[發明專利]一種1-比特數字編碼超材料天線單元

有效

• 申請號: 202011298035.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112421217B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 馬暉;王國強;高思哲;陳渤;劉宏偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q15/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種1?比特數字編碼超材料天線單元，包括第一基板和第二基板，第一基板的上表面設金屬層，第一基板的下表面與第二基板的上表面之間設置有接地層，第二基板的下表面設偏置電路層；接地層和第一基板上分別對應開設有過孔，金屬層通過導電部件穿過過孔與偏置電路層連接，金屬層與接地層之間通過二極管連接；接地層接地；導電部件包含水平設置的非均勻傳輸件和豎直設置的導電桿。本發明通過設計非均勻傳輸件來改變電磁波傳播路徑，實現超材料相位的調控；通過結構參數優化，保證天線其他性能的前提下，實現展寬相頻響應帶寬的功能。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種1-比特數字編碼超材料天線單元，可用于通信與雷達系統。

背景技術

數字編碼超材料天線單元具有成本低、易加工、設計簡單等優點，在多功能天線，縮減雷達截面積等方面都有重要的應用前景，因而被廣泛的應用到通信、雷達成像等領域。此外，數字編碼超材料天線單元是單通道模擬陣列，可以在極大節約成本的前提下，等效為多通道數字陣列，進行空間波束合成、波形調制等等功能。但是作為一種特殊的超材料天線單元，本身具有色散特性，對不同頻率的電磁波傳播速度、折射系數等都不同，導致數字編碼超材料天線單元在電控開關切換時，兩個狀態之間的相位差在不同頻率下產生較大差異。以1bit數字編碼超材料天線單元為例，由于電磁波色散，反射相位不能嚴格的0/180度切換。

微波系統中，帶寬通常指的是滿足指標需求的幅頻響應頻帶寬度。常用的帶寬展寬方法有：電磁耦合、開槽技術等等，基本原理是將等效諧振電路的品質因素降低，來實現一定帶寬內的平均幅頻響應，采用上述方法在一定程度上可以實現帶寬展寬，但是同時導致超材料天線單元反射效率的降低、并增加設計難度，不適合數字編碼超材料天線單元。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種1-比特數字編碼超材料天線單元，在斯涅爾定理及傳輸線理論上，通過設計非均勻傳輸件和多條支節傳輸件來改變電磁波傳播路徑，從而實現超材料天線單元相位的調控，然后通過超材料天線單元的結構參數優化，保證天線其他性能的前提下，實現展寬相頻響應帶寬的功能。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

(一)一種1-比特數字編碼超材料天線單元，包括：第一基板和第二基板，所述第一基板的上表面設置有金屬層，所述第一基板的下表面與第二基板的上表面之間設置有接地層，所述第二基板的下表面設置有偏置電路層；所述接地層和第一基板上分別對應開設有過孔，所述金屬層通過導電部件穿過過孔與所述偏置電路層連接，所述金屬層與接地層之間通過PIN二極管連接；所述接地層接地；

所述導電部件包含水平設置的非均勻傳輸件和豎直設置的導電桿，所述非均勻傳輸件為一個等腰三角形金屬板，其以導電桿的上端點為頂點，以金屬層的一個側邊為底邊形成，且等腰三角形金屬板的底邊兩個端點距離金屬層側邊對應端點的距離為x，x≥0。

進一步地，所述等腰三角形金屬板的兩條腰上分別對應設置有多條支節傳輸件，每條支節傳輸件的最外端與金屬層的側邊延長線之間的水平距離為y，y≥0。

更進一步地，每條支節傳輸件為一個傳輸桿，且多條支節傳輸件的最外端平齊。

進一步地，0mm≤x≤2mm。

更進一步地，0mm≤y≤0.78mm。

更進一步地，x＝0mm，y＝0.39mm。

進一步地，所述金屬層、接地層和偏置電路層分別為銅板，且金屬層的面積小于接地層的面積，偏置電路層為扇形。

進一步地，所述天線單元的橫截面為正方形。

進一步地，所述第一基板與第二基板的厚度之比為(3～4)∶1。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：