[發明專利]一種基于人工磁導體的寬頻帶波束可控縫隙天線

在審

• 申請號: 201810086695.8
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108448256A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 曹云飛;劉亦旸;章秀銀;劉楚釗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10;H01Q1/50;H01Q19/10;H01Q15/14;H01Q3/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發明公開了一種基于人工磁導體的寬頻帶波束可控縫隙天線，縫隙天線包括一個“X”字形的主輻射縫隙，兩個寄生縫隙和一個AMC表面。主輻射縫隙的電長度設置為約1?λ，兩個寄生縫隙分別加載了一個PIN二極管，使用AMC表面使天線輻射方向圖具有定向性，同時減小后瓣輻射。本發明通過采用電長度為1?λ的主輻射縫隙實現寬阻抗帶寬，控制寄生縫隙上的兩個PIN二極管可以在三個狀態之間離散地切換輻射波束的主瓣方向，AMC表面可以使天線在低剖面高度情況下具有單向高增益和低后瓣的輻射方向圖；無需占據大空間和較多元器件來實現波束離散掃描的效果，電路結構簡單，設計簡便，頻帶較寬，大小緊湊，成本較低。

技術領域

本發明涉及無線移動通信領域的天線研究領域，特別涉及一種基于人工磁導體的寬頻帶波束可控縫隙天線。

背景技術

可控波束天線對信道環境具有靈活的適應性，可以擴大傳送信號的覆蓋范圍。因此可應用于很多方面，比如衛星通信、雷達、遙感和WLAN等。在過去一段時間里，提出了大量的可控波束天線，主要基于五種方式，包括使用巴特勒矩陣、相控陣、可重構的電磁超表面、控制寄生元件和激勵輻射體的不同工作模式。在這些模式中，使用相控陣和巴特勒矩陣是兩種傳統的方式。巴特勒矩陣具有低損耗、寬頻帶的優點，相控陣天線輻射性能好且光掃描較快。然而，使用相控陣和巴特勒矩陣實現方向圖可重構往往需要激勵多個輻射單元，天線整體結構非常笨重和復雜。

為了解決這個問題，許多研究人員試圖通過使用一種沒有復雜的饋電網絡的單個輻射單元、在固定頻帶中設計出可控波束天線。第一個方式是使用可重構的電磁超表面，波束掃描天線是通過控制輻射體周圍的有源頻率選擇表面來實現的，可控波束天線設計依賴可重構電磁超表面的Fabry–Pérot腔。文獻《R.Guzmán-Quirós,A.R.Weily,J.L.Gómez-Tornero and Y.J.Guo,“AFabry–Pérot antenna with two-dimensional electronicbeam scanning,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.64,no.4,pp.1536-1541,Apr.2016.》中的設計可以實現超過10dBi的高增益，但是它們占據空間較大，而且需要很多的有源器件去控制單個單元的電磁超表面。有的設計中有源器件的數量甚至達到了大約240個，大大增加了制造成本和整體結構的復雜性。與使用可重構電磁超表面的方式相比，可控波束天線使用第二種方式來控制主要輻射體周圍的寄生部分的尺寸和結構，從而調控輻射波束；PIN二極管通過控制準八木天線的控制體去實現波束調換，但是帶寬被限制。這個設計在《P.Y.Qin,Y.J.Guo and C.Ding,“Abeam switching quasi-Yagidipoleantenna,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.10,pp.4891-4899,Oct.2013.》中也需要許多PIN二極管來實現可重構，以及許多集總電感和電容實現直流偏磁。第三，可控波束天線認為是輻射體的可重構結構。輻射體的形狀改變是為了激活不同的工作模式，調諧輻射波束。然而，它們的運行帶寬很窄。通過激勵不同的饋電端口，輻射波束指向不同的方向，但它們都需要額外的饋電網絡來實現波束掃描，增大了整體結構的復雜性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于人工磁導體的寬頻帶波束可控縫隙天線，該天線可克服現有技術中帶寬窄和結構復雜的缺陷。