[發明專利]一種共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線及使用方法

有效

• 申請號: 201810376898.0
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108711671B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 周永剛;劉少斌;聞樂天;陳鑫;唐丹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/321;H01Q19/10;H01Q21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線，其特征在于，包括從上到下依次層疊的硅基可重構輻射器層、PCB饋線層、反射腔體；所述硅基可重構輻射器層包括本征層、覆蓋在本征層上的絕緣隔離層，覆蓋在絕緣隔離層表面的金屬層；所述本征層中設有縫隙，縫隙中設有若干個成一列排列的S-PIN單元以及給S-PIN單元提供直流偏置的金屬跳線；通過使若干S-PIN單元中的一部分S-PIN單元導通、而另一個部分S-PIN單元截止，以控制陣列天線的工作頻率和S-PIN單元間距，最終實現縫隙陣列天線的頻率可重構；所述S-PIN單元設置6個，當陣列天線工作在低頻工作頻段，2個S-PIN單元正偏導通、4個S-PIN單元反偏截止，此時硅基可重構輻射器層的金屬縫隙被分隔成了4個低頻縫隙單元；當陣列天線工作在高頻工作頻段，4個S-PIN單元正偏導通，2個S-PIN單元反偏截止，此時輻射器層的金屬縫隙被分隔成了4個高頻縫隙單元。

2.根據權利要求1所述的陣列天線，其特征在于：所述S-PIN設置為N-P-N結構，即中間為P+區、P+區兩側為N+區，且P+區與N+區之間為I區；當激發指定的S-PIN導通時，將該指定的S-PIN中的P+區和N+區的載流子注入I區;原本呈現絕緣介質態的I區變成導通金屬態。

3.根據權利要求1或2所述的陣列天線，其特征在于：對S-PIN單元提供直流偏置的金屬跳線位于絕緣隔離層內，且金屬跳線采用“蛇形彎曲”結構，金屬跳線與金屬層之間通過絕緣隔離層實現直流絕緣。

4.根據權利要求1或2所述的陣列天線，其特征在于：所述的PCB饋線層包括了與硅基可重構輻射器層相連接的直流引線、兩種狀態下的共面波導結構微波饋電裝置；通過共面波導結構的射頻地與金屬層之間的耦合來實現共面波導結構到微帶線結構的共地，所述微帶線結構為PCB饋線層上的微帶線以及硅基可重構輻射器層上覆蓋在絕緣隔離層表面的金屬層。

5.根據權利要求4所述的陣列天線，其特征在于：所述PCB饋線層下方設有金屬盒體，反射腔體設置在該金屬盒體中。

6.根據權利要求5所述的陣列天線，其特征在于：在PCB饋線層采用了部分區域穿孔的處理，用以加工裝配時重構輻射器層與PCB層之間的絕緣膠的排出。

7.一種如權利要求1至6中任一項所述的共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線的使用方法，其特征在于：

當陣列天線工作在低頻工作頻段，將其中特定S-PIN單元正偏導通、其余S-PIN單元反偏截止，正偏導通的S-PIN單元將縫隙“切割”成低頻縫隙單元，微波信號通過PCB饋線層耦合到低頻縫隙單元中后，將微波信號輻射至自由空間；而當陣列天線工作在高頻工作頻段，將其中特定S-PIN單元正偏導通，其余S-PIN單元反偏截止，正偏導通的S-PIN單元“切割”成高頻縫隙單元，微波信號通過PCB饋線層耦合到高頻縫隙單元中后，將微波信號輻射至自由空間。

8.根據權利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述S-PIN單元設置6個，當陣列天線工作在低頻工作頻段，2個S-PIN單元正偏導通、4個S-PIN單元反偏截止，此時硅基可重構輻射器層的金屬縫隙被分隔成了4個低頻縫隙單元，四路微波信號從信號源通過低頻端口通入共面波導結構形式的微波傳輸線結構，通過PCB饋線層到硅基可重構輻射器層的轉換結構，通過阻抗變換結構將微波信號耦合到4個低頻縫隙單元中，最終將微波信號輻射至自由空間；而當陣列天線工作在高頻工作頻段，4個S-PIN單元正偏導通，2個S-PIN單元反偏截止，此時輻射器層的金屬縫隙被分隔成了4個高頻縫隙單元，四路微波信號從信號源通過高頻端口通入共面波導結構形式的微波饋電波導結構，通過PCB饋線層到硅基可重構輻射器層的轉換結構，通過阻抗變換結構將微波信號耦合到4個高頻縫隙單元中，最終將微波信號輻射至自由空間。