一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元及其阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元，相控阵单元包括第一层介质板、第二层介质板和设置在第一层介质板与第二层介质板之间的层压合板，第一层介质板设置有接收元件、反射延迟元件和第一射频开关元件，接收元件接收电磁波后通过反射延迟元件对电磁波进行相位延迟后处理得到交叉极化的反射波，透射元件接收电磁波后处理得到交叉极化的透射波；第一射频开关元件用于通断改变反射波的相位，透射元件改变透射波的相位。通过配置阵列中各单元透射波的相位和反射波的相位，可进行双向波束扫描和独立调控各向的波束，实现更广泛的覆盖范围，应用潜力强，可广泛应用于天线技术领域。线技术领域。线技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元及其阵列


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元及其阵列。

技术介绍

[0002]随着5G和6G无线通信时代的到来，更高的载波频率、通信速率、范围覆盖等应用需求导致对天线和基站的需求数量激增，从而带来高昂的硬件成本和电力消耗。为了解决这些问题，现有的一个研究方向是低成本、低功耗、易集成的智能表面技术，但目前的研究主要集中在仅反射或仅透射功能的智能表面，对于需要不同方向同时覆盖的特殊应用场景时不能满足。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例的目的是提供一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元，具有双向波束扫描和独立调控功能，能够同时覆盖不同的方向，覆盖范围广、应用潜力强。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元，所述相控阵单元包括第一层介质板、第二层介质板和设置在所述第一层介质板与第二层介质板之间的层压合板，所述第一层介质板通过金属柱与所述第二层介质板连通，所述金属柱穿过所述层压合板；
[0005]所述第一层介质板设置有接收元件、反射延迟元件和第一射频开关元件，所述接收元件接收电磁波后通过所述第一射频开关元件输送一部分的所述电磁波至所述反射延迟元件，所述反射延迟元件对所述一部分的所述电磁波进行相位延迟后处理得到交叉极化的反射波，另一部分的所述电磁波通过所述金属柱流向所述第二层介质板，所述第二层介质板包括透射元件，所述透射元件接收流向所述第二层介质板的电磁波后处理得到交叉极化的透射波；
[0006]所述第一射频开关元件用于通断所述接收元件和所述反射延迟元件、以改变反射波的方向，所述透射元件包括第二射频开关元件，所述第二射频开关元件通断后改变所述透射元件上的电流方向、以改变透射波的方向，所述透射波和所述反射波同时辐射且独立控制辐射方向。
[0007]可选地，所述第一层介质板设置有反射偏置元件，所述反射偏置元件、所述接收元件、所述反射延迟元件和所述第一射频开关元件共同构成所述相控阵单元的反射控制单元，所述反射控制单元用于控制所述相控阵单元具有稳定的反射相位差。
[0008]可选地，所述金属柱包括第一柱、第二柱和第三柱，所述第一柱连通所述第一层介质板的第一表面和第二表面，所述第二柱连通所述层压合板的第三表面和第四表面，所述第三柱连通所述第二层介质板的第五表面和第六表面，所述第一柱在所述第一层介质板的第二表面与所述第二柱连通，所述第二柱在所述层压合板的第四表面与所述第三柱连通。
[0009]可选地，所述第一层介质板的第二表面设置有金属地板，所述金属地板隔离所述第一层介质板和所述第二层介质板、进而隔离所述发射波和所述透射波。
[0010]可选地，所述第一层介质板设置有第一金属过孔，所述第一射频开关元件通过所述第一金属过孔连接所述金属地板。
[0011]可选地，所述第一层介质板设置有直流控制线和第二金属过孔，所述第二层介质板设置有第三金属过孔和第四金属过孔，所述直流控制线通过所述第二金属过孔、第三金属过孔和第四金属过孔接入到所述第二层介质板的第五表面。
[0012]可选地，所述第二层介质板设置有透射偏置元件和扇形金属元件，所述透射偏置元件和所述扇形金属元件共同遏制射频信号在所述直流控制线上传输，所述射频信号由所述透射元件接收电磁波后产生。
[0013]可选地，所述第二层介质板上设置有寄生元件，所述寄生元件、所述透射元件、所述透射偏置元件和所述第二射频开关元件共同构成所述相控阵单元的透射控制单元，所述透射控制单元控制所述相控阵单元具有稳定的透射相位差。
[0014]可选地，所述第一层介质板、所述层压合板和所述第二层介质板均是长和宽都等于0.3λ
0j
‑
0.4λ
0j
的方体，其中λ0为中心频率5GHz
‑
6GHz的自由空间波长。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种具有双向波束扫描功能的阵列，其特征在于，包括权利上述的相控阵单元，所述阵列由多个所述相控阵单元组成，所述阵列实现独立的二维双向波束扫描。
[0016]实施本专利技术实施例包括以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元，相控阵单元包括第一层介质板、层压合板和第二层介质板，第一层介质板通过层压合板与第二层介质板压合固定，第一层介质板通过金属柱与第二层介质板连通，金属柱穿过层压合板；第一层介质板设置有接收元件、反射延迟元件和第一射频开关元件，接收元件接收电磁波后通过第一射频开关元件输送一部分的所述电磁波至反射延迟元件，反射延迟元件对一部分的所述电磁波进行相位延迟后处理得到交叉极化的反射波，电磁波的另一部分通过金属柱流向所述第二层介质板，第二层介质板包括透射元件，透射元件接收流向第二层介质板的电磁波后处理得到交叉极化的透射波；第一射频开关元件用于通断接收元件和反射延迟元件、以改变反射波的方向，透射元件包括第二射频开关元件，第二射频开关元件通断后改变透射元件上的电流方向、以改变透射波的方向，透射波和反射同时辐射且独立控制辐射方向。通过同时透射和反射电磁波实现更广泛的覆盖范围，通过改变透射波的方向和反射波的方向，可进行双向波束扫描和独立调控各向的波束，应用潜力强。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术实施例提供的一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元的拓扑结构图；
[0019]图3是本专利技术实施例提供的接收元件、反射延迟元件结构图；
[0020]图4是本专利技术实施例提供的金属地板结构图；
[0021]图5是本专利技术实施例提供的偏置元件和扇形金属结构图；
[0022]图6是本专利技术实施例提供的透射元件结构图；
[0023]图7是本专利技术实施例提供的一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元的反射及透射幅度随频率的变化曲线图；
[0024]图8是本专利技术实施例提供的一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元的反射及透射相位随频率的变化曲线图；
[0025]图9是本专利技术实施例提供的一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元的双向扫描性能图：9a为反射波束E面扫描图，9b为反射波束H面扫描图，9c为透射波束E面扫描图，9d为透射波束H面扫描图；
[0026]图10是本专利技术实施例提供的阵列结构图：10a为阵列整体结构图，10b为阵列的表面视图；
[0027]附图标记：第一层介质板(101)、层压合板(102)、第二层介质板(103)、接收元件(104)、第一柱(105_A)、第二柱(105_B)、第三柱(105_C)、第一金属过孔(106)、反射延迟元件(107)、第二金属过孔(108)、反射偏置元件(109)、扇形金属元件(110、116)、寄生元件(111)、透射元件(112)、透射偏置元件(113)、第三金属过孔(114)、第四金属过孔(115本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双向波束扫描功能的相控阵单元，其特征在于，所述相控阵单元包括第一层介质板、第二层介质板和设置在所述第一层介质板与所述第二层介质板之间的层压合板，所述第一层介质板通过金属柱与所述第二层介质板连通，所述金属柱穿过所述层压合板；所述第一层介质板设置有接收元件、反射延迟元件和第一射频开关元件，所述接收元件接收电磁波后通过所述第一射频开关元件输送一部分的所述电磁波至所述反射延迟元件，所述反射延迟元件对所述一部分的所述电磁波进行相位延迟后处理得到交叉极化的反射波，另一部分的所述电磁波通过所述金属柱流向所述第二层介质板，所述第二层介质板包括透射元件，所述透射元件接收流向所述第二层介质板的电磁波后处理得到交叉极化的透射波；所述第一射频开关元件用于通断所述接收元件和所述反射延迟元件、以改变反射波的方向，所述透射元件包括第二射频开关元件，通过改变所述第二射频开关元件的通断状态，以改变所述透射元件上的电流方向、从而改变透射波的方向，所述透射波和所述反射波同时辐射且独立控制辐射方向。2.根据权利要求1所述的相控阵单元，其特征在于，所述第一层介质板设置有反射偏置元件，所述反射偏置元件、所述接收元件、所述反射延迟元件和所述第一射频开关元件共同构成所述相控阵单元的反射控制单元，所述反射控制单元用于控制所述相控阵单元具有稳定的反射相位差。3.根据权利要求1所述的相控阵单元，其特征在于，所述金属柱包括第一柱、第二柱和第三柱，所述第一柱连通所述第一层介质板的第一表面和第二表面，所述第二柱连通所述层压合板的第三表面和第四表面，所述第三柱连通所述第二层介质板的第五表面和第六表面，所述第一柱在所述第一层介质板的第二表面与所述第二柱连通，所述第二柱在所述层压合板的第四表面与所述第三柱连通。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖钰，项猛，刘宇星，徐世友，陈曾平，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：