一种极化旋转单元及波束可重构阵列天线制造技术

本申请属于天线技术领域，涉及一种极化旋转单元及波束可重构阵列天线。极化旋转单元包括贴片层、介质层以及控制层；贴片层包括第一辐射贴片和四个间隔阵列环绕的第二辐射贴片；第一辐射贴片为正方形，且第一辐射贴片的任意对角线与介质层的任意对角线呈45

【技术实现步骤摘要】
一种极化旋转单元及波束可重构阵列天线


[0001]本申请涉及天线
，特别是涉及一种极化旋转单元及波束可重构阵列天线。

技术介绍

[0002]极化是电磁波的性质之一,其能够增加通信的容量、提高信息保密性等。因此，在通信系统中对极化的控制是极其重要的。
[0003]极化旋转表面是目前比较常见的用来控制极化模式的天线，其能够通过反射或者透射的方式将入射波的极化方向旋转90
°
，从而实现控制极化的功能。
[0004]现有技术中，常见的极化旋转表面虽然具有一些优异的性能，如较宽的工作带宽，但是其功能较为单一，在作为天线使用时，只能辐射固定方向的波束，且方向不可变。
[0005]很明显，随着通信技术的发展与进步，极化旋转天线已经不能满足现有的要求，因此，设计具有波束可重构功能的极化旋转天线是十分有必要的，这将极大的拓宽极化旋转天线的使用场景。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种极化旋转单元及波束可重构阵列天线，能够实现极化旋转，同时支持状态可重构。
[0007]一种极化旋转单元，包括：贴片层、介质层以及控制层；所述介质层为正方形的板状结构，所述贴片层设在所述介质层的顶部，所述控制层设在所述介质层的底部；
[0008]所述贴片层包括：设在所述贴片层中心的第一辐射贴片以及四个间隔阵列环绕在所述第一辐射贴片周围的第二辐射贴片；所述第一辐射贴片为正方形，且所述第一辐射贴片的任意对角线与所述介质层的任意对角线呈45
°<br/>角；所述第二辐射贴片包括两个以上不同大小的矩形，任意相邻矩形的两条边共线，且每个矩形均关于所述介质层的一条对角线呈轴对称；所述第一辐射贴片与每个第二辐射贴片之间均以二极管相连，位于同一方向上的二极管的方向相同，且位于不同方向上的二极管的方向相反；
[0009]所述控制层与所述贴片层相连，以控制每个二极管的导通和截止状态，并支持可编程。
[0010]在一个实施例中，同一时刻，位于一个方向上的两个二极管导通，且位于另一方向上的两个二极管截止。
[0011]在一个实施例中，所述贴片层还包括：四个间隔阵列环绕在所述第一辐射贴片周围的第三辐射贴片；
[0012]所述第三辐射贴片为V形结构，且间隔设在两个相邻的第二辐射贴片之间。
[0013]在一个实施例中，所述第三辐射贴片包括：两个条状结构；
[0014]两个所述条状结构关于所述第一辐射贴片的一条对角线呈轴对称；
[0015]一个条状结构的一端与另一个条状结构的一端互相垂直相连，以形成直角结构，
且直角结构朝向所述第一辐射贴片的方向，一个条状结构的另一端所在直线与另一个条状结构的另一端所在直线共线。
[0016]在一个实施例中，所述第二辐射贴片包括：三个矩形；
[0017]矩形中与相邻条状结构平行的边的长度沿朝向所述第一辐射贴片的方向先减小再增大；
[0018]矩形中与相邻条状结构垂直的边的长度沿朝向所述第一辐射贴片的方向逐渐减小。
[0019]在一个实施例中，所述介质层包括：依次相叠的第一介质板、第二介质板以及第三介质板，所述第一介质板和所述第三介质板通过所述第二介质板粘合；
[0020]所述贴片层设在所述第一介质板的顶部，所述控制层设在所述第三介质板的底部。
[0021]在一个实施例中，所述介质层还包括：地板；
[0022]所述地板设在所述第一介质板与所述第二介质板之间，且所述地板与所述贴片层相连。
[0023]在一个实施例中，所述控制层包括直流线与扇形结构；
[0024]所述直流线的一端与所述第一辐射贴片相连，另一端与电压源相连；
[0025]所述扇形结构的尖端与所述直流线的中部相连。
[0026]在一个实施例中，还包括：控制管与连接管；
[0027]所述控制管的两端分别连接所述第一辐射贴片以及所述直流线；
[0028]所述连接管的两端分别连接所述第二辐射贴片以及所述地板。
[0029]波束可重构阵列天线，包括：多个极化旋转单元；
[0030]多个极化旋转单元阵列分布，以形成波束可重构阵列天线。
[0031]上述极化旋转单元及波束可重构阵列天线，设置了正方形的第一辐射贴片以及多边形的第二辐射贴片，第一辐射贴片以及第二辐射贴片之间设有二极管，贴片层同时呈轴对称结构以及中心对称结构，以实现极化旋转，当x极化波照射极化旋转单元表面时，反射波为y极化波，当y极化波照射极化旋转单元表面时，反射波为x极化波，即能够将任意极化方向的入射波旋转90
°
后射出。同时，当某一极化方向波入射时，一方向上的两个二极管导通，另一方向上的两个二极管截止，为极化旋转单元的“1”状态，一方向上的两个二极管截止，另一方向上的两个二极管导通，为极化旋转单元的“0”状态，形成相位差，能够辐射指定方向的波束，当对不同的极化旋转单元进行编码时，能够实现波束方向可重构，具有状态可重构特性。
附图说明
[0032]图1为一个实施例中极化旋转单元的立体图；
[0033]图2为一个实施例中贴片层的俯视图；
[0034]图3为一个实施例中贴片层的尺寸图；
[0035]图4为一个实施例中当x极化波入射时，极化旋转单元在“1”状态下的反射幅频曲线图；
[0036]图5为一个实施例中当x极化波入射时，极化旋转单元在“0”状态和“1”状态下的反
射相频曲线以及在“0”状态和“1”状态下的相位差值曲线图；
[0037]图6为一个实施例中极化旋转单元的电流分布图，其中，(a)为“1”状态下的表面电流分布图，(b)为“0”状态下的表面电流分布图；
[0038]图7为一个实施例中波束可重构阵列天线在f＝16GHz下x极化波入射时不同辐射方向的波束对应的编码分布图，其中，(a)为辐射方向为(0
°
，0
°
)的波束对应的编码分布图，(b)为辐射方向为(10
°
，0
°
)的波束对应的编码分布图，(c)为辐射方向为(20
°
，0
°
)的波束对应的编码分布图；
[0039]图8为一个实施例中波束可重构阵列天线在f＝16GHz下x极化波入射时不同辐射方向的波束的二维远场分布方向图，其中，(a)为辐射方向为(0
°
，0
°
)的二维远场分布方向图，(b)为辐射方向为(10
°
，0
°
)的二维远场分布方向图，(c)为辐射方向为(20
°
，0
°
)的二维远场分布方向图。
[0040]附图标记：
[0041]第一辐射贴片11，第二辐射贴片12，第三辐射贴片13，二极管14；
[0042]第一介质板21，第二介质板22，第三介质板23，地板24；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极化旋转单元，其特征在于，包括：贴片层、介质层以及控制层；所述介质层为正方形的板状结构，所述贴片层设在所述介质层的顶部，所述控制层设在所述介质层的底部；所述贴片层包括：设在所述贴片层中心的第一辐射贴片以及四个间隔阵列环绕在所述第一辐射贴片周围的第二辐射贴片；所述第一辐射贴片为正方形，且所述第一辐射贴片的任意对角线与所述介质层的任意对角线呈45
°
角；所述第二辐射贴片包括两个以上不同大小的矩形，任意相邻矩形的两条边共线，且每个矩形均关于所述介质层的一条对角线呈轴对称；所述第一辐射贴片与每个第二辐射贴片之间均以二极管相连，位于同一方向上的二极管的方向相同，且位于不同方向上的二极管的方向相反；所述控制层与所述贴片层相连，以控制每个二极管的导通和截止状态，并支持可编程。2.根据权利要求1所述的极化旋转单元，其特征在于，同一时刻，位于一个方向上的两个二极管导通，且位于另一方向上的两个二极管截止。3.根据权利要求2所述的极化旋转单元，其特征在于，所述贴片层还包括：四个间隔阵列环绕在所述第一辐射贴片周围的第三辐射贴片；所述第三辐射贴片为V形结构，且间隔设在两个相邻的第二辐射贴片之间。4.根据权利要求3所述的极化旋转单元，其特征在于，所述第三辐射贴片包括：两个条状结构；两个所述条状结构关于所述第一辐射贴片的一条对角线呈轴对称；一个条状结构的一端与另一个条状结构的一端互相垂直相连，以形成直角结构，且直角结构朝向所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，褚宏波，邹棋，赵梓彤，刘萌瑶，陈松旻，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：