[發(fā)明專利]一種基于超材料電磁特性的相控陣天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710288410.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107275805B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊智友;修威;楊光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京華鎂鈦科技有限公司
• 主分類號(hào): H01Q21/24
• 分類號(hào): H01Q21/24;H01Q15/00;H01Q1/50
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發(fā)明主要屬于微波、毫米波天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超材料電磁特性的相控陣天線。所述相控陣天線包括微帶貼片天線單元、饋電裝置；所述微帶貼片天線單元包括正電極、介質(zhì)基板和負(fù)電極；所述微帶貼片天線單元采用超材料作介質(zhì)基板，通過(guò)對(duì)所述超材料介質(zhì)基板施加偏置電壓，改變超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)ε_r，使施加偏置電壓的微帶貼片單元處于諧振狀態(tài)；未施加偏置電壓的微帶貼片單元不處于諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了相控陣天線單元的稀疏化。本發(fā)明所述相控陣天線單元對(duì)被激活的輻射單元的激勵(lì)相位進(jìn)行更為精確的控制，從而提高了天線主波束的指向精度、增大了天線增益、減小了天線旁瓣電平、擴(kuò)大了天線波束掃描范圍,擴(kuò)展了天線的工作帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要屬于微波、毫米波天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超材料電磁特性的相控陣天線，該相控陣天線廣泛應(yīng)用于通信和雷達(dá)系統(tǒng)中。

背景技術(shù)

自第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，相控陣天線技術(shù)經(jīng)歷了無(wú)源相控陣天線、有源相控陣天線、雙向相控陣天線和單片微波集成電路相控陣天線四個(gè)發(fā)展階段。

目前，隨著微電子技術(shù)飛速發(fā)展，構(gòu)成相控陣天線的重要組件--例如T/R模塊和移相器等，已可以被高度集成在微型芯片上，極大的減小了相控陣天線的輪廓和重量，但該種類型相控陣天線昂貴的成本限制了相控陣天線的普及應(yīng)用。因此，既保留相控陣天線的主要功能和優(yōu)點(diǎn)，又可以使其成本成數(shù)量級(jí)的減小就成為相控陣天線的研究重點(diǎn)。于是，簡(jiǎn)易相控陣天線的概念應(yīng)運(yùn)而生，例如美國(guó)雷聲公司整行整列移相天線、美國(guó)新康公司的VICTS天線和中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)基于液晶的電控過(guò)零掃描波導(dǎo)漏波天線等，都具備相控陣天線的主要功能和優(yōu)點(diǎn)，但均有需要完善的地方。例如，美國(guó)雷聲公司整行整列移相方式，雖然減少了移相器的數(shù)量，但也增加了天線的整體高度；美國(guó)新康公司的VICTS天線，雖然波束掃描范圍變大，約為±70°，比目前世界上最先進(jìn)的相控陣天線波束掃描范圍±65°還要大，但該天線需要通過(guò)多個(gè)部件的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，可靠性和應(yīng)用場(chǎng)景都會(huì)受到一定影響。中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)基于液晶的電控過(guò)零掃描波導(dǎo)漏波天線利用液晶材料介電常數(shù)ε_r隨偏置電壓變化，改變給漏波天線饋電的波導(dǎo)的導(dǎo)波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)波束掃描，該設(shè)計(jì)只能實(shí)現(xiàn)波束在有限范圍內(nèi)(-8.2°至9.3°)進(jìn)行掃描，掃描范圍只有17.5°，并且波束只能在一維上進(jìn)行掃描。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于超材料電磁特性的相控陣天線，目的是實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)易相控陣天線，使其具有二維掃描能力，并且能對(duì)輻射單元相位進(jìn)行較為精確的控制，從而增大波束掃描范圍，提高主波束指向精度，增加天線增益，減小天線旁瓣電平。此外，本發(fā)明另一目的是實(shí)現(xiàn)天線的低輪廓、低成本和高可靠性。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于超材料電磁特性的相控陣天線，所述相控陣天線包括微帶貼片天線單元、饋電裝置；所述微帶貼片天線單元包括正電極、介質(zhì)基板和負(fù)電極；所述微帶貼片天線單元采用超材料作介質(zhì)基板，所述超材料介質(zhì)基板的一側(cè)設(shè)置微帶貼片單元作為正電極，另一側(cè)采用所述饋電裝置的上層導(dǎo)電板作為負(fù)電極；

通過(guò)對(duì)所述超材料介質(zhì)基板施加偏置電壓，改變超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)ε_r，使施加偏置電壓的微帶貼片單元處于諧振狀態(tài)，處于諧振狀態(tài)的微帶貼片單元作為所述相控陣天線的輻射單元；未施加偏置電壓的微帶貼片單元不產(chǎn)生諧振，不處于諧振狀態(tài)的微帶貼片單元作為所述相控陣天線的虛設(shè)單元，實(shí)現(xiàn)了相控陣天線單元的稀疏化。

進(jìn)一步地，所述饋電裝置的內(nèi)部填充超材料介質(zhì)，通過(guò)對(duì)所述饋電裝置內(nèi)部的超材料介質(zhì)施加偏置電壓，改變超材料介質(zhì)的介電常數(shù)ε_r，以對(duì)每個(gè)被選中激活的輻射單元的激勵(lì)相位進(jìn)行精確的控制；

在所述饋電裝置的上層導(dǎo)電板上開(kāi)設(shè)縫隙，開(kāi)設(shè)縫隙的所述上層導(dǎo)電板同時(shí)為饋電裝置內(nèi)部填充的所述超材料介質(zhì)和所述微帶貼片天線單元內(nèi)的所述超材料介質(zhì)基板施加偏置電壓，所述開(kāi)設(shè)縫隙的上層導(dǎo)電板是該兩層超材料介質(zhì)的公共地板。