[發明專利]基于縫隙耦合結構的可重構反射陣天線

在審

• 申請號: 201910766905.2
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110518358A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 趙鋼;羅傳威;陳官韜;焦永昌;丁金閃;張立;翁子彬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q3/36
• 分類號: H01Q3/36;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q21/06
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 田文英;王品華<國際申請>=<國際公布>

本發明公開基于縫隙耦合結構的可重構反射陣天線，包括反射陣列、第一介質基板、第一地板、第二介質板、相移延遲線、直流偏置線、第二地板、控制電路。反射陣列由M×N個相同的金屬輻射體以半波長為周期組成，其中，M、N為1<M<50，1<N<50中的任意一個整數。本發明在相移延遲線上加載一個PIN二極管，利用控制電路控制PIN二極管的導通與截止，將每個天線單元所需的補償相位離散成0°和180°兩種狀態，用于控制天線的主波束方向。本發明解決了傳統微帶反射陣天線陣列過大時偏置電路設計難度大的問題，具有設計過程簡單，應用靈活簡便，易于加工等優點。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及電磁場與微波技術領域的基于縫隙耦合結構的可重構反射陣天線。本發明可用于微波波段的衛星通信和雷達信號的發射與接收端，實現對通信信號的波束掃描。

背景技術

可重構微帶反射陣天線因為結合了拋物面天線和相控陣天線的部分優點，具有結構簡單、損耗小、易集成、成本低、效率高、波束可精確調控等優點，可以廣泛地應用于雷達、衛星通信等領域。隨著電子無線通信技術的不斷發展和完善，雷達和通信系統都期望天線具有更多的功能性和自適應性。拋物面天線雖然具有高增益、高定向性、設計結構簡單、工作頻帶較寬等優點，但是天線自身彎曲的拋物面結構使得天線體積龐大、重量大、加工和安裝困難等缺點。相比拋物面天線，相控陣天線雖然體積小，可以通過精確調控天線后端的饋電網絡實現波束掃描，但是饋電網絡需要加載大量的移相器和放大器，傳輸損耗大，價格昂貴。可重構微帶反射陣天線是由空間饋源以及具有可重構功能的反射面組成。其中，饋源部分一般是采用喇叭天線進行空間照射饋電；而反射面部分一般是利用加工簡便、價格低廉的印刷電路板PCB技術制作在平面介質板上。這樣使得天線的剖面降低，避免了拋物面天線的多種缺點。相比于相控陣天線的復雜性，可重構反射陣天線大大降低了設計難度，而且由于有源器件的減少，傳輸損耗也有很大程度的降低。

北京機電工程研究所在其申請的專利文獻“一種大角度掃描微帶相控陣天線”(申請號201710481203.0，申請公布號CN 109119756A)中公開了一種波束可掃的微帶相控陣天線。該天線包括若干個分形結構形式的微帶天線單元、上層微波介質板和下層微波介質板，所述的每個微帶天線單元包括微帶輻射貼片、耦合饋電微帶線、射頻連接器和天線地板。該天線采用分形微帶天線單元結構形式和地板修形技術，有效拓展了傳統微帶相控陣天線的掃描范圍(主波束可實現大于±70°的掃描)，微帶天線單元利用耦合饋電方式，通過控制下層微波介質板上耦合饋電微帶線的寬度和長度調節輸入阻抗，實現耦合饋電微帶線與射頻連接器間的阻抗匹配。無需額外的周期結構覆層或去耦網絡，降低了設計復雜度和制造成本，保持了傳統微帶天線的低剖面優勢。但是，該天線仍然存在的不足之處是，該天線在對通信信號的波束掃描時，每個天線單元還需要額外再設計相應的移相網絡，最終導致饋電網絡比較復雜。

西安電子科技大學在其申請的專利文獻“一種雙頻雙極化波束可控微帶反射陣天線”(申請號201610496392.4，申請公布號CN 106207468A)中公開了一種可重構反射陣天線。該天線包括介質基板、反射結構及天線饋源。介質基板上表面蝕刻M×N個周期排列的金屬貼片單元，M、N的取值為整數，1<M<50，1<N<50，反射結構位于介質基板下表面，采用金屬地板結構，天線饋源位于輻射結構的上半空間。通過使用金屬貼片單元和變容二極管，解決了傳統微帶反射陣天線只能以單頻帶或者單極化模式工作、不能實現連續波束掃描的問題。但是，該天線仍然存在的不足之處是，每個單元結構在對通信信號的波束掃描時還需要額外加載兩個變容二極管，而且每個變容二極管對控制電路要求較高，增加了系統的復雜度。

綜上所述，目前通信信號波束掃描天線面臨著一個問題，傳統微帶相控陣天線，陣列過大時需要加載大量的相移控制結構、調控天線每個單元的相移的工作量很大、天線設計難度大，極大地限制了其應用范圍，目前的可重構天線結構復雜，加工成本高，裝配繁瑣。

發明內容