一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线，该天线从上到下依次由第一金属层、介质基片、第二金属层组成。在第一金属层表面设置八个相同的矩形辐射槽，每一个辐射槽对称分布于第一金属层宽边中线的两侧。每个辐射槽的中心加载一个PIN二极管，用于控制辐射槽的状态。介质基片边缘均匀分布圆柱形金属连接杆，连接第一金属层和第二金属层，构成一个单宽边开路的腔体结构。通过分别设置八个PIN二极管处于导通或截止状态，可以得到不同的辐射波束，波束扫描范围为

【技术实现步骤摘要】
一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，具体而言，涉及一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线。

技术介绍

[0002]在无线通信领域，可重构天线以其抗干扰、高安全性和大覆盖范围等特点得到广泛应用。不仅如此，与传统相控阵天线相比，波束可重构天线通常较小，天线阵列的设计更简单、更经济、更灵活。基片集成波导以将立体的波导结构平面化为优势，而且由于PCB加工工艺较成熟，能够精准的控制加工尺寸，便于进行精细加工，有助于实现和提高器件性能。基片集成波导背腔缝隙天线继承了传统背腔开缝天线的优点，并在成本、外形和平面集成方面显示出额外的优势，因此是可重构天线设计的良好候选。过去十年，国内外提出了一系列基于基片集成波导的波束可重构方法，最常用的是通过对缝隙阵列加载电子器件来实现波束可重构，这类天线的体积和重量较小，更重要的是具有更高的覆盖性和灵活性。基于此，本专利技术提出一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线，具有电性能优良、波束覆盖范围广、灵活性高等优势，有望能在无线系统得到广泛应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线，具有覆盖性好、灵活性高、体积小、结构简单、易于加工和调试等优势。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线，从上至下依次包括第一金属层1、介质基片2、第二金属层3；介质基片2边缘均匀分布圆柱形金属连接杆4；第一金属层1和第二金属层3的形状相同，呈矩形；在第一金属层1表面设置八个形状相同的矩形辐射槽5和八个PIN二极管6；所提出的波束可重构缝隙阵列天线沿z轴放置。
[0005]进一步，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的介质基片2采用单层F4BM220，相对介电常数为2.2，正损耗角的正切值为0.001；介质基片2的厚度为2mm。
[0006]进一步，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的圆柱形金属连接杆4连接第一金属层1和第二金属层3，构成一个单宽边开路的腔体结构，以此形成介质集成波导的金属壁。
[0007]进一步，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的矩形辐射槽5分别由辐射槽51、辐射槽52、辐射槽53、辐射槽54、辐射槽55、辐射槽56、辐射槽57和辐射槽58组成；每一个辐射槽均匀分布于第一金属层1宽边中线的两侧，每个辐射槽的中心加载一个PIN二极管。
[0008]进一步，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的PIN二极管6分别由PIN二极管61、PIN二极管62、PIN二极管63、PIN二极管64、PIN二极管65、PIN二极管66、PIN二极管67和PIN二极管68组成，用于控制辐射槽的状态。通过控制沿着宽边对称分布的两个
PIN二极管的任意一个处于导通状态，得到两种相反电场分布，使辐射相位具有180
°
差。
[0009]进一步，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的工作频率点为5.8GHz；当设置PIN二极管61、63、66、68导通其它截止时，阵列天线的波束指向角为0
°
，3dB波瓣覆盖
‑
10
°
～+10
°
；当设置PIN二极管61、63、64、66导通其它截止时，阵列天线的波束指向角为
‑
15
°
和+15
°
，3dB波瓣覆盖
‑
25
°
～
‑5°
和+5
°
～+25
°
；当设置PIN二极管61、62、67、68导通其它截止时，阵列天线的波束指向角为
‑
30
°
和+30
°
，3dB波瓣覆盖
‑
40
°
～
‑
20
°
和+20
°
～+40
°
；当设置PIN二极管61、62、63、64导通时，阵列天线的波束指向角为
‑
45
°
和+45
°
，3dB波瓣覆盖
‑
56
°
～
‑
33
°
和+33
°
～+56
°
；最终控制八个PIN二极管的状态可以实现
‑
56
°
～+56
°
的波束扫描范围；在0
°
辐射波束下，仿真
‑
10dB阻抗匹配带宽为8.6％，此时获得最大增益为11.6dBi。
[0010]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0011]1.本专利技术的基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线通过在上层金属片上设置多个密集分布的辐射槽，具有尺寸小、结构紧凑以及电性能优良等优点，适用于小型基站和空间受限的场景中；
[0012]2.本专利技术的基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线通过在辐射槽上加载PIN二极管，实现灵活的波束控制，具有灵活性高以及波束覆盖范围广的优点，能够满足多波束基站对宽角扫描覆盖的需求；
[0013]3.本专利技术的基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线选用厚度为2mm的单层F4BM220材料作为介质基片，在高频板材中成本较低，易于批量生产和大规模应用。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：
[0015]1‑
第一金属层，2
‑
介质基片，3
‑
第二金属层，4
‑
圆柱形金属连接杆，5
‑
八个矩形辐射槽，6
‑
八个PIN二极管。
[0016]图1是实施例中所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的立体结构示意图。
[0017]图2是实施例中所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的俯视图。
[0018]图3是实施例中所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线不同槽激励下的仿真传输相位及相位差。
[0019]图4是实施例中所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线不同辐射波束的仿真反射系数幅度。
[0020]图5是实施例中所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线不同辐射波束的仿真增益幅度。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本专利技术实
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线，从上至下依次包括第一金属层1、介质基片2、第二金属层3；介质基片2边缘均匀分布圆柱形金属连接杆4；第一金属层1和第二金属层3的形状相同，呈矩形；在第一金属层1表面设置八个形状相同的矩形辐射槽5和八个PIN二极管6；所提出的波束可重构缝隙阵列天线沿z轴放置。2.根据权利要求1，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的介质基片2采用单层F4BM220，相对介电常数为2.2，正损耗角的正切值为0.001；介质基片2的厚度为2mm。3.根据权利要求1，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的圆柱形金属连接杆4连接第一金属层1和第二金属层3，构成一个单宽边开路的腔体结构，以此形成介质集成波导的金属壁。4.根据权利要求1，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的矩形辐射槽5分别由辐射槽51、辐射槽52、辐射槽53、辐射槽54、辐射槽55、辐射槽56、辐射槽57和辐射槽58组成；每一个辐射槽均匀分布于第一金属层1宽边中线的两侧，每个辐射槽的中心加载一个PIN二极管。5.根据权利要求1，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的PIN二极管6分别由PIN二极管61、PIN二极管62、PIN二极管63、PIN二极管64、PIN二极管65、PIN二极管66、PIN二极管67和PIN二极管68组成，用于控制辐射槽的状态；通过控制沿着宽边对称分布的两个PIN二极管的任意一个处于导通状态，得到两种相反的电场分布，使辐射相位具有180
°
差。6.根据权利要求1，所述基于加载PIN二极管的波束可重构缝隙阵列天线的工作频率点为5.8GHz；当设置PIN二极管61、63、66、68导通其它截止时，阵列天线的波束指向角为0
°
，3dB波瓣覆盖
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，李玄，陈正川，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：