一种频率可调波束可控微带反射阵天线制造技术

本发明专利技术公开一种频率可调波束可控微带反射阵天线，包括介质基板、反射结构及天线馈源。介质基板上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，反射结构位于介质基板下表面，采用金属地板结构，天线馈源位于辐射结构的上半空间。本发明专利技术解决了传统微带反射阵天线只能工作在单个工作频率、不能实现波束连续扫描的问题，通过改变金属贴片单元上的PIN管和变容二极管的工作状态，本发明专利技术实现了频率可调和波束可控，满足了雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求，可应用于无线通信领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及电磁场与微波
的一种频率可调波束可控微带反射阵天线。本专利技术可用于微波波段，天线可以实现工作频率可调、波束连续扫描，适用于多功能天线系统。
技术介绍
微带平面反射阵天线则结合了传统抛物面天线和大型相控阵天线的部分优势，具有结构简单、损耗小、易集成、成本低，效率高，波束可精确调控等优点，可以广泛地应用于雷达、卫星通信等领域。随着电子无线通信技术的不断发展和完善，雷达和通信系统都期望天线具有更多的功能性和自适应性。但是传统的微带反射阵列天线只能工作在单个工作频率，并且只能实现离散的波束扫描，因此实现频率可调和波束连续扫描是非常有意义的。西北工业大学申请的专利“一种平面高增益微带反射阵列天线”(申请号：201410625792.1，公开号：104362435A)中提出了一种微带反射阵列天线，该天线由微带贴片馈源、极化栅格和微带反射面结构组成。微带反射面由方形金属贴片组成，用金属柱的支架把极化栅格与反射面链接固定，使得极化栅格中偶极子极化方向与馈源极化方向一致，构成了微带反射阵天线。该天线通过使用微带天线的结构，降低了天线的设计和加工难度，制作成本低，同时实现了波束扫描。但是，该天线结构仍然存在的不足之处是，第一，因该天线结构固定，该天线只能工作在单个工作频率，不能满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。第二，该天线虽然实现了波束扫描，但是该天线只能实现离散的波束扫描，无法实现波束连续扫描。中国科学院光电技术研究所申请的专利“一种基于旋转相移表面技术的反射阵列天线波束扫描天线”(申请号：201410033925.6，公开号：103762423A)中提出了一种毫米波相控阵天线，该天线由馈源天线、偏波束微带反射阵和高透过率相移表面层组成，高透过率相移表面层是能够实现馈源波束偏转的微带反射阵平板，以反射阵列平板中心轴为轴分别旋转两层能实现天线波束的扫描。但是，该天线结构仍然存在的不足之处是，第一，因该天线结构固定，该天线只能工作在单个工作频率，不能满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。第二，该天线虽然实现了波束扫描，但是采用机械旋转结构，只能实现离散的波束扫描，无法实现波束连续扫描。综上所述，目前微带反射阵天线面临着两个问题，其一是，现有微带反射阵天线因结构固定，只能工作在单个工作频率，无法满足雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求。其二是，现有传统的加载MEMS开关和数字移相器的波束扫描微带反射阵天线，只能实现离散的波束扫描，无法实现波束连续扫描。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种频率可调波束可控微带反射阵天线，通过控制四个PIN管和两个变容二极管的工作状态，使得天线能够工作在两个工作频率，同时实现波束连续扫描。实现本专利技术的具体思路是：由金属贴片单元组成反射阵列。经喇叭天线发出的电磁波照射到反射阵列上，通过控制四个PIN管的通断状态，实现了微带反射阵天线的频率可调，通过控制两个变容二极管电容值的大小，实现了微带反射阵天线的波束连续扫描。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。本专利技术包括介质基板、反射结构及天线馈源，介质基板上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，反射结构位于介质基板的下表面，采用金属地板结构，天线馈源位于辐射结构的上半空间。金属贴片单元包括四个PIN管、四个贴片单元、两个变容二极管；其中，第一个PIN管的一端与第一个贴片单元的一端相连，第一个PIN管的另一端与第二个贴片单元的一端相连，第一个贴片单元的另一端与第四个PIN管的一端相连，第二个贴片单元的另一端与第四个PIN管的另一端相连。第二个PIN管的一端与第三个贴片单元的一端相连，第二个PIN管的另一端与第四个贴片单元的一端相连，第三个贴片单元的另一端与第三个PIN管的一端相连，第四个贴片单元的另一端与第三个PIN管的另一端相连。第一个变容二极管的一端连接在第一个贴片单元的中部，第一个变容二极管的另一端连接在第三个贴片单元的中部，第二个变容二极管的一端连接在第二个贴片单元的中部，第二个变容二极管的另一端连接在第四个贴片单元的中部。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术的金属贴片单元包括四个PIN管，通过改变四个PIN管的工作状态，使得天线在不改变结构的情况下，能够工作在两个工作频率，克服了现有技术存在的微带反射阵天线因结构固定，只能工作在单个工作频率的缺点，使得本专利技术满足了雷达和通信系统对于多功能天线系统的需求，扩大了微带反射阵天线的应用范围。第二，由于本专利技术的金属贴片单元包括两个变容二极管，通过控制两个变容二极管电容值的大小，实现了动态控制微带反射阵天线的波束扫描，克服了现有技术存在的无法实现波束连续扫描的缺点，实现了波束连续扫描。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术金属贴片单元的示意图；图3为本专利技术状态1下金属贴片单元的反射相位曲线图；图4为本专利技术状态2下金属贴片单元的反射相位曲线图；图5为本专利技术状态1下不同主波束方向的方向系数曲线；图6为本专利技术状态2下不同主波束方向的方向系数曲线；图7为本专利技术状态1下主波束方向为(0°，270°)的方向系数曲线；图8为本专利技术状态2下主波束方向为(0°，270°)的方向系数曲线；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。参照附图1，对本专利技术的天线整体结构作进一步详细的说明。本专利技术包括介质基板2、反射结构3及天线馈源4；介质基板2的相对介电常数ε介于2-10之间，厚度h介于1mm-3mm之间，介质基板2上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元1，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50，每两个金属贴片单元1的中心距离D介于18mm-25mm之间，反射结构3位于介质基板2的下表面，采用金属地板结构，天线馈源4位于辐射结构的上半空间，采用喇叭天线。参照附图2，对本专利技术的金属贴片单元1的结构作进一步详细的说明。金属贴片单元1的形状可选择正方形、菱形、圆形其中之一，金属贴片单元1包括四个PIN管、四个贴片单元、两个变容二极管；其中，第一个PIN管51的一端与第一个贴片单元11的一端相连，第一个PIN管51的另一端与第二个贴片单元12的一端相连，第一个贴片单元11的另一端与第四个PIN管54的一端相连，第二个贴片单元12的另一端与第四个PIN管54的另一端相连，第二个PIN管52的一端与第三个贴片单元13的一端相连，第二个PIN管52的另一端与第四个贴片单元14的一端相连，第三个贴片单元13的另一端与第三个PIN管53的一端相连，第四个贴片单元14的另一端与第三个PIN管53的另一端相连，第一个变容二极管61的一端连接在第一个贴片单元11的中部，第一个变容二极管61的另一端连接在第三个贴片单元13的中部，第二个变容二极管62的一端连接在第二个贴片单元12的中部，第二个变容二极管62的另一端连接在第四个贴片单元14的中部。第一个PIN管51、第四个PIN管54导通，第二个PIN管52、第三个PIN管53截止时，天线的工作状态记为状态1，第一个PIN管51、第四个PIN管54截止，第二个PIN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率可调波束可控微带反射阵天线，包括介质基板(2)、反射结构(3)及天线馈源(4)；其特征在于，所述的介质基板(2)上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元(1)，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50；所述的反射结构(3)位于介质基板(2)的下表面，采用金属地板结构；所述的天线馈源(4)位于辐射结构的上半空间；其中：所述的金属贴片单元(1)包括四个PIN管、四个贴片单元、两个变容二极管；其中，所述的第一个PIN管(51)的一端与第一个贴片单元(11)的一端相连，第一个PIN管(51)的另一端与第二个贴片单元(12)的一端相连；所述的第一个贴片单元(11)的另一端与第四个PIN管(54)的一端相连；所述的第二个贴片单元(12)的另一端与第四个PIN管(54)的另一端相连；所述的第二个PIN管(52)的一端与第三个贴片单元(13)的一端相连，第二个PIN管(52)的另一端与第四个贴片单元(14)的一端相连；所述的第三个贴片单元(13)的另一端与第三个PIN管(53)的一端相连；所述的第四个贴片单元(14)的另一端与第三个PIN管(53)的另一端相连；所述的第一个变容二极管(61)的一端连接在第一个贴片单元(11)的中部，第一个变容二极管(61)的另一端连接在第三个贴片单元(13)的中部；所述的第二个变容二极管(62)的一端连接在第二个贴片单元(12)的中部，第二个变容二极管(62)的另一端连接在第四个贴片单元(14)的中部。...

【技术特征摘要】
1.一种频率可调波束可控微带反射阵天线，包括介质基板(2)、反射结构(3)及天线馈源(4)；其特征在于，所述的介质基板(2)上表面蚀刻M×N个周期排列的金属贴片单元(1)，M、N的取值为整数，1<M<50，1<N<50；所述的反射结构(3)位于介质基板(2)的下表面，采用金属地板结构；所述的天线馈源(4)位于辐射结构的上半空间；其中：所述的金属贴片单元(1)包括四个PIN管、四个贴片单元、两个变容二极管；其中，所述的第一个PIN管(51)的一端与第一个贴片单元(11)的一端相连，第一个PIN管(51)的另一端与第二个贴片单元(12)的一端相连；所述的第一个贴片单元(11)的另一端与第四个PIN管(54)的一端相连；所述的第二个贴片单元(12)的另一端与第四个PIN管(54)的另一端相连；所述的第二个PIN管(52)的一端与第三个贴片单元(13)的一端相连，第二个PIN管(52)的另一端与第四个贴片单元(14)的一端相连；所述的第三个贴片单元(13)的另一端与第三个PIN管(53)的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，田顺成，刘海霞，刘肖肖，翟会清，史琰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61