一种2-bit双极化智能超表面天线单元制造技术

本发明专利技术涉及一种2比特(bit)双极化智能超表面天线单元，适用于移动通信领域，包括一个贴片，一个带有耦合槽的地板，两条附有PIN二极管开关的微带线以及一个反射板；地板上刻有一个“H”形槽和一个“I”形槽；每个槽下方各有一条微带线，每条微带线包含一条主线以及两条延时线，主线与延时线之间通过PIN二极管开关相连，微带线的长度由PIN二极管开关控制以提供0

【技术实现步骤摘要】
一种2
‑
bit双极化智能超表面天线单元


[0001]本专利技术属于无线通信技术的天线设计
，特别涉及一种2
‑
bit双极化智能超表面天线单元。

技术介绍

[0002]超表面是一种超薄的人造平面结构，它由结构和功能相似的单元在二维平面内周期排列构成，通过对单元的排列方式进行合理的设计，可以实现对电磁波相位、振幅、频率等参数的调控，在超表面的单元中进一步引入可调元器件即构成了智能超表面。传统的智能超表面为了实现2
‑
bit量化甚至更高比特数，通常要使用多个PIN二极管进行单元状态的切换，这将导致单元的设计难度大大提升，同时，大量PIN二极管的使用会增大单元的损耗，特别是在双极化独立工作的需求之下，复杂的控制电路以及较高的单元损耗都是无法接受的。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种2
‑
bit双极化智能超表面天线单元，以期在实现较低单元损耗的同时，降低控制电路的设计难度以及天线的制造成本，提升天线波束的指向精度以及增益。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种2
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bit双极化智能超表面天线单元，自上至下包括贴片、地板、微带线以及反射板；所述地板刻蚀有耦合槽；所述微带线由主线、两个PIN二极管开关以及两段不等长的延时线组成，所述主线位于所述耦合槽的正下方且其投影跨过所述耦合槽，所述主线的两端分别通过一个所述PIN二极管开关连接一段所述延时线，通过所述两个PIN二极管开关控制所述主线与各延时线的联通状态，进而控制所述微带线的长度，以提供0
°
、90
°
、180
°
以及270
°
的相位变化；所述微带线有两条，分别为两个正交的极化方向提供相移，实现2
‑
bit双极化的特性。
[0006]在一个实施例中，所述贴片印刷于介质板一的上表面，所述地板印刷于介质板二的上表面，所述微带线印刷于介质板二的下表面，所述介质板一与所述地板之间为空气层，所述微带线与所述反射板之间为空气层。
[0007]在一个实施例中，每条所述微带线的主线的两端分别通过一个PIN二极管开关连接一段延时线；所述耦合槽有两个，每条所述微带线的主线位于一个耦合槽的正下方且其投影跨过相应的耦合槽。
[0008]在一个实施例中，两个所述耦合槽的谐振频率均高于天线的工作频段。
[0009]在一个实施例中，所述耦合槽由相互隔离的“H”形耦合槽和“I”形耦合槽组成，所述“H”形耦合槽由第一槽、第二槽和第三槽组成，其中第一槽与第三槽平行，第二槽垂直连接于第一槽和第三槽之间，所述“I”形耦合槽与所述第一槽平行，并关于所述第二槽对称，且所述第一槽和第三槽的长度均小于所述“I”形耦合槽的长度。
[0010]在一个实施例中，所述贴片的形状为矩形，所述“H”形耦合槽的正下方设置第一微带线，所述第一微带线包括第一主线，所述“I”形耦合槽的正下方设置第二微带线，所述第二微带线包括第二主线；所述第一主线的投影垂直跨过所述第二槽，所述第二主线的投影垂直跨过所述“I”形耦合槽，各所述延时线均与所述“I”形耦合槽平行。
[0011]在一个实施例中，所述第二主线的首尾两端分别弯折90
°
，通过相应的PIN二极管开关与相应的延时线连接，且其首尾段连接的延时线分别位于所述第二主线的两侧。
[0012]在一个实施例中，所述主线的投影仅跨过所述耦合槽一次，所述延时线的投影与所述耦合槽不重叠。
[0013]在一个实施例中，所述PIN二极管开关的阳极与所述主线连接，阴极与所述延时线连接；当PIN二极管开关闭合时，该PIN二极管开关连接的主线和延时线联通，当PIN二极管开关断开时，该PIN二极管开关连接的主线和延时线断开。
[0014]在一个实施例中，所述贴片接收自由空间中的电磁波能量，所述电磁波能量通过地板上刻蚀的耦合槽耦合到微带线的主线，并在微带线末端反射回到主线，经过耦合槽耦合到贴片，进而激励贴片向自由空间辐射。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]1)2
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bit量化，可以提供较低的量化误差以及较高的指向精度。
[0017]2)使用PIN二极管数量少，降低了单元的回波损耗，降低了控制电路的设计难度。
[0018]3)单元结构简单，采用微带线作为移相器，降低了天线的生产成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术优选实施例的三维结构分解图。
[0020]图2为具体实施方式中天线单元的主视图。
[0021]图3为具体实施方式中天线单元的顶层贴片俯视图。
[0022]图4为具体实施方式中天线单元的中间层地板俯视图。
[0023]图5为具体实施方式中天线单元的中间层微带线仰视图。
[0024]图6为具体实施方式中天线单元垂直极化的S参数曲线。
[0025]图7为具体实施方式中天线单元水平极化的S参数曲线。
[0026]图8为具体实施方式中天线单元垂直极化的相移曲线。
[0027]图9为具体实施方式中天线单元水平极化的相移曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0029]如前所述，为实现2
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bit量化，现有的智能超表面需要布设大量的PIN二极管，不仅设计难度大，更重要的是损耗较高。尤其是当应用于5G基站时，这种方案已难以适应低功耗以及双极化的要求。
[0030]为此，本专利技术提供了一种智能超表面天线单元，尤其适用于移动通信领域，如图1和图2所示，自上至下包括贴片1、地板3、微带线7以及反射板12。在地板3上刻蚀有耦合槽，微带线7则由主线、两个PIN二极管开关以及两段不等长的延时线连接组成，一条微带线7即为一个2
‑
bit移相器。其中主线位于耦合槽的正下方，并且其投影跨过相应的耦合槽，主线
两端与两段延时线之间分别通过一个PIN二极管开关连接，通过各PIN二极管开关即可控制主线与其两段延时线的联通状态，由此控制微带线7的长度，进而提供0
°
、90
°
、180
°
以及270
°
的相位变化。微带线7包含两条独立的微带线7
‑
1和微带线7
‑
2，两条微带线分别对应天线的两个正交极化，通过在微带线主线的两端分别连接延时线，则每条微带线7的长度由PIN二极管开关控制，从而仅利用四个PIN二极管开关即实现2
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bit双极化独立工作，降低了控制电路的设计难度以及天线成本，提升了天线波束的指向精度以及增益。
[0031]在本专利技术中，各PIN二极管开关断开和闭合决定了相应主线和相应延时线的断开和联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2
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bit双极化智能超表面天线单元，其特征在于，自上至下包括贴片(1)、地板(3)、微带线(7)以及反射板(12)；所述地板(3)刻蚀有耦合槽；所述微带线(7)由主线、两个PIN二极管开关以及两段不等长的延时线组成，所述主线位于所述耦合槽的正下方且其投影跨过所述耦合槽，所述主线的两端分别通过一个所述PIN二极管开关连接一段所述延时线，通过所述两个PIN二极管开关控制所述主线与各延时线的联通状态，进而控制所述微带线(7)的长度，以提供0
°
、90
°
、180
°
以及270
°
的相位变化；所述微带线(7)有两条，分别为两个正交的极化方向提供相移，实现2
‑
bit双极化的特性。2.根据权利要求1所述2
‑
bit双极化智能超表面天线单元，其特征在于，所述贴片(1)印刷于介质板一(2)的上表面，所述地板(3)印刷于介质板二(6)的上表面，所述微带线(7)印刷于介质板二(6)的下表面，所述介质板一(2)与所述地板(3)之间为空气层，所述微带线(7)与所述反射板(12)之间为空气层。3.根据权利要求1所述2
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bit双极化智能超表面天线单元，其特征在于，每条所述微带线(7)的主线的两端分别通过一个PIN二极管开关连接一段延时线；所述耦合槽有两个，每条所述微带线(7)的主线位于一个耦合槽的正下方且其投影跨过相应的耦合槽；两个所述耦合槽分别对应于两个正交的极化分量，每条微带线(7)为其上方的耦合槽对应的极化分量提供相移，两条所述微带线(7)分别对应天线的两个正交极化。4.根据权利要求3所述2
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bit双极化智能超表面天线单元，其特征在于，两个所述耦合槽的谐振频率均高于天线的工作频段。5.根据权利要求3所述2
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bit双极化智能超表面天线单元，其特征在于，所述耦合槽由相互隔离的“H”形耦合槽(4)和“I”形耦合槽(5)组成，所述“H”形耦合槽(4)由第一槽、第二槽和第三槽组成，其中第一槽与第三槽平行，第二槽垂直连...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓长江，尹佑甲，曹晓伟，郝轶楠，于伟华，胡伟东，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：