[發明專利]低剖面基片集成波導可編程超材料天線

在審

• 申請號: 201911245328.9
• 申請日: 2019-12-07
• 公開（公告）號: CN111129726A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李商洋;徐豐
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q25/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于通信技術領域，具體為一種低剖面基片集成波導可編程超材料天線。本發明天線結構包括上層介質、底層介質，還包括：超材料天線單元，二極管，扇形偏置線；天線單元刻蝕于上層介質表面，扇形直流偏置線印刷在底層介質的下表面，天線單元和扇形偏置線通過金屬通孔相連；二極管加載在超材料天線單元上；上層介質與底層介質之間通過粘接層相連接。本發明可編程超表面天線，通過FPGA輸入特定的數字編碼序列，能動態產生窄掃描波束、寬掃描波束或多波束。本發明基于基片集成波導技術，具備低泄露損耗，易集成、易加工，高功率容量的優勢。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體地涉及一種基片集成波導可編程超材料天線。

背景技術

超表面是二維形式的超材料，通過人為設計亞波長尺度單元結構及其陣列布局來操縱電磁波，實現某些特定用途如異常反射、散射或輻射電磁波。由于具有靈活度高和易于制造的優點，超表面已被廣泛應用于各種場合，包括安檢、微波成像和RCS縮減。傳統的超表面由一組具有不同相位因子的單元組成，人們可以按照陣列式原理設計其編碼，來達到操控電磁波的目的。但是，靜態超表面在制作完成后，功能固化不可改變。新興的應用要求實時多功能控制電磁波。可編程超表面是靜態超表面的動態版本，其中每個單元都可以動態調節，通常通過在設計中加入可切換的開關二極管，變容二極管或MEMS來實現。可編程超表面在許多新的場合中得到了應用，包括合成孔徑雷達系統、成像和通信。可編程超表面在一定程度上將傳統一維電路域的時間信號處理和相關信息理論引入了前端三維電磁場域。因此，可編程超材料（超表面）也被稱為“信息超材料（超表面）”。

通過對現有的文獻和技術檢索發現，H. Yang等人在IEEE Transactions onAntenna and Propagation (天線傳播)期刊上發表了“A 1-Bit 10×10 ReconfigurableReflectarray Antenna: Design, Optimization, and Experiment”（一個一比特10×10可重構反射陣天線：設計，優化，和實驗）所提出的一比特超表面展示了多用途的波束操縱能力，超表面使用空間喇叭天線饋電，由于饋源天線通常需要一定的自由空間距離照射，因此該超表面天線剖面高。另一個缺點是由于反射損耗導致效率低。杜克大學T. Sleasman等人在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters (天線和無線傳播)期刊上發表了“Waveguide-fed tunable metamaterial element for dynamic apertures”（用于動態孔徑的波導饋電可調超材料單元），該超表面使用微帶線側饋的方式，剖面較低，可以產生掃描波束，但微帶線的固有缺陷，如高泄露損耗，低功率容量限制了其應用。另外，該超表面的偏置電路對導行波的反射較大，導致輻射效率降低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種低泄露損耗、高功率容量的低剖面基片集成波導可編程超表面天線。

本發明提供的低剖面基片集成波導可編程超表面天線，其結構如圖1、圖2、圖3所示，包括上層介質、底層介質，還包括：超材料天線單元，二極管，扇形偏置線；其中，超材料天線單元刻蝕在上層介質（即基片集成波導）的上表面，用以隔離射頻信號的扇形直流偏置線印刷在底層介質的下表面，天線單元和扇形偏置線通過金屬通孔相連；二極管加載在超材料天線單元上；上層介質與底層介質之間通過粘接層相連接。

本發明中，接地板位于上層介質和粘接層之間，SMA接頭的外導體與接地板相連，SMA接頭的內芯與上層金屬連接。

本發明中，所述的天線單元由一個矩形環狀縫隙和一對T形縫隙組成；縫隙寬度均在0.1-0.4mm范圍內；環狀縫隙外環長寬分別在4mm-6mm和2mm-4mm范圍內，內環長寬分別在4mm-5mm和2mm-3mm范圍內；T形縫隙沿SIW橫向縫隙長度在0.3mm-1mm范圍內，沿SIW縱向縫隙長度在1-2mm范圍內。