一种宽带可重构反射超表面天线制造技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种宽带可重构反射超表面天线，包括一层F4B介质板、一层FR4介质板、一层金属地、一层偏置馈电网络、多个金属辐射单元和一个喇叭馈源；所述金属辐射单元在F4B介质板的上表面，所述偏置馈电网络在FR4介质板的下表面，所述金属地在F4B介质板和FR4介质板之间。本发明专利技术的反射阵面天线具有成本低、损耗小、波束扫描速率快、设计简单等特点。另外，反射阵面天线，不易损坏，后期的维修和维护也比较简单，使用寿命相对较长。利用其高增益，多维度扫描的特性，可以应用于室内智能互联和多用户之间的数据传输。于室内智能互联和多用户之间的数据传输。于室内智能互联和多用户之间的数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带可重构反射超表面天线


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种宽带可重构反射超表面天线。

技术介绍

[0002]随着微波无线通信技术和微波雷达的发展，波束赋形天线的需求也随之增加。另外，由于工作频率的增加，波长减小，通路损耗越来越大，提高了无线通信从无线终端到更多设备不间断链路传输的要求。因此，对于在有大量障碍的复杂场景下数据的高速传输，波束赋形天线是十分重要的。
[0003]波束赋形的实现方法有许多种，例如，传统的相控阵列天线和反射面天线。然而，相控阵需要设计复杂的馈电网络并使用移相器芯片来改变电磁波的辐射相位，会产生较大的插入损耗和较高的制造成本。对于反射面天线，动态范围的波束扫描只能通过机械式的旋转来实现，导致波束的扫描速率过低，限制了应用场景。为了克服上述天线带来的问题，低成本、高速率、低损耗的可重构反射和透射阵列成为了近几年的热点研究热点。通过偏置电路改变集成在单元中的有源器件的状态（PIN二极管、MEMS开关、变容二极管等等），实现每个单元电磁波辐射相位的独立控制，从而达到动态波束扫描的效果。相较与透射阵列，反射阵列具有制造成本低、控制电路设计简单、损耗小的特点。首先，反射阵列实现大范围相位变化只需要单层结构，而透射形式往往需要采用多层的介质，增加了材料成本。其次，由于反射阵列金属地的存在可以很好的隔绝直流和交流信号，使得偏置电路的设计变得更加容易。最后，反射阵列可以通过单元层和金属地层实现大部分电磁波能量的反射，具有较低的损耗。当然，此种形式的可重构天线也存在不足，单元和阵列的带宽较低，高口径效率实现较困难等。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种宽带可重构反射超表面天线,以解决上述的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的一种宽带可重构反射超表面天线的具体技术方案如下：一种宽带可重构反射超表面天线，包括一层F4B介质板、一层FR4介质板、一层金属地、一层偏置馈电网络、多个金属辐射单元和一个喇叭馈源；所述金属辐射单元在F4B介质板的上表面，所述偏置馈电网络在FR4介质板的下表面，所述金属地在F4B介质板和FR4介质板之间。
[0006]进一步的，包括粘接膜，所述金属地和FR4介质板通过粘接膜固定连接。
[0007]进一步的，每个所述金属辐射单元包括一个开口谐振环、一个矩形贴片和两个PIN二极管；所述矩形贴片设置在开口谐振环中间，两个PIN二极管的负极连接矩形贴片，两个PIN二极管的正极连接开口谐振环，通过偏置电路可以控制PIN二极管的开断。
[0008]进一步的，所述金属辐射单元包括偏置线，偏置电路通过矩形贴片中间的通孔引到金属地，通过偏置线末端的通孔连接到FR4介质板的底层，并通过排针外接到控制电路
板。
[0009]进一步的，所述天线由12x12个金属辐射单元组成阵列。
[0010]进一步的，每个阵列单元之间的间隔为λ/2，λ为其工作波长。
[0011]进一步的，所述喇叭馈源距离阵列为6个工作波长。
[0012]本专利技术的一种宽带可重构反射超表面天线具有以下优点：天线由一个喇叭馈源和一个12x12的反射阵面组成，采用空间馈电的形式，避免了复杂的馈电网络设计。通过控制PIN二极管的开断，切换单元的谐振状态，改变电流分布实现180
°
的相位变化。工作频率下，口径效率可以达到20.34%，3dB的工作带宽为9.4
‑
11GHz，平均增益可以达到17.5dBi。另外，本专利技术天线可以实现
±
50
°
的波束扫描范围，并将扫描增益的变化方位保持在1.5dBi以内，具有良好的稳定性。与传统的相控阵和反射面天线相比，本专利技术的反射阵面天线具有成本低、损耗小、波束扫描速率快、设计简单等特点。另外，反射阵面天线，不易损坏，后期的维修和维护也比较简单，使用寿命相对较长。利用其高增益，多维度扫描的特性，可以应用于室内智能互联和多用户之间的数据传输。
附图说明
[0013]图1（a）是本专利技术的金属辐射单元无偏置线立体结构示意图；图1（b）是本专利技术的金属辐射单元无偏置线平面结构示意图；图2（a）是本专利技术的金属辐射单元添加偏置线立体结构示意图；图2（b）是本专利技术的金属辐射单元添加偏置线平面结构示意图；图3是本专利技术的阵列单元在添加偏置前后二极管开断状态下的反射幅度和相位随频率变化的关系曲线。
[0014]图4是本专利技术的阵列单元在电磁波斜入射时二极管开断状态下的反射幅度和相位随频率的变化关系曲线。
[0015]图5（a）是本专利技术的阵列单元在二极管两种开断下的电流分布示意图；图5（b）是本专利技术的阵列单元在二极管两种开断下的电场分布示意图；图6是本专利技术的反射超表面的整体结构和测试环境示意图。
[0016]图7（a）是本专利技术的反射超表面天线辐射角度0
°
下的相位分布结果图；图7（b）是本专利技术的反射超表面天线辐射角度10
°
下的相位分布结果图；图7（c）是本专利技术的反射超表面天线辐射角度30
°
下的相位分布结果图；图7（d）是本专利技术的反射超表面天线辐射角度40
°
下的相位分布结果图；图8（a）是本专利技术的反射超表面阵列天线仿真的远场方向图；图8（b）是本专利技术的反射超表面阵列天线实测的远场方向图；图9是本专利技术的反射超表面天线增益随频率变化的测试结果图。
[0017]图中标记说明：1、金属辐射单元；2、F4B介质板；3、金属地；4、FR4介质板；5、偏置馈电网络；6、喇叭馈源；7、粘接膜；11、开口谐振环；12、矩形贴片；13、PIN二极管。
具体实施方式
[0018]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术一种宽带可重构反射超表面天线做进一步详细的描述。
[0019]如图2（a）、图2（b）所示，本专利技术的一种宽带可重构反射超表面天线，包括一层F4B介质板2、一层FR4介质板4、一层金属地3、一层偏置馈电网络5、多个金属辐射单元1和一个喇叭馈源6。金属辐射单元1在F4B介质板2的上表面，偏置馈电网络5在FR4介质板4的下表面，金属地3在F4B介质板2和FR4介质板4之间。金属地3和FR4介质板4通过粘接膜7固定连接。
[0020]每个金属辐射单元1包括一个开口谐振环11、一个矩形贴片12和两个PIN二极管13。矩形贴片12设置在开口谐振环11中间，两个PIN二极管13的负极连接矩形贴片12，两个PIN二极管13的正极连接开口谐振环11，通过偏置电路可以控制PIN二极管的开断，如图1（a）、图1（b）所示为添加偏置线前结构，如图2（a）、图2（b）所示，为添加偏置线后的结构，偏置电路通过矩形贴片12中间的通孔引到金属地3，通过偏置线14末端的通孔连接到FR4介质板4的底层，并通过排针外接到控制电路板。
[0021]本专利技术的一种宽带可重构反射超表面天线由12x12个金属辐射单元1组成阵列，每个阵列单元之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带可重构反射超表面天线，其特征在于，包括一层F4B介质板（2）、一层FR4介质板（4）、一层金属地（3）、一层偏置馈电网络（5）、多个金属辐射单元（1）和一个喇叭馈源（6）；所述金属辐射单元（1）在F4B介质板（2）的上表面，所述偏置馈电网络（5）在FR4介质板（4）的下表面，所述金属地（3）在F4B介质板（2）和FR4介质板（4）之间。2.根据权利要求1所述的宽带可重构反射超表面天线，其特征在于，包括粘接膜（7），所述金属地（3）和FR4介质板（4）通过粘接膜（7）固定连接。3.根据权利要求1所述的宽带可重构反射超表面天线，其特征在于，每个所述金属辐射单元（1）包括一个开口谐振环（11）、一个矩形贴片（12）和两个PIN二极管（13）；所述矩形贴片（12）设置在开口谐振环（11）中间，两个PIN二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开浪，徐魁文，习浩伟，余显斌，张昌明，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：