[發明專利]一種低剖面串行饋電波束可重構天線

在審

• 申請號: 202110535829.1
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN115377665A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 孟繁義;韓劍橋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q23/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王芳

本發明公開了一種低剖面串行饋電波束可重構天線，屬于微波天線工程技術領域。本發明解決了現有波束可重構天線難以滿足現代通信系統對于天線低剖面、小型化、集成化的需求的問題。本發明通過調節每個輻射單元的輻射相位，從而獲得動態波束可重構能力，且該天線采用了串行饋電網絡與傳統的透射陣相比極大的減小天線剖面。此外，本發明提供的天線還具有集成度高、饋電損耗小、輻射效率高、波束掃描速度快、結構簡單、重量輕、易共形、成本低等優點。

技術領域

本發明涉及一種低剖面串行饋電波束可重構天線，屬于微波天線工程技術領域。

背景技術

天線是無線通信系統中的關鍵器件，天線的特性直接決定著整個通信系統的性能。現代通信系統對于低剖面、低成本、波束可重構天線有著強烈的需求。波束可重構天線主要有機械掃描天線和相控陣天線兩種形式。機械掃描天線是最早的波束可重構天線形式，由伺服系統和天饋線系統兩部分組成。機械掃描天線工作過程中，天線波束指向始終和天線陣面保持相對靜止，通過后端的伺服系統控制天線姿態實現波束掃描。此類天線工作原理相對簡單，設計難度較低，但機械伺服系統體積和重量較為龐大，功耗較高，且波束掃描速度慢。相比于機械掃描天線，相控陣天線具有掃描速度快、通信鏈路建立時間短、可實現多目標跟蹤等優點，傳統相控陣天線通常由成百甚至上千個輻射單元組成，并且每個輻射單元都配裝有一套獨立的發射/接收(T/R)組件。然而，正是因為大量T/R組件的存在，導致相控陣造價高昂，同時復雜的散熱結構不但造成相控陣天線體積龐大、重量重，且影響天線的電磁特性。反射陣和透射陣天線與相控陣天線相比，反射陣和透射陣天線雖然不需要復雜的功率分配網絡，規避了大量T/R組件的使用，有效降低了天線成本，但是天線中饋電喇叭和天線陣面需要保持一定的距離，使得天線整體剖面明顯提高，難以滿足現代通信系統對于天線低剖面、小型化、集成化的需求。

發明內容

本發明針對上述問題，提出了一種體積小巧、價格低廉的波束可重構天線，可以大幅提高現代無線通信、雷達、導航系統的性能。

本發明的技術方案：

一種低剖面串行饋電波束可重構天線，包括數個呈陣列形式布置的結構單元，所述的結構單元自上至下包括依次層疊的金屬輻射層、上層介質基板、金屬地板層、介質基板粘合層、下層介質基板和金屬饋電層；

以上層介質板的長度方向為y軸方向，寬度方向為x方向，高度方向為z軸方向。

進一步限定，該天線由結構單元沿x軸方向平鋪串聯構成，結構單元的數量為3個以上。

進一步限定，結構單元的長度和寬度分別為Py和Px，Py的取值范圍為0.3λ₀-0.7λ₀，Px的取值范圍為0.1λ₀-0.35λ₀，其中λ₀為中心工作頻率自由空間波長。

進一步限定，金屬輻射層由設置在上層介質基板上表面的金屬貼片、調控元件和饋電點組成，一對金屬貼片沿y軸上下對稱設置在上層介質基板的上表面，兩個金屬貼片的遠距離邊緣通過接地金屬過孔與金屬地板連接；饋電點位于兩金屬貼片近距離邊緣之間，金屬地板存在鏤空結構，饋電點通過饋電金屬過孔與金屬饋電層連接，且饋電金屬過孔穿過金屬地板上的鏤空結構，并且饋電點分別通過調控元件與兩個金屬貼片連接。

更進一步限定，金屬貼片為矩形、梯形、圓形或橢圓形。

更進一步限定，調控元件為PIN二極管、變容二極管，場效應管，RF-MEMS或液晶開關。

進一步限定，金屬饋電層由設置在下層介質基板下表面的微帶傳輸線、枝節饋電線、直流饋線、電容和電感組成，枝節饋電線的一端通過電容與微帶傳輸線連接，另一端通過饋電金屬過孔與金屬輻射層的饋電點連接，并且枝節饋電線還通過電感與直流饋線連接。

更進一步限定，電容為集總元器件或呈現電容效應的微波結構。