[發明專利]一種基于近場空饋機制的低剖面新型相控陣天線

有效

• 申請號: 202010065965.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111262023B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 王敏;陳正川;胡南;謝文青
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學;北京星英聯微波科技有限責任公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q3/38;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于近場空饋機制的低剖面新型相控陣天線，屬于天線技術領域。該天線包括：初級饋源，用于發射或者接收電磁波；匹配層，用于將調整饋源發出的電磁波，或者將接收的電磁波匯聚到所述初級饋源內；輻射層，用于將匹配層發出的電磁波轉換為平面波，或者將平面波接收并匯到所述匹配層。初級饋源、匹配層和輻射層依次空間級聯，且具有一定的空間間距。本發明天線與傳統相控陣天線技術相比，具有集成度高、易共形、低剖面、低成本的特點。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種基于近場耦合機制的低剖面透射式平面相控天線。

背景技術

高增益波束掃描天線在無線技術中是非常具有吸引力和實用性的，特別是在5G無線通信、無線功率傳輸和衛星通信等系統。最具有代表性的高增益波束掃描天線是傳統相控陣天線，它是由多個輻射單元，多個移相器以及饋電網絡組成，通過改變每個輻射單元的相位，在指定方向形成了聚焦波束。因具有靈活的波束掃描及波束捷變等功能，傳統相控陣天線的應用較為廣泛。然而，隨著單元數目的增加，饋電網絡的復雜度和損耗在高增益的應用中是不可忽視的，此外，收發組件的使用也導致了高成本和額外的損失。因此，高成本、低效率、系統復雜成為了傳統相控陣天線的技術局限，突破傳統相控陣天線的技術局限成了目前炙熱的研究方向。

另一方面，電磁表面技術作為一種新型電磁調控技術，近年來得到了廣泛的研究。該技術通過改變電磁表面單元的尺寸，在單元結構上實現了不同的電磁響應。為了進一步實現靈活的波束掃描性能，在電磁表面結構中加入可控元件或可調諧材料，構成了可重構電磁表面，該技術具有低成本、輕薄易共形的優點。

為了突破傳統相控陣天線的技術局限，基于可重構電磁表面技術的空饋相控陣天線作為一種高增益波束掃描天線技術，近年來得到了廣泛的研究。該技術通過在電磁表面單元結構中加入可控元件或可調諧材料，構成了相控電磁表面單元。在空饋相控陣天線系統中，為了實現較大效率的空間饋電，饋源是被放置在天線的遠場輻射區。而對于空饋系統，通常采用增大口面尺寸的方法，實現高增益波束。空饋系統的焦徑比通常是固定的，因此口面尺寸的增大會提高空饋系統的剖面，導致體積增大，而龐大的體積又會限制其推廣應用。另外，天線系統根據波束出射方向分為反射式和透射式。相比于反射式系統，透射式系統沒有饋源遮擋，系統集成度高，容易實現共形。

因此，亟需一種集成度高、易共形、低剖面、低成本的透射式平面相控天線。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于近場空饋機制的低剖面透射式平面相控天線，用于突破傳統相控陣天線的技術局限，實現天線的高性能、低成本、平面易共形。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于近場空饋機制的低剖面新型相控陣天線，包括依次空間級聯的初級饋源(100)、匹配層(200)和輻射層(300)；所述匹配層(200)包括多個匹配單元(210)；所述輻射層(300)包括多個相控單元(310)，每個相控單元(310)包括相控模塊(311)、偏置模塊(312)和輻射模塊(313)；

所述初級饋源(100)用于發射和接收電磁波；所述匹配層(200)用于將從初級饋源(100)上接收到的電磁波轉化為輻射層(300)的入射電磁波或從輻射層(300)上接收電磁波轉化為初級饋源接收的電磁波；所述輻射層(300)用于將匹配層發出的電磁波轉換為平面波，或者將平面波接收并匯到匹配層；所述輻射模塊(313)用于提供能量輻射，所述偏置模塊(312)用于為輻射模塊(313)提供偏置電流，所述相控模塊(311)用于控制相控單元(310)的相位；

所述初級饋源(100)與匹配層(200)的空間距離為D₁,匹配層(200)和輻射層(300)的空間距離為D₂，通過合理選擇D₁和D₂的值，能夠獲得最佳的天線性能。

進一步，所述初級饋源(100)由饋電端口(110)、傳輸模塊(120)和多個輻射單元(130)組成；