本发明专利技术涉及波束可控天线技术领域，尤其是一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。本发明专利技术采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且口径利用率高；通过贴片类天线激励出奇模电场分量，零阶谐振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。制。制。
【技术实现步骤摘要】
一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线
[0001]本专利技术涉及波束可控天线
，尤其是一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线。
技术介绍
[0002]智慧物联网和5G无线通信系统，在提供高速率、高稳定性和大容量的无线通信互联服务的同时，也面临着越来越复杂和恶劣的通信环境和应用场景，因此对天线端的诉求也越来越高。传统的固定模式天线，因其单一的辐射模式，难以在动态可变的环境和严重多径效应的场景下建立稳定可靠的信道。而波束可控天线，能够动态的切换辐射波束，实现空间的扫描覆盖，以及自适应波束对准等功能。波束可控天线因其多个可切换的辐射模式，能够在复杂场景下改善多径效应，全域动态辐射覆盖，因此特别适合室内、大型场馆和工业产线等场景的应用。
[0003]目前，波束可控天线大致分为四类：多端口多波束天线，开关形式方向图可重构天线、液体波束可重构天线以及低成本阵列天线等。多端口多波束天线通过激励不同方向上的馈电端口，实现多个方向上的覆盖，但多端口多波束天线需要额外的增加多端口开关网络，因此存在结构复杂和波束切换能力有限的缺点；开关形式方向图可重构天线通过在天线周围加载开关可控的寄生结构，形成可控的反射器或引向器，进而实现空间方向图可重构，但其需要电子开关器件和配套的直流控制电路，因此存在损耗大和成本高的缺点；液体波束可重构天线，采用液体可控的引向器或反射器结构来对中心辐射源的波束进行倾斜偏转，由于其需要精密的水泵伺服系统，因此存在控制系统复杂和波束切换速度慢的缺点；低成本阵列天线，通过采用少量阵元和移相器结构，构造出一个低成本的相控阵天线，进而实现空间多波束扫描，虽然该方法能够实现灵活的波束扫描，但是其存在尺寸大和成本高的问题。
[0004]基于上述现有技术的分析可知，目前波束可控天线中，均难以同时实现小型化、低成本和丰富的波束控制。
技术实现思路
[0005]为解决上述现有技术问题，本专利技术提供一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线拟实现小型化的同时实现丰富的波束控制。
[0006]一种零阶超材料多模辐射器，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；
[0007]所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。
[0008]本专利技术采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且空间利用率高；本专利技术通过贴片类天线激励出奇模电场分量，通过零阶谐
振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。
[0009]进一步的，所述贴片类天线包括第一金属层，所述第一金属层的顶面重叠有金属贴片，且第一金属层和金属贴片之间保留有间隙；第一金属层的底面重叠有第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙；
[0010]所述第一金属层上腐刻有耦合馈电缝隙，用于对贴片类天线的耦合激励；
[0011]所述第一金属层上布设有耦合馈电T型微带线，耦合馈电T型微带线从所述耦合馈电缝隙的穿过，用于对耦合馈电缝隙进行激励；
[0012]所述第一金属层穿过有第一馈电探针，第一馈电探针与第二金属层之间形成馈电接口。
[0013]进一步的，所述第一金属层上腐刻有两个耦合馈电缝隙，两个耦合馈电缝隙沿其自身的长度方向上并列设置。
[0014]进一步的，所述零阶谐振天线包括设置在两个金属短路墙之间的第一金属层、以及重叠在第一金属层底面的第二金属层，所述第一金属层和第二金属层之间保留有间隙，所述第二金属层和第一金属层通过所述金属短路墙电连接；
[0015]所述第一金属层上设置有开口缝隙，开口缝隙的两侧跨接有开关以及控制所述开关电切换的第一开关控制电路；
[0016]所述零阶谐振天线的中间位置处穿过有第二馈电探针，所述第二馈电探针的一端与所述第一金属层短接，所述第二馈电探针的另一端与所述第二金属层之间形成馈电接口。
[0017]进一步的，所述第一金属层上设置有偶数个对称分布在第一金属层两侧的开口缝隙，且开口缝隙位置与可控波束指向相关，每个所述开口缝隙上均跨接有至少一个所述开关。
[0018]进一步的，所述开关为PIN二极管或变容管或开关芯片。
[0019]一种空间多波束可控天线，包括本专利技术所述的零阶超材料多模辐射器、两路开关控制馈电网络以及互联传输线缆；
[0020]所述零阶超材料多模辐射器的两个端口通过互联传输线缆与两路开关控制馈电网络的两个输出端一一对应连接，基于调控两路开关控制馈电网络改变对零阶超材料多模辐射器的馈电激励。
[0021]本专利技术通过两路开关控制馈电网络改变零阶超材料多模辐射器的馈电激励，进而实现空间多波束控制，并且本专利技术仅采用两路开关控制馈电网络实现了半平面波束扫描，具有成本低廉和结构精简的优点，适合广泛的无线通信应用中。
[0022]进一步的，基于功分器和半波长开路移相器建立所述两路开关控制馈电网络；
[0023]所述功分器用于两等分两路信号，同时激励所述零阶超材料多模辐射器的定向侧向辐射和全向辐射；
[0024]所述半波长开路移相器用于提供0
°
和180
°
的两路信号。
[0025]进一步的，所述两路开关控制馈电网络包括作为整个两路开关控制馈电网络载体的双面低损耗介质基板、安装在所述双面低损耗介质基板背面的第三金属层、用于控制整个两路开关控制馈电网络开关电切换的第二开关控制电路，以及集成在所述双面低损耗介
质基板上的单刀三掷开关、二等分功分器、半波长开路移相器、金属微带线、隔离电阻和单刀双掷开关；
[0026]所述单刀三掷开关与二等分功分器和金属微带线连接；
[0027]所述半波长开路移相器与金属微带线相连接；
[0028]所述隔离电阻跨接在所述二等分功分器的两侧；
[0029]所述单刀双掷开关与金属微带线连接。
[0030]进一步的，所述半波长开路移相器为0
°
/180
°
可切换移相器结构。
[0031]本专利技术的有益效果体现在，
[0032]1.本专利技术采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且空间利用率高；本专利技术通过贴片类天线激励出奇模电场分量，通过零阶谐振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。
[0033]2.本专利技术通过两路开关控制馈电网络改变零阶超材料多模辐射器的馈电激励，进而实现空间多波束控制，并且本专利技术仅采用两路开关控制馈电网络实现了半平面波束扫描，具有成本低廉和结构精简的优点，适合广泛的无线通信应用中。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。2.根据权利要求1所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述贴片类天线包括第一金属层；所述第一金属层的顶面重叠有金属贴片，且第一金属层和金属贴片之间保留有间隙；第一金属层的底面重叠有第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙；所述第一金属层上腐刻有耦合馈电缝隙，用于对贴片类天线的耦合激励；所述第一金属层上布设有耦合馈电T型微带线，耦合馈电T型微带线从所述耦合馈电缝隙的穿过，用于对耦合馈电缝隙进行激励；所述第一金属层穿过有第一馈电探针，第一馈电探针与第二金属层之间形成馈电接口。3.根据权利要求2所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述第一金属层上腐刻有两个耦合馈电缝隙，两个耦合馈电缝隙沿自身长度方向并列设置。4.根据权利要求1所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述零阶谐振天线包括设置在两个金属短路墙之间的第一金属层、以及重叠在第一金属层底面的第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙，所述第二金属层和第一金属层通过所述金属短路墙电连接；所述第一金属层上设置有开口缝隙，开口缝隙的两侧跨接有开关以及控制所述开关电切换的第一开关控制电路；所述零阶谐振天线的中间位置处穿过有第二馈电探针，所述第二馈电探针的一端与所述第一金属层短接，所述第二馈电探针的另一端与所述第二金属层之间形成馈电接口。5.根据权利要求4所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述第一金属层上设置有偶数个对称分布在第一金属层两侧的开口缝隙，且开口缝隙位置与可...
【专利技术属性】
技术研发人员：董元旦，王崭，程洋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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