[發明專利]一種具有全向掃描功能的陣列等離子體天線

有效

• 申請號: 201010228468.8
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101938035A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 胡斌杰;李學識;周雙
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/26
• 分類號: H01Q1/26;H01Q1/48;H01Q21/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種等離子體天線陣列，特別是涉及全向掃描的表面波驅動等離子體天線陣列，可以實現天線的隱身和方向圖可重構功能。

背景技術

現代移動通信系統的高速發展對通信系統天線提出了更高的要求。通信天線正在向著頻率可重構和方向圖可重構的方向發展。相比傳統金屬天線，等離子體天線采用等離子體代替普通金屬來傳導和輻射電磁波，因此具有其獨特的優點：首先，通過控制等離子體參數，可以使天線的輻射方向圖、效率和工作帶寬等特性實現動態重構；第二，等離子體天線在沒有激發的時候是普通介質，雷達散射截面極小。第三，構成等離子體天線的氣體材料重量輕，因此它可制成便攜天線；第四，等離子體天線的外部封裝管如果用可塑材料制成，那么等離子體天線物理形態可以根據需要進行彎折改變。

單個等離子體天線的輻射方向圖、工作帶寬等特性顯然能夠在一定范圍內進行動態調整，但是調整的范圍有限。等離子體天線陣列中的每個等離子體天線單元的輻射特性都可以通過調整其中等離子體參數(如等離子體頻率、電子碰撞頻率等)來進行控制。如果改變等離子體天線陣列中某個天線單元的等離子體參數，可以使該單元的輻射強度發生變化，進而使得整個陣列的輻射特性變化。等離子體天線陣列中任意一個天線單元輻射特性的變化都可以用來控制陣列的整體輻射特性，所以等離子體天線陣列的可控范圍更寬。它的特點主要在于：首先在饋電信號方面，等離子體天線陣列的各個天線單元可以在同相饋電的情況下，利用每個單元不同的等離子體參數調整和設置實現單元方向圖的變化，使等離子體天線陣列整體的輻射特性實現動態控制。第二，等離子體天線陣列單元之間的互耦可以控制。在某個單元不工作時，可以將它的激勵信號取消，那么這個等離子體柱就消失成為介質管中的普通惰性氣體，它對于陣列中其他單元沒有互耦作用。第三，等離子體天線陣列的輻射單元數量也可以動態控制。既可以使用單個等離子體天線產生全向輻射，也可以使用多個等離子體天線單元共同作用產生可以動態掃描的輻射方向圖。第四，等離子體天線陣列中各個單元可以在不同頻段工作，可以將它設計成為多頻天線。等離子體材料具有高通濾波的特性，它對高于等離子體頻率的電磁波是“隱身”的。因此不同頻段的各個等離子體天線單元可以同時工作。

2009年，美國專利US7474273-B1公開了一種平面等離子體面板構成的等離子體天線陣列。該天線類似相控陣天線，包括在一個平面基板上的多個被電離氣體充填的等離子體殼，被稱為等離子體平板。等離子體殼被連接到兩個電極以提供驅動電壓，每一個等離子體殼都可以作為一個偶極子天線，多個等離子體殼可以排列或者連接起來形成天線陣列。但是該發明仍然基于相控陣原理，即各個天線單元的饋電信號要有一定的相位差，因此天線陣列的饋電相位控制比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種饋電方法簡單，輻射特性快速可調，可以進行方向圖全向掃描的等離子體天線陣列。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種具有全向掃描功能的陣列等離子體天線，包括多個工作于表面波模式的等離子體天線單元，多個等離子體天線單元在同一圓環上等間距地排列分布，相鄰兩個等離子體天線單元的距離為λ/8-λ/4，其中λ＝c/f，光速c＝3×10⁸m/s，f為等離子體天線陣列的工作頻率，即通信信號的工作頻率；

所述等離子體天線單元包括介質管、惰性氣體、激勵饋電環、信號饋電環和接地板；介質管是中空的圓柱管，其中封裝了惰性氣體；介質管下端的外部設置激勵饋電環，激勵饋電環是金屬圓環；接地板是圓形的金屬平板，放置在介質管的正下方；信號饋電環是環狀的金屬片，環繞在介質管的底部，設置在激勵饋電環和接地板之間；各個等離子體天線單元的激勵饋電環通過導線分別與各自的射頻激勵電源相連，而激勵控制器用于控制各個射頻激勵電源施加到對應的等離子體天線單元上的功率；多個等離子體天線單元的信號饋電環通過導線與信號輸入端口相連，用于將來自信號輸入端口的等幅同相的通信信號同時饋入到等離子體天線。

為進一步實現本發明目的，所述激勵饋電環的材料為導電性能良好的金屬，能承受100W以下的激勵功率。

所述射頻激勵電源輸出10-30MHz的正弦波信號，其功率在1?00W以下連續可調。

所述介質管的長度被設置為λ/4。

所述介質管由玻璃或者耐熱塑料制成，介質管的厚度為0.5mm-4mm。

所述接地板的半徑與介質管的半徑之比小于3。

所述信號饋電環設置在接地板之上8-12mm，激勵饋電環設置在信號饋電環之上3-6mm。