[發(fā)明專利]兩比特超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法、超材料及相控陣天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910514273.0
• 申請(qǐng)日: 2019-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110768016A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白旭東;曹岸杰;孔凡偉;宋云卓;徐晟陽(yáng);孫運(yùn)濤;呂艷亭;孫朦朦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天電子有限公司;上海科學(xué)儀器廠有限公司
• 主分類號(hào): H01Q3/28
• 分類號(hào): H01Q3/28;H01Q3/38;H01Q15/00;H01Q21/00
• 代理公司: 31107 上海航天局專利中心
• 代理人: 余岢

本發(fā)明涉及兩比特超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法、超材料及相控陣天線，對(duì)每個(gè)兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元進(jìn)行周期性時(shí)序調(diào)制，通過(guò)控制一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)各單元通道上允許通過(guò)的射頻信號(hào)的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)該兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元的幅度加權(quán)；通過(guò)控制一個(gè)調(diào)制周期各單元通道上通過(guò)的射頻信號(hào)的起始時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)對(duì)該兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元的相位加權(quán)。兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元包括壓控變?nèi)荻O管，對(duì)壓控變?nèi)荻O管施加不同的偏置電壓，兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元對(duì)入射波呈現(xiàn)出不同的相位響應(yīng)。該兩比特?cái)?shù)字編碼超材料可作為一種低成本相控陣天線，具有電子波束掃描、電磁隱身以及方向圖綜合能力，本發(fā)明尤其適用于需要低復(fù)雜度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、低成本的具有波束掃描和跟蹤能力的雷達(dá)、通信、導(dǎo)航以及電子戰(zhàn)系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩比特超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法、超材料及相控陣天線。

背景技術(shù)

電磁超材料是一類周期性或非周期性亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列，通過(guò)設(shè)計(jì)超材料的人造散射體(超原子)結(jié)構(gòu)以及其排列方式,可以對(duì)外加電磁場(chǎng)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，可以獲得天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)，從而具有一系列新穎的電磁調(diào)控能力，在雷達(dá)天線等系統(tǒng)中有著極大的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于電可控超材料與超表面的研究都是通過(guò)控制超材料上單元的空域編碼分布來(lái)實(shí)現(xiàn)電子波束掃描、多波束輻射等功能，常用的單元也多為一比特，從而產(chǎn)生諸如相位量化精度低、掃描增益偏低、旁瓣電平值高及掃描精度差等問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中受到極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種兩比特超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法、超材料及相控陣天線，將空域編碼與周期性時(shí)序調(diào)制相結(jié)合，提高天線性能。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種兩比特?cái)?shù)字編碼超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法，對(duì)每個(gè)兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元進(jìn)行周期性時(shí)序調(diào)制，通過(guò)控制一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)各兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元上允許通過(guò)的射頻信號(hào)的時(shí)間比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)該兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元的幅度加權(quán)；通過(guò)控制一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)各兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元上通過(guò)的射頻信號(hào)的起始時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)對(duì)該兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元的相位加權(quán)。

上述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法，其中，在給定的波束指向及旁瓣電平的約束條件下，通過(guò)波束方向圖綜合方法得到各兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元上應(yīng)施加的歸一化幅度權(quán)值和相位權(quán)值，設(shè)第i個(gè)兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元上應(yīng)施加的幅度權(quán)值為A_i，應(yīng)施加的相位權(quán)值為φ_i；在一個(gè)調(diào)制周期T_p內(nèi)，允許射頻信號(hào)通過(guò)的時(shí)間為A_iT_p；將一個(gè)調(diào)制周期T_p內(nèi)允許射頻信號(hào)通過(guò)的時(shí)間A_iT_p等分成四份，分別產(chǎn)生0度、90度、180度和270度的相位狀態(tài)，即設(shè)定0度相位狀態(tài)為初始相位狀態(tài)，則在一個(gè)調(diào)制周期T_p內(nèi)，第i個(gè)兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元的初始相位狀態(tài)的調(diào)制時(shí)間延時(shí)為

上述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法，其中，兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元反射或透射過(guò)的電磁波的主要能量搬移到第一次諧波分量上。

本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是一種兩比特?cái)?shù)字編碼超材料，為多個(gè)兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元排列成的陣列結(jié)構(gòu)，所述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元包括壓控變?nèi)荻O管，對(duì)壓控變?nèi)荻O管施加不同的偏置電壓，兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元對(duì)入射波呈現(xiàn)出不同的相位響應(yīng)；所述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料采用上述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法。

上述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料，其中，兩比特?cái)?shù)字編碼超材料單元對(duì)入射波呈現(xiàn)出四種相位響應(yīng)：0度、90度、180度和270度，分別對(duì)應(yīng)于數(shù)碼“00”、數(shù)碼“01”、數(shù)碼“10”和數(shù)碼“11”四種編碼狀態(tài)。

本發(fā)明提供的又一技術(shù)方案是一種兩比特?cái)?shù)字編碼超材料相控陣天線，天線陣列為兩比特?cái)?shù)字編碼超材料，采用上述兩比特?cái)?shù)字編碼超材料周期性時(shí)序調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)波束掃描和多波束輻射。