[發(fā)明專利]微波毫米波與太赫茲空間電磁波調(diào)相器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810765367.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109037951A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊帆;潘笑天;許慎恒;李懋坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q3/36
• 分類號(hào): H01Q3/36
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發(fā)明屬于電磁波相位調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微波毫米波與太赫茲空間電磁波調(diào)相器，包括：空間調(diào)相單元陣列、單元相位控制電路、天線饋源；所述空間調(diào)相單元為印刷電路或金屬表面，在天線饋源的入射電磁波的照射下產(chǎn)生表面電流從而輻射散射場(chǎng)對(duì)出射電磁波的相位進(jìn)行調(diào)制。空間調(diào)相單元通過(guò)增加一種或多種可電控的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間調(diào)相單元的實(shí)時(shí)電控。印刷電路或金屬表面的形狀包括：縫隙、矩形貼片、圓形貼片、通孔。器件或材料包括：PIN管、MEMS開(kāi)關(guān)、變?nèi)荻O管、液晶。空間電磁波調(diào)相器對(duì)空饋入射的電磁波的相位進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的出射電磁波將在遠(yuǎn)場(chǎng)或近場(chǎng)的某個(gè)角度上實(shí)現(xiàn)匯聚，再通過(guò)改變控制偏置電壓實(shí)現(xiàn)電磁波波束掃描。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁波相位調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微波毫米波與太赫茲空間電磁波調(diào)相器。

背景技術(shù)

衛(wèi)星通信、空間探測(cè)、雷達(dá)、近場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)等很多領(lǐng)域都需要電磁波波束的掃描功能。目前采用的掃描制式有機(jī)械式和相控陣式。機(jī)械式掃描利用伺服帶動(dòng)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)波束控制，但這種方法掃描周期長(zhǎng)。傳統(tǒng)的相控陣式波束掃描天線采用的是電路移相器的實(shí)現(xiàn)方法，這種方式需要在每一個(gè)固態(tài)移相器的通路加上一套信號(hào)處理前端，這使得這種相控陣式的波束掃描需要的成本往往很大。對(duì)于民用產(chǎn)品而言，這種代價(jià)往往高昂到難以承擔(dān)，不利于新技術(shù)的推廣和廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種微波毫米波與太赫茲空間電磁波調(diào)相器，包括：空間調(diào)相單元陣列、單元相位控制電路、天線饋源；所述空間調(diào)相單元為印刷電路或金屬表面，在天線饋源的入射電磁波的照射下產(chǎn)生表面電流從而輻射散射場(chǎng)對(duì)出射電磁波的相位進(jìn)行調(diào)制。

所述空間調(diào)相單元通過(guò)增加一種或多種可電控的器件或材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間調(diào)相單元的實(shí)時(shí)電控。

所述印刷電路或金屬表面的形狀包括：縫隙、矩形貼片、圓形貼片、通孔。

所述器件或材料包括：PIN管、MEMS開(kāi)關(guān)、變?nèi)荻O管、液晶。

所述空間電磁波調(diào)相器根據(jù)被利用的能量來(lái)自穿過(guò)空間電磁波調(diào)相器和被空間電磁波調(diào)相器反射而分為透射式和反射式兩類。

所述空間電磁波調(diào)相器相鄰的空間調(diào)相單元之間相位差為360°/2^N，N為相位量化狀態(tài)數(shù)。

所述單元相位控制電路包括：控制芯片驅(qū)動(dòng)電路以及與各空間調(diào)相單元的連接線。

所述空間電磁波調(diào)相器對(duì)空饋入射的電磁波的相位進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的出射電磁波將在遠(yuǎn)場(chǎng)或近場(chǎng)的某個(gè)角度上實(shí)現(xiàn)匯聚，再通過(guò)改變控制偏置電壓實(shí)現(xiàn)電磁波波束掃描。

本發(fā)明的有益效果：

(1)重量輕便。相比于傳統(tǒng)的固態(tài)調(diào)相器采用鐵氧體等形式，空間調(diào)相器不需要復(fù)雜的調(diào)相電路，簡(jiǎn)化了多路信號(hào)處理前端。

(2)低剖面，對(duì)于透射陣形式的陣列而言，由于饋源位于單元陣列的后側(cè)，天線的剖面很低。低剖面的形式特別適合緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3)制作成本低廉。采用常見(jiàn)的介質(zhì)基板以及標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路板工藝，就可以實(shí)現(xiàn)空間調(diào)相器的制作。

(4)應(yīng)用范圍廣泛。應(yīng)用不同工藝，可以制作符合覆蓋微波毫米波和太赫茲頻段的空間調(diào)相器，通過(guò)電調(diào)的方式，不僅可以電磁波束的遠(yuǎn)場(chǎng)掃描的功能，還能實(shí)現(xiàn)電磁波束的近場(chǎng)掃描和遠(yuǎn)場(chǎng)掃描的功能切換。

附圖說(shuō)明

圖1為所實(shí)施的透射式微波毫米波與太赫茲空間調(diào)相器的工作原理。

圖2為所實(shí)施的反射式微波毫米波與太赫茲空間調(diào)相器的工作原理。

圖3為所實(shí)施的空間調(diào)相器單元的典型形式的工作原理。

圖4為所實(shí)施的一種新型的基于透射式的空間調(diào)相器的遠(yuǎn)場(chǎng)匯聚掃描天線。