[發(fā)明專利]一種基于有源頻率選擇表面的電控波束掃描天線

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010065835.0
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN111146598A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔迪;李虎;高式昌;羅琦;任曉飛;吳健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所）
• 主分類號(hào): H01Q21/00
• 分類號(hào): H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q3/34;H01Q9/16;H01Q13/10;H01Q1/12
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉

本發(fā)明公開了一種基于有源頻率選擇表面的電控波束掃描天線，包括八片豎向放置的有源頻率選擇表面陣列，各有源頻率選擇表面陣列依次連接在一起圍成一個(gè)橫截面為八邊形的柱狀體，在柱狀體的頂部和底部各設(shè)置一片介質(zhì)板，介質(zhì)板通過直角托架與柱狀體固定連接，從底部介質(zhì)板的中心處穿入柱狀體內(nèi)的硬質(zhì)電纜將錐形金屬偶極子饋源托至柱狀體內(nèi)的中心位置，每片有源頻率選擇表面陣列都包括從上到下依次連接在一起的七個(gè)頻率選擇表面單元。本發(fā)明所公開基于有源頻率選擇表面的電控波束掃描天線，基于二極管在導(dǎo)通和斷開兩種狀態(tài)下頻率選擇表面單元的頻率響應(yīng)特性分別對應(yīng)著反射和透射的特點(diǎn)，通過調(diào)整每片有源頻率選擇表面陣列上頻率選擇表面單元二極管的通斷狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電控波束掃描天線領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種基于有源頻率選擇表面實(shí)現(xiàn)在X-O-Y面內(nèi)360°波束掃描的電控波束掃描天線。

背景技術(shù)

一切無線通信系統(tǒng)都是利用無線電波來進(jìn)行工作，而無線電波的接收和發(fā)射都是依靠天線完成的。天線的主要功能有二：其一是能量轉(zhuǎn)換功能，其二是定向輻射（或者接收）功能。天線的特性直接影響到整個(gè)無線系統(tǒng)的工作特性，是整個(gè)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。現(xiàn)在大容量、多功能、超寬帶綜合信息系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，使得智能天線系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。智能天線系統(tǒng)一般可以分為交換分區(qū)天線和自適應(yīng)陣列，其中交換分區(qū)天線通過在不同天線之間切換來達(dá)到分扇區(qū)的目的，而自適應(yīng)陣列也被稱之為波束形成天線，一般為基于移相器的陣列天線，由于波束形成天線的性能主要取決于陣元的數(shù)量，因此要獲得較高的增益和較高的空域分辨率需要數(shù)量繁多的移相器，這使得基于移相器的適應(yīng)陣列成本較高。為降低其成本，很多研究人員開始著手研究無移相器的波束形成天線，并取得了豐碩的成果，這類天線一般被稱為電掃描天線，實(shí)際上這并不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的概念，因?yàn)橹髁鞯囊葡嗥骺刂埔彩峭ㄟ^電控完成的，這種說法主要是相對于“相控”而言，強(qiáng)調(diào)其并非通過相控實(shí)現(xiàn)，為了區(qū)別于相控陣列天線，這類天線常常被稱之為“電調(diào)”天線。與基于移相器的自適應(yīng)陣列不同，電掃描天線一般是通過改變開關(guān)元件通斷、電調(diào)介質(zhì)材料介電常數(shù)以及變?nèi)荻O管的結(jié)電容等方法來實(shí)現(xiàn)對天線參數(shù)的控制，除了改變天線方向圖外，有的還可以控制極化方向和諧振頻率等其他參數(shù)。

頻率選擇表面是天線實(shí)現(xiàn)電掃特性的一個(gè)重要手段。頻率選擇表面具有特定的頻率響應(yīng)特性，自其概念被提出以來便一直受到高度重視，獨(dú)特的電性能使其不僅在衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)在飛行器隱身方面也扮演著重要角色，目前這種技術(shù)亟待應(yīng)用于新一代無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是在小型化基站天線系統(tǒng)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種基于有源頻率選擇表面的電控波束掃描天線。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于有源頻率選擇表面的電控波束掃描天線，其改進(jìn)之處在于：包括八片豎向放置的有源頻率選擇表面陣列，各有源頻率選擇表面陣列依次連接在一起圍成一個(gè)橫截面為八邊形的柱狀體，在柱狀體的頂部和底部各設(shè)置一片介質(zhì)板，介質(zhì)板通過直角托架與柱狀體固定連接，從底部介質(zhì)板的中心處穿入柱狀體內(nèi)的硬質(zhì)電纜將錐形金屬偶極子饋源托至柱狀體內(nèi)的中心位置，每片有源頻率選擇表面陣列都包括從上到下依次連接在一起的七個(gè)頻率選擇表面單元，在每個(gè)頻率選擇表面單元介質(zhì)板的正面金屬貼片上均蝕刻有一個(gè)八邊形縫隙，各八邊形縫隙的間距相等并在每個(gè)八邊形縫隙相對的兩條邊上各焊接一個(gè)二極管，在每個(gè)頻率選擇表面單元介質(zhì)板的背面均印刷有一條與偏置電路電連接的微帶線，同一片有源頻率選擇表面陣列上的微帶線首尾連接在一起，在介質(zhì)板的中心開金屬化過孔，微帶線通過該金屬化過孔與其所在介質(zhì)板正面的金屬貼片電連接，在每片有源頻率選擇表面陣列底部介質(zhì)板的兩面分別焊接電感和分壓電阻，電感和分壓電阻均與其所在有源頻率選擇表面陣列上的微帶線電連接。

進(jìn)一步的，設(shè)置在柱狀體頂部和底部的介質(zhì)板均為圓形單面覆銅介質(zhì)板。

進(jìn)一步的，直角托架為金屬直角托架，設(shè)置在柱狀體的棱上。