1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线制造技术

本申请属于天线技术领域，涉及一种1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线。可重构单元包括：辐射层、介质层以及控制层；辐射层以及控制层分别设在介质层的顶面和底面；辐射层包括闭合正六边环形的第一辐射贴片以及长方形的第二辐射贴片；第二辐射贴片设在第一辐射贴片的内部，且长方形的一组平行边与正六边环形的一组平行边平行间隔设置；第一辐射贴片与第二辐射贴片之间具有两个对称的间隙，每个间隙上均设有一个二极管，以使二极管连接第一辐射贴片与第二辐射贴片，且两个二极管的极性方向相反；控制层与辐射层相连，以控制两个二极管的通断。本申请能够提升带宽且不需要外部额外馈源。额外馈源。额外馈源。

【技术实现步骤摘要】
1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线


[0001]本申请涉及天线
，特别是涉及一种1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线。

技术介绍

[0002]实现波束扫描的传统天线主要有相控阵天线和抛物面天线两种。抛物面天线具有高增益的优点，但由于其弯曲的表面结构，加工和安装困难；同时，抛物面天线实现波束扫描的方式是采用机械旋转的方法，这种波束调控的方法不够灵活且方向性不够准确。相控阵天线经由放大器和移相器独立控制每个天线单元上的激发电流的振幅和相位，以实现波束扫描的目的；这种方法需要复杂的馈电网络和加载大量的T/R组件，虽然扫描速度快、波束调控灵活，但传输损耗大、成本高，同时天线体积也较大，不适合应用在小规模信息传输场景。
[0003]近年来，随着可重构技术的不断发展，基于可重构单元实现波束扫描的天线已经引起了广泛的关注。通过直流偏置电路来控制单元中加载的PIN二极管能够灵活而便捷地调整天线辐射波束的指向，利用可重构技术设计的反射/透射阵天线系统通过控制集成在天线单元中的PIN管也可以实现对相位的控制，以达到控制波束的目的。
[0004]但是，对于可重构反射阵/透射阵来讲，其需要外部额外馈源来照射整个阵面，馈源通常需要置于阵列口径的0.8
‑
1.2倍处，这样就不可避免地导致天线剖面过高，不利于系统集成；同时，馈源的照射会导致能量的泄露。而对于可重构辐射阵来说，带宽很窄，无法满足多样化需要。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线，能够提升带宽且不需要外部额外馈源。
[0006]1bit宽带辐射式可重构单元，包括：辐射层、介质层以及控制层；所述辐射层以及所述控制层分别设在所述介质层的顶面和底面；所述辐射层包括：第一辐射贴片以及第二辐射贴片；所述第一辐射贴片为正六边环形的闭合结构，所述第二辐射贴片为长方形的结构；所述第二辐射贴片设在所述第一辐射贴片的内部，且长方形的一组平行边与正六边环形的一组平行边平行间隔设置；第一辐射贴片与第二辐射贴片之间具有两个对称的间隙，每个间隙上均设有一个二极管，以使所述二极管连接第一辐射贴片与第二辐射贴片，且两个二极管的极性方向相反；所述控制层与所述辐射层相连，以控制两个二极管的通断，使其中一个二极管导通，同时另一个二极管截止，以实现1bit宽带可重构。
[0007]在一个实施例中，长方形的长度大于六边环形的内边长但小于六边环形的外边长，长方形的宽度为六边环形宽度的9/10倍至19/20倍之间。
[0008]在一个实施例中，所述控制层包括：直流信号线以及射频信号线；所述直流信号线的中心线以及所述射频信号线的中心线共线；所述直流信号线的一端与所述射频信号线的一端相连，所述直流信号线的另一端以及所述射频信号线的另一端均延伸到所述介质层的边缘；所述射频信号线与所述第二辐射贴片相连。
[0009]在一个实施例中，所述控制层还包括：电感；所述电感连接所述直流信号线以及所述射频信号线。
[0010]在一个实施例中，所述辐射层还包括：两条对称设置的高阻抗线；所述高阻抗线的一个对应端连接所述第一辐射贴片，另一个对应端接地。
[0011]在一个实施例中，还包括：一个金属管和两个连接管；所述金属管的一端与所述第二辐射贴片的中心相连，另一端穿过所述介质层后与所述射频信号线相连；所述连接管的一个对应端分别与所述高阻抗线的另一个对应端相连，所述连接管的另一个对应端接地。
[0012]在一个实施例中，所述高阻抗线和所述连接管的长度总和为辐射波工作波长的四分之一。
[0013]在一个实施例中，所述介质层包括：从辐射层到控制层方向依次相叠的第一介质板、第二介质板以及第三介质板；所述辐射层设在所述第一介质板的顶面，所述控制层设在所述第三介质板的底面；所述第一介质板与所述第二介质板之间以及所述第二介质板与所述第三介质板之间均设有一层半固化片。
[0014]在一个实施例中，所述介质层还包括：地板；所述地板的顶面和底面分别连接半固化片和所述第三介质板；所述高阻抗线的另一个对应端连接所述地板。
[0015]波束扫描阵列天线，包括：多个1bit宽带辐射式可重构单元；多个1bit宽带辐射式可重构单元无间隔阵列设置，且所有直流信号线互相平行。
[0016]上述1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线，辐射层包括闭合正六边环形的第一辐射贴片以及长方形的第二辐射贴片，长方形的一组平行边与正六边环形的一组平行边平行间隔设置，形成两个对称的间隙，每个间隙上均设有一个二极管以连接两个辐射贴片，两个二极管的极性方向相反、工作状态（导通、截止）相反。其中，第一辐射贴片、第二辐射贴片、二极管都是对称的，正六边环形的辐射贴片形成了闭合的辐射结构，增加了电流循环，延长了电流路径，同时提升带宽和辐射增益，且不影响其他性能，实现1bit宽带可重构；相比现有技术中相对带宽仅为8%左右的辐射式天线，本申请的天线单元的相对带宽可大于18%，具有宽带特性，可以提高设备的信道容量，提升系统传输速率，提高现有的频谱利用率，并能够通过组阵的方式构成电控的波束扫描阵列天线，实现宽带阵列天线，波束调控灵活准确；而且，相比反射或透射天线，二极管用于开通和关断，更换了工作频点可能无法实现1bit切换，本申请的二极管用于电流反向，即使更换了工作频点，仍然可以反向并实现1bit宽带可重构；另外，本申请中设置了长方形的第二辐射贴片，其长度方向与天线单元
的对称面垂直，以引导电流的辐射方向，实现了良好的交叉极化性能和主极化性能，尤其是主极化性能；本申请结构简单、加工方便、装配快捷、成本低、体积小、应用范围广。
附图说明
[0017]图1为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元的立体示意图；图2为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元中辐射层和控制层的示意图，其中，(a)为辐射层的示意图，(b)为控制层的示意图；图3为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元的二极管的等效电路图，其中，(a)为二极管处于ON状态的示意图，(b)为二极管处于OFF状态的示意图；图4为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元的两种工作状态的表面电流分布图，其中，(a)为天线工作在状态0的示意图，(b)为天线工作在状态1的示意图；图5为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元工作在状态0和状态1的S
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参数示意图；图6为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元在f=8.5GHz时的三维空间远场方向图；图7为一个实施例中1bit宽带辐射式可重构单元在f=8.5GHz时的二维空间远场方向图；图8为一个实施例中波束扫描阵列天线的俯视图；图9为一个实施例中波束扫描阵列天线的仰视图；图10为一个实施例中波束扫描阵列天线工作在8.5GHz时以理论上双波束偏转
±
10
°
的三维远场方向图结果；图11为一个实施例中波束扫描阵列天线工作在8.5GHz时以理论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 1bit宽带辐射式可重构单元，其特征在于，包括：辐射层、介质层以及控制层；所述辐射层以及所述控制层分别设在所述介质层的顶面和底面；所述辐射层包括：第一辐射贴片以及第二辐射贴片；所述第一辐射贴片为正六边环形的闭合结构，所述第二辐射贴片为长方形的结构；所述第二辐射贴片设在所述第一辐射贴片的内部，且长方形的一组平行边与正六边环形的一组平行边平行间隔设置；第一辐射贴片与第二辐射贴片之间具有两个对称的间隙，每个间隙上均设有一个二极管，以使所述二极管连接第一辐射贴片与第二辐射贴片，且两个二极管的极性方向相反；所述控制层与所述辐射层相连，以控制两个二极管的通断，使其中一个二极管导通，同时另一个二极管截止，以实现1bit宽带可重构。2.根据权利要求1所述的1bit宽带辐射式可重构单元，其特征在于，长方形的长度大于六边环形的内边长但小于六边环形的外边长，长方形的宽度为六边环形宽度的9/10倍至19/20倍之间。3.根据权利要求2所述的1bit宽带辐射式可重构单元，其特征在于，所述控制层包括：直流信号线以及射频信号线；所述直流信号线的中心线以及所述射频信号线的中心线共线；所述直流信号线的一端与所述射频信号线的一端相连，所述直流信号线的另一端以及所述射频信号线的另一端均延伸到所述介质层的边缘；所述射频信号线与所述第二辐射贴片相连。4.根据权利要求3所述的1bit宽带辐射式可重构单元，其特征在于，所述控制层还包括：电感；所述电感连接所述直流信号线以及所述射频信号线。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，宁远帆，陈琦，褚宏波，邹棋，盛俊威，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：