反射阵列天线制造技术

本文描述了反射阵列天线元件、反射阵列以及操作天线元件的方法。反射阵列天线元件包括用于反射电磁场的导电材料的贴片(14)；提供射频接地的介电基板(12)；导电材料的第一和第二相位控制线(16、18)，被设置为与具有第一极化的电磁辐射相互作用；第一二元开关器件(24)，位于贴片与接地之间具有ON或OFF状态，用于通过所述第一相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；第二二进制开关装置(26)，具有第二或第二开关装置(26)，位于贴片与接地之间具有ON或OFF状态，用于通过所述第二相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；单个直流偏置输入，电耦合至所述贴片，可配置为不同的离散电压电平，以选择性地控制开关器件的状态。第一和第二二进制开关器件的选择操作借助于直流偏置输入而发生，其根据开关器件的状态提供电磁辐射的相位控制。描述了单元格的相位控制机制，以实现可重配/智能的反射阵列平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反射阵列天线
本专利技术涉及反射阵列天线元件、反射阵列以及操作天线元件的方法。
技术介绍
高增益智能天线是下一代通信系统的关键使能技术之一。智能反射阵列天线需要其包含的单元格来适应必要的重构行为，这通常会在单元格级别上引起多种运行状态。反射阵列的工作原理是，在垂直于所需天线主波束方向的平面上实现反射场的恒定相位。诸如PIN二极管和射频MEMS之类的开关通常用于电连接/断开金属零件，以便在整个辐射表面的几何形状中引入(离散的)变化。此类元件的已知设计示例公开在以下文献中：US7071888、US7868829、US9099775、“具有可转换极化的可重构缝隙天线”，弗里斯等人，IEEE微波和无线组件快报，第13期第11号，2003年11月，第490-492页；“使用p-i-n二极管的60-GHz电可重构反射阵列”，Kamoda等人，IEEEMTT-S国际微波研讨会摘要，2009，第1177–1180页。
技术实现思路
本专利技术试图提供一种改进的反射阵列天线元件、改进的反射阵列以及操作这种天线元件的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种反射阵列天线元件，包括：用于反射电磁(EM)场的导电材料贴片；提供射频接地的介电基板；导电材料的第一和第二相位控制线，被设置为与具有第一极化的电磁辐射相互作用；第一二进制开关器件，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，被配置为经由所述第一相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；第二二进制开关器件，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，被配置为经由所述第二相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；单个直流偏置输入，电耦合到所述，被配置为不同的离散电压电平，以选择性地控制所述开关器件的状态；其中，所述第一二进制开关器件和所述第二二进制开关器件通过所述直流偏置输入根据所述开关器件器件的状态提供电磁辐射的相位控制。有利地，所述第一开关器件和所述第二开关器件的操作使所述反射阵列天线元件在第一极化产生相位受控的电磁辐射。优选地，所述第一相位位控制线和所述第二相位控制线被设置为平行于第一方向。在实际应用中，所述贴片具有长度和宽度，所述第一相位控制线和所述第二相位控制线在第一方向上沿着所述贴片的长度和宽度之一设置。有利地，沿第一方向的每条线具有一定长度，使得所述第一相位线和所述第二相位线能够工作在第一频率。在实际应用中，所述贴片具有两个操作尺寸，即长度和宽度。具有两个相位线的所述贴片的长度使其能够在第一频率F1下工作。具有其他两条相位线的贴片的宽度使该贴片在另一频率F2下工作。该设计是灵活的，第一频率和第二频率可以相同或不同。在实际实施例中，介电基板被配置为在其一侧上具有所述贴片并且在其另一侧上具有射频接地。接地优选由基本平行于所述贴片的导电层提供。在优选实施例中，所述第一相位控制线被配置为通过第一开关器件选择性地电耦合至所述贴片，所述第二相位控制线被配置为通过第二开关器件选择性地电耦合至所述贴片。有利地，第一开关器件是第一PIN二极管，其具有从贴片到接近的二极管方向。第二开关器件是第二PIN二极管，其具有从接地到贴片的二极管方向。天线元件优选包括：导电材料的第三和第四相位控制线；第三二进制开关器件，其置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第三相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；第四二进制开关器件，其置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第四相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；其中，单个直流偏置输入用于选择性地控制所述第三和第四开关器件的状态。有利地，所述第三和第四相位控制线被设置成与具有第二极化的电磁辐射相互作用。优选地，所述第三和第四二进制开关器件的操作使反射阵列天线元件在所述第二极化处产生相位受控的电磁辐射。优选地，所述第三和第四相位控制线被设置成平行于第二方向。在实际的实施例中，所述贴片具有长度和宽度，所述第一和第二相位控制线沿着所述贴片的长度和宽度之一在第一方向上设置，所述第三和第四相位控制线沿着所述贴片的长度和宽度中的另一个在第二方向上设置。第二方向有利地具有一定长度，使得第三和第四相位线能够以第二频率工作。优选地，所述第三相位控制线通过所述第三开关器件选择性地电耦合至所述贴片，所述第四相位控制线通过所述第四开关器件选择性地电耦合至所述贴片。在实际应用中，所述第三开关器件为第三PIN二极管，具有从所述贴片到所述接地的二极管方向；所述第四开关器件为第四PIN二极管，具有从所述接地到所述贴片的二极管方向。在优选实施例中，所述直流偏置输入在第一方向上从所述贴片的中心偏移一定的距离，该距离减小了所述第一电磁场的交叉极化，和/或在第二方向上从所述贴片的中心偏移一定的距离，该距离减小了所述第二电磁场的交叉极化。有利地，所述第一方向为所述第一极化的极化方向，和/或所述第二方向为所述第二极化的极化方向。该天线元件有利地被配置为工作在毫米波(mm-waves)。在优选实施中，该天线元件被配置为工作在两个独立的频带上，其中每个频带具有中心频率，针对该中心频率设计具有两条相位线的贴片。在该实施例中，被配置为直接在所述天线元件的射频平面上实现1.5比特相位控制，以便为处于所述第一频率具有所述第一极化的电磁辐射，以及可选地也为处于所述第二频率具有所述第二极化的电磁辐射提供三相状态。该天线元件可以包括包含第一层和第二层的基板结构，所述贴片位于所述第一层中，所述第二层为所述接地。每个所述相位控制线通过连接所述第一层和所述第二层的导电通孔电耦合至所述接地层。每个通孔为齿形孔。有利地，所述第一层和第二层被电介质基板隔开。该天线元件可以包括第三层，其中，所述直流偏置输入包括连接所述第一层和第三层但不与所述接地层电连接的导电通孔。所述直流偏置输入可以在所述第三层处电耦合至直流隔离元件。直流隔离元件可以是任何合适的形状以阻止射频(RF)信号到达直流(DC)源，并且可以可选地位于第二层。所述第二层优选位于所述第一层与第三层之间。有利地，所述第二层和第三层被电介质基板隔开。每个所述相位控制线通过连接所述第一层、第二层和第三层的导电通孔电耦合至所述接地层。该通孔可以通到第三层以便于制造。每个通孔为齿形孔。根据本专利技术的另一方面，提供了一种反射阵列，该反射阵列包括如本文所指定和公开的多个天线元件。优选地，对于每个天线元件：所述天线元件包括包含第一层和第二层的基板结构，所述贴片位于所述第一层中，所述第二层为所述接地，每个所述相位控制线通过连接所述第一层和第二层的通孔电耦合至接地。在优选实施例中，相邻的天线元件共享通孔。所述反射阵列优选地包括控制系统，用于控制各个所述天线元件的直流偏置输入的电压电平。有利地，其中，至少部分所述天线元件被配置为提供与其他天线元件不同的反射相移。在实践中，为从单元格反射的电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射阵列天线元件，包括：/n用于反射电磁场的导电材料的贴片；/n提供射频接地的介电质基板；/n导电材料的第一相位控制线和第二相位控制线，用于与具有第一极化的电磁辐射相互作用；/n第一二进制开关器件，置于所述帧片与所述接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第一相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；/n第二二进制开关器件，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第二相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；/n单个的直流偏置输入，电耦合到所述贴片，可配置为不同的离散电压电平，以选择性地控制所述开关器件的状态；/n其中，所述第一二进制开关器件和所述第二二进制开关器件借助于所述直流偏置输入进行的选择性操作提供了取决于开关器件状态的电磁辐射的相位控制。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180705 GB 1811092.41.一种反射阵列天线元件，包括：
用于反射电磁场的导电材料的贴片；
提供射频接地的介电质基板；
导电材料的第一相位控制线和第二相位控制线，用于与具有第一极化的电磁辐射相互作用；
第一二进制开关器件，置于所述帧片与所述接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第一相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；
第二二进制开关器件，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第二相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；
单个的直流偏置输入，电耦合到所述贴片，可配置为不同的离散电压电平，以选择性地控制所述开关器件的状态；
其中，所述第一二进制开关器件和所述第二二进制开关器件借助于所述直流偏置输入进行的选择性操作提供了取决于开关器件状态的电磁辐射的相位控制。


2.根据权利要求1所述的天线元件，其中，所述第一开关元件和所述第二开关元件的操作使所述反射阵列天线元件以所述第一极化产生相位受控的电磁辐射。


3.根据任一前述权利要求所述的天线元件，其中，所述第一控制线和所述第二相位控制线被设置为平行于第一方向。


4.根据权利要求3所述的天线元件，其中，所述贴片具有长度和宽度，所述第一相位控制线和所述第二相位控制线沿着所述贴片的长度和宽度之一设置在所述第一方向上。


5.根据权利要求3或4所述的天线元件，其中，在所述第一方向上的每条线具有使得所述第一和第二相位线能够以第一频率工作的长度。


6.根据前述权利要求中任一项所述的天线元件，其中，所述电介质基板被配置为在其一侧上具有所述贴片并且在其另一侧上具有射频接地。


7.根据前述权利要求中任一项所述的天线元件，其中，通过基本平行于所述贴片的导电层提供接地。


8.根据前述权利要求中任一项所述的天线元件，其中，所述第一相位控制线通过所述第一开关器件选择性地电耦合至所述贴片，所述第二相位控制线通过所述第二开关器件选择性地电性耦合至所述贴片。


9.根据前述权利要求中任一项所述的天线元件，其中：
所述第一开关器件为第一PIN二极管，具有从所述贴片到所述接地的二极管方向；
所述第二开关器件为第二PIN二极管，具有从所述接地到所述贴片的二极管方向。


10.根据前述权利要求中任一项所述的天线元件，包括：
导电材料的第三相位控制线和第四相位控制线；
第三二进制开关器件，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第三相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；
第四二进制开关装置，置于所述贴片与接地之间具有开或关的状态，用于通过所述第四相位控制线选择性地将所述贴片电耦合至接地；
其中，单个直流偏置输入用于选择性地控制所述第三开关器件和第四开关器件的状态。


11.根据权利要求10所述的天线元件，其中，所述第三相位控制线和所述第四相位控制线被设置为与具有第二极化的电磁辐射相互作用。


12.根据权利要求11所述的天线元件，其中，所述第三二进制开关器件和所述第四二进制开关器件的操作使所述反射阵列天线元件以所述第二极化产生相位受控的电磁辐射。


13.根据权利要求10至12中的任一项所述的天线元件，其中，所述第三相位控制线和所述第四相位控制线被设置为平行于第二方向。


14.根据权利要求13所述的天线元件，其中，所述贴片具有长度和宽度，所述第一相位控制线和所述第二相位控制线沿着所述贴片的长度和宽度之一设置在所述第一方向上，所述第三相位控制线和所述第四相位控制线沿着所述贴片的长度和宽度之另一个设置在所述第二方向上。


15.根据权利要求13或14所述的天线元件，其中，所述第二方向具有使得所述第三和第四相位线能够以第二频率工作的长度。


16.根据权利要求10至15中任一项所述的天线元件，其中，所述第三相位控制线通过所述第三开关器件选择性地电耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洪乐，古兰·艾哈迈德，蒂姆·布朗，克雷格·安德伍德，
申请(专利权)人：NPL管理有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB