一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线制造技术

本发明专利技术属于天线技术领域，具体的说是涉及一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线。本发明专利技术的结构主要提出可以在正交方向上独立控制相位的单元，每个单元中通过两个二极管分别控制两个方向的反射相位，本发明专利技术的单元结构x,y轴的相位差为

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体的说是涉及一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线。

技术介绍

[0002]超表面是由亚波长人工单元在二维平面内周期或者非周期排布构成的超薄平台，在调控电磁波方面展现了强大的能力。特别是可编程超表面，能在外部控制信号下对电磁波进行人为动态调控。然而目前大多数可编程超表面只能在预先设计的特定极化电磁波照射下才能表现出可编程特性，在其他极化电磁波照射下其依然为静态特性，因此超表面的应用也受到相应的制约。
[0003]极化方式是天线的重要特征，传统阵列的极化特性依赖于单元的极化特性，传统实现正交方向独立相位控制的单元结构都是旋转对称的，这使得x，y轴相差相位为0
°
或180
°
。为了获得圆极化，这样的单元必须使用圆极化的馈电。同时，由于结构的一致，很难实现x,y轴其他的相位差。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种能实现四种不同极化的反射阵天线。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线，所述反射阵天线包括信号馈源和反射面阵列，所述反射面阵列采用相异的结构来控制极化为两个正交方向的反射相位，具体为：
[0007]所述反射面阵列由多个反射单元周期排列构成，所述反射单元包括第一金属层、第一介质基板层、金属地、第三介质基板层、第四介质基板层、第二金属层；所述第一金属层包括相互独立的偶极天线和贴片天线，所述偶极天线的两臂由第一二极管连接；所述第二金属层包括第一金属片、第二金属片和第三金属片，所述第二金属片和第三金属片由第二二极管连接；所述第一二极管的阳极与第一金属片电气连接，第一二极管的阴极接金属地；所述第二二极管的阳极接第二金属片，第二二极管的阴极接第三金属片，且第三金属片与贴片天线电气连接，贴片天线接金属地；所述第一二极管和第二二极管均具有独立控制的电压信号；
[0008]所述偶极天线和贴片天线分别用于控制两个正交方向的反射相位。
[0009]进一步的，所述偶极天线两臂的末端为弯折结构。
[0010]进一步的，所述贴片天线为开槽的贴片天线。
[0011]进一步的，所述信号馈源包括馈电天线和支架，反射面阵列和馈电天线安装在支架上，定义偶极天线用于控制x轴方向的反射相位，贴片天线用于控制y轴方向的反射相位；所述馈电天线为线极化号角天线，其沿z轴旋转45
°
后安装在支架上，从而获得与x轴和y轴相同的相位和幅度。
[0012]进一步的，通过控制第一二极管的开关使偶极天线在x轴实现反射相位在0
°
与180
°
之间切换，通过控制第二二极管的开关使贴片天线在y轴实现反射相位在90
°
与270
°
之间切换。
[0013]更进一步的，在x轴反射相位状态为0
°
且y轴反射相位状态为90
°
时，极化方式为LHCP；在x轴反射相位状态为180
°
且y轴反射相位状态为270
°
时，极化方式为LHCP，在x轴反射相位状态为0
°
且y轴反射相位状态为270
°
时，极化方式为RHCP；在x轴反射相位状态为180
°
且y轴反射相位状态为90
°
时，极化方式亦为RHCP。
[0014]进一步的，所述金属地同时作为信号和电源的地。
[0015]进一步的，所述第二金属层是天线的电源端。
[0016]本专利技术的有益效果为，本专利技术的单元结构x,y轴的相位差为
±
90
°
，实现圆极化仅需线极化的馈电，使用了相异的结构，使得x,y轴的相位差在设计上具有更大的自由度。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的正交方向相位独立控制反射单元的结构示意图。
[0018]图2是本专利技术的阵列天线实际应用示意图。
[0019]图3是本专利技术反射单元中第一金属层的结构示意图。
[0020]图4是本专利技术反射单元中第二金属层的结构示意图。
[0021]图5是本专利技术阵列天线两个正交方向的反射相位和反射损耗示意图，其中(a)是反射相位，(b)是反射损耗。
[0022]图6是线极化量测结果示意图，其中(a)LP 45 in phi＝0
°
，(b)LP
‑
45 in phi＝0
°
，(c)LP 45 in phi＝90
°
，(d)LP
‑
45in phi＝90
°
。
[0023]图7是圆极化量测结果示意图，其中(a)RHCP in phi＝0
°
，(b)LHCP in phi＝0
°
，(c)RHCP in phi＝90
°
，(d)LHCP in phi＝90
°
。
具体实施方式
[0024]下面结合附图，对本专利技术进行详细的描述。
[0025]本专利技术解决问题的方法是提出了可以在正交方向上独立控制相位的阵列单元，其结构如图1，图1中的Rogers 5880和FR4为基板的材质。由这种阵列单元组成的阵列可以视为两个极化方向正交，空间位置重合的子阵列1和子阵列2。其中子阵列1的极化方向为x轴，子阵列2的极化方向为y轴。当对阵列的起始相位进行调节时，它们的远场辐射电场的相位也会随之改变。所以通过控制两个子阵列的起始相位，就可以控制主波束方向的辐射电场的相位。
[0026]如图2所示，为本专利技术提出的反射阵列天线的实际应用示意，由信号馈源和反射面组成，信号馈源是一个用于馈电的馈电天线和它的支架，反射面由可编程超表面和它的控制电路组成，超表面由其单元周期排列组成，控制系统(MCU)可为每个单元提供独立控制的供电。其中，馈电天线使用一个线极化的号角天线，沿Z轴旋转45
°
后放置以获得xy轴相同的相位和幅度。馈源天线相位中心距离反射面140mm。作为反射面的超表面单元数量为10*10，其大小为120mm*120mm，超表面的控制系统使用arduino及移位暂存器扩充输出接口，每个单元均有两个独立的接口控制其相位。通过arduino对超表面的相位分布的控制，可以实现
主波束方向扫描和极化方式的切换。
[0027]为了实现在正交方向上独立控制相位，如图3所示，本专利技术提出的结构中，第一金属层为辐射结构，由一个弯折的偶极天线和一个开槽的贴片天线组成，采用第一二极管连接偶极天线的两臂，并且二极管的正负两端与两小片金属连接，这两小片金属上分别有一个孔，其中一个为通孔，一个为盲孔，具体结构如图1所示，通孔与第二金属层连接，盲孔接金属地。因此第一二极管可以独立的控制偶极天线，实现x轴极化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线，其特征在于，所述反射阵天线包括信号馈源和反射面阵列，所述反射面阵列采用相异的结构来控制极化为两个正交方向的反射相位，具体为：所述反射面阵列由多个反射单元周期排列构成，所述反射单元包括第一金属层、第一介质基板层、金属地、第三介质基板层、第四介质基板层、第二金属层；所述第一金属层包括相互独立的偶极天线和贴片天线，所述偶极天线的两臂由第一二极管连接；所述第二金属层包括第一金属片、第二金属片和第三金属片，所述第二金属片和第三金属片由第二二极管连接；所述第一二极管的阳极与第一金属片电气连接，第一二极管的阴极接金属地；所述第二二极管的阳极接第二金属片，第二二极管的阴极接第三金属片，且第三金属片与贴片天线电气连接，贴片天线接金属地；所述第一二极管和第二二极管均具有独立控制的电压信号；所述偶极天线和贴片天线分别用于控制两个正交方向的反射相位。2.根据权利要求1所述的一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线，其特征在于，所述偶极天线两臂的末端为弯折结构。3.根据权利要求1所述的一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线，其特征在于，所述贴片天线为开槽的贴片天线。4.根据权利要求1所述的一种基于正交方向相位独立控制反射单元的反射阵天线，其特征在于，所述信号馈源包括馈电天线和支架，反射面阵列和馈电天线安装在支架上，定义偶极天线用于控制x轴方向的反射相位，贴片天线用于控制y轴方向的反射相位；所述馈电天线为线极化号角天线，其沿z轴旋转45

【专利技术属性】
技术研发人员：纪佩绫，胡渐佳，杨涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：