远离传输线(10)的中心线的方向递增。4.根据权利要求3所述的一种方向图可重构单元，其特征在于，所述下层辐射结构还包括金属地(3)，所述金属地(3)上设有扇形槽(31)，所述扇形槽(31)与平...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁孝翔，杨国庆，杏晨，陈军全，蓝海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：