具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统技术方案

本申请涉及一种具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统，具有双重调制特性的超表面天线包括：介质板以及设在介质板上的天线结构；天线结构包括：设在天线结构中心的中心贴片以及关于中心贴片对称的两个移相贴片；两个移相贴片上对称设有接地的传输通道，中心贴片与移相贴片之间对称设有二极管；还包括：射频电路；射频电路与天线结构通过馈电探针相连，馈电探针设在中心贴片的中央；还包括：直流偏置电路；直流偏置电路包括直流偏置线和去耦枝节；直流偏直线的一端与直流电源相连，另一端与馈电探针相连，去耦枝节与直流偏置线相连。本申请能够同时具有反射相位和辐射相位双重调制特性。射相位双重调制特性。射相位双重调制特性。

【技术实现步骤摘要】
具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统


[0001]本申请涉及通信
，特别是涉及一种具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统。

技术介绍

[0002]现有可编程超表面阵列天线主要涉及反射式和透射式两种工作模式，空间馈源的存在使得系统的体积和剖面较大。将馈源与相位调制结构一体化集成，可有效减少天线的剖面高度，从而实现低剖面设计，是新型低剖面辐射式可编程超表面天线的理想实现方式。在一体化天线设计中，将全息理论与编码超表面理论相结合，可实现波束的灵活可编程赋形。在此方面，美国杜克大学D.R. Smith教授团队进行了广泛地研究，该团队于2013年设计了基于微带传输线馈源的超表面全息天线，其结构主要由置于微带线上的加载PIN二极管的互补电容电感超表面谐振单元(cELC)构成。该天线利用PIN二极管通断控制天线单元的辐射状态，以实现辐射波束的空间扫描。此后该团队对该类型天线进行了更深入的研究，设计了大口径的动态可编程超表面天线，并对其在雷达计算成像、合成孔径成像等领域的应用进行了验证。
[0003]但此类型可编程天线存在传输线末端能量耦合效率低、能量泄漏等问题，会恶化天线的辐射效率和增益。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统，同时具有反射相位和辐射相位双重调制特性，且剖面低、馈电效率高。
[0005]一种具有双重调制特性的超表面天线，包括：介质板以及设在所述介质板上的天线结构；
[0006]所述天线结构包括：设在所述天线结构中心的中心贴片以及关于所述中心贴片对称的两个移相贴片；两个所述移相贴片上对称设有接地的传输通道，所述中心贴片与所述移相贴片之间对称设有二极管。
[0007]在一个实施例中，还包括：射频电路；
[0008]所述射频电路与所述天线结构通过馈电探针相连，所述馈电探针设在所述中心贴片的中央。
[0009]在一个实施例中，还包括：直流偏置电路；
[0010]所述直流偏置电路包括直流偏置线和去耦枝节；所述直流偏直线的一端与直流电源相连，另一端与所述馈电探针相连，所述去耦枝节与所述直流偏置线相连。
[0011]在一个实施例中，所述介质板包括：从上到下依次相叠的第一介质层、第二介质层以及第三介质层；所述第一介质层与所述第三介质层通过所述第二介质层压合；
[0012]所述天线结构设在所述第一介质层的顶部，所述射频电路和所述直流偏置电路均
设在所述第三介质层的底部，所述第一介质层的底部设有地板。
[0013]可编程阵列天线系统，包括：馈电网络以及多个具有双重调制特性的超表面天线；
[0014]多个超表面天线呈矩形阵列分布，所述馈电网络分别与各所述超表面天线的射频电路相连。
[0015]在一个实施例中，相邻的两个超表面天线之间的距离等于辐射波的波长。
[0016]在一个实施例中，位于矩形阵列长度方向或宽度方向上的超表面天线的数量为8的整数倍。
[0017]在一个实施例中，多个所述超表面天线共用一个第一介质层、一个地板、一个第二介质层以及一个第三介质层。
[0018]在一个实施例中，所述地板上对应相邻两个超表面天线之间的位置设有隔离槽；
[0019]所述隔离槽包括多个阵列间隔分部的条形槽。
[0020]在一个实施例中，每个直流偏置线通过金属管与第一介质层相连，所述金属管垂直贯穿所述介质板；
[0021]所述介质板上设有与所述金属管对应的贯穿孔，所述贯穿孔对应所述地板的孔壁上设有环状的沉槽，以作为隔离环；
[0022]位于矩形阵列长度方向上的超表面天线分为对称的两组，每组的超表面天线共用一个隔离环。
[0023]上述具有双重调制特性的超表面天线和可编程阵列天线系统，是一种可以工作在X波段的辐射式编码超表面单元天线，将馈电结构与相位调制结构一体化集成，天线结构紧凑，解决了现有技术天线剖面高的问题；并加载PIN二极管，利用PIN二极管的通断来控制天线结构的辐射状态，以实现辐射波束的空间扫描，具有对反射波的反射相位和辐射波的辐射相位的双重调制特性；同时，天线单元不包含接地共面波导馈电结构(GCPW)，因此天线单元具有完美的对称性，这赋予了天线单元对反射电磁波相位的1
‑
bit调制能力；另外，天线单元采用微带线直接馈电，省去了多余的接地共面波导结构，使得其可以应用在二维阵列天线的设计中，且阵列天线中的每个单元都采用微带线进行独立馈电，馈电效率高，避免了能量泄露的问题，进而提高能量的耦合效率。
附图说明
[0024]图1为一个实施例中具有双重调制特性的超表面天线的整体示意图；
[0025]图2为一个实施例中第一介质层及天线结构的示意图；
[0026]图3为一个实施例中地板的示意图；
[0027]图4为一个实施例中第三介质层、射频电路及直流偏置电路的示意图；
[0028]图5为一个实施例中第一介质层的尺寸示意图；
[0029]图6为一个实施例中第三介质层的尺寸示意图；
[0030]图7(a)为一个实施例中两个天线单元的二极管状态不同时的电流分布示意图；(b)为一个实施例中两个天线单元的二极管状态不同时的电场分布示意图；
[0031]图8为一个实施例中不同状态天线单元的S参数仿真结果示意图；
[0032]图9为一个实施例中不同状态天线单元的辐射方向仿真结果示意图；
[0033]图10为一个实施例中天线单元在不同频率下的反射幅度仿真示意图；
[0034]图11为一个实施例中天线单元在不同频率下的反射相位仿真示意图；
[0035]图12为一个实施例中可编程阵列天线系统的第一介质层的示意图；
[0036]图13为一个实施例中可编程阵列天线系统的地板的示意图；
[0037]图14为一个实施例中可编程阵列天线系统的第三介质层的示意图；
[0038]图15为一个实施例中可编程阵列天线系统的A部分的放大示意图；
[0039]图16为一个实施例中可编程阵列天线系统的B部分的放大示意图；
[0040]图17为一个实施例中可编程阵列天线系统的C部分的放大示意图；
[0041]图18(a)为一个实施例中辐射波束偏转角度为(60
°
，0
°
)的方向图仿真结果图；(b)为一个实施例中辐射波束偏转角度为(30
°
，20
°
)的方向图仿真结果图；
[0042]图19为一个实施例中16
×
16天线单元的反射式可编程阵列天线示意图；
[0043]图20(a)为一个实施例中反射波束偏转角度为(30
°
，0)的三维方向图仿真结果图；(b)为一个实施例中反射波束偏转角度为(40
°
，40
°
)的三维方向图仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有双重调制特性的超表面天线，其特征在于，包括：介质板以及设在所述介质板上的天线结构；所述天线结构包括：设在所述天线结构中心的中心贴片以及关于所述中心贴片对称的两个移相贴片；两个所述移相贴片上对称设有接地的传输通道，所述中心贴片与所述移相贴片之间对称设有二极管。2.根据权利要求1所述的具有双重调制特性的超表面天线，其特征在于，还包括：射频电路；所述射频电路与所述天线结构通过馈电探针相连，所述馈电探针设在所述中心贴片的中央。3.根据权利要求2所述的具有双重调制特性的超表面天线，其特征在于，还包括：直流偏置电路；所述直流偏置电路包括直流偏置线和去耦枝节；所述直流偏直线的一端与直流电源相连，另一端与所述馈电探针相连，所述去耦枝节与所述直流偏置线相连。4.根据权利要求3所述的具有双重调制特性的超表面天线，其特征在于，所述介质板包括：从上到下依次相叠的第一介质层、第二介质层以及第三介质层；所述第一介质层与所述第三介质层通过所述第二介质层压合；所述天线结构设在所述第一介质层的顶部，所述射频电路和所述直流偏置电路均设在所述第三介质层的底部，所述第一介质层的底部设有地板。5.可编程阵列天线系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，潘少鹏，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：