一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线制造技术

本发明专利技术公开了一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线，属于射频前端器件技术领域。其由底层馈电结构，四个信号输入端口，两层介质层，中间金属层，顶层天线金属层，四个金属柱结构共同组成；顶层天线金属层，由四个渐变螺旋臂天线单元组成。该渐变螺旋臂天线单元，由直臂和渐变螺旋臂组合而成，螺旋臂结构从起始位置到终止位置宽度是渐变的，越来越宽，在每个天线单元的直臂起始馈电位置连接一个圆盘用来与金属柱匹配。本发明专利技术可实现最大波束角度在θ=50度平面上φ=150

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线


[0001]本专利技术涉及一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线，主要应用在太赫兹波段的卫星通信等，属于射频前端器件领域。

技术介绍

[0002]为了适应蜂窝基站，遥感，卫星通信等领域的应用需求，高性能波束转向天线的需求不断增长。采用相控阵天线是实现波束扫描的常规方法，其虽然能提供大波束转向角和高指向性，但存在结构庞大，馈电网络复杂的缺点，同时相控阵天线所需的大量T/R组件也会大大增加系统成本。故采用方向图可重构天线实现波束扫描功能，其可以在不改变天线整体结构的情况下实现波束方向图重构的功能，具有重要的研究价值。
[0003]近年来，基于可重构反射面的方向图可重构天线研究得到了发展，通过在反射面结构上添加开关，可以实现反射相位的变化和波束指向的调节，然而，这种天线往往扫描角度较小。由电子器件操纵的寄生辐射单元是一个有潜力的实现方式，并且前人已经进行了深入的探索。这种类型的天线利用相邻辐射单元之间的相互耦合来馈电寄生辐射单元，其末端可调的无功负载为波束扫描创造了必要的相移，能够成功实现较大的波束扫描范围。然而，它的带宽往往很窄(通常不到15%)。基于金属贴片或介质谐振器的可重构天线，可以获得较高的指向性和低轮廓结构，但是扫描范围有限(通常小于90
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)。综上所述目前所提出的方向图可重构天线往往无法兼顾带宽，波束扫描范围和高指向性和低轮廓等性能。例如PeiYuan Qin等人在2013年提出的方向图可重构天线，虽有较宽的阻抗带宽，且具有三种可调节模式，但是波束扫描范围过小；C. Kittiyanpunya等人在2013年提出的方向图可重构天线具有四种辐射模式，可以对整个方位面进行扫描，但阻抗带宽较小（不到10%。
[0004]大多数方向图可重构天线存在辐射模式数量少，增益低，扫描范围小或只能改变一维方向等问题，故难以达到在各种射频通信设备应用上的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术设计了一种太赫兹波段四臂螺旋方向图可重构天线。该方向图可重构天线实现了结构简单，加工方便，增益高，阻抗带宽大，辐射模式多，辐射范围大等特点。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线，包括层叠设置的第一介质板和第二介质板，所述第一介质板的上表面设有天线金属层，第二介质板的下表面设有底层馈电结构，第一介质板和第二介质板之间设有中间金属层；所述天线金属层包括四个渐变螺旋臂天线单元；每一渐变螺旋臂天线单元的凹侧均朝向于第一介质板上表面的中心，且四个渐变螺旋臂天线单元关于第一介质板上表面的中心旋转对称；每一渐变螺旋臂天线单元均由直臂和渐变螺旋臂组合而成；渐变螺旋臂从内端到外端宽度是渐变的；直臂的一端连接在渐变螺旋臂的内端，另一端设有第一金属圆
盘且其延长线穿过第一介质板上表面的中心；所述中间金属层包括刻蚀有四个圆形孔洞的金属片，且四个圆形孔洞关于金属片的中心阵列；所述底层馈电结构包括四个微带线转类同轴结构；四个微带线转类同轴结构关于第二介质板下表面中心旋转对称；所述微带线转同轴结构均包括微带传输线，微带传输线的外端设有输入端口，微带传输线的内端设有第二金属圆盘；所述第一金属圆盘与其正下方的第二金属圆盘通过金属柱连接，且金属柱穿过金属片上的对应圆形孔洞。
[0007]进一步的，所述渐变螺旋臂的从内端到外端宽度是渐宽的。
[0008]本专利技术相比
技术介绍
具有以下优点：a)可进行二维方向图变化，通过四种模式的方向图可重构，可以在E面，H面分别改变天线的辐射方向图，总体辐射范围大。
[0009]b)天线增益高，带宽大，具有高指向性和低轮廓性能，可以工作在太赫兹波段，且为圆极化天线。
[0010]c)结构简单，加工方便，仅由三层金属层和两层介质层组成，方便制造。
附图说明
[0011]图1是本专利技术的顶层金属结构示意图；图2是本专利技术的中间层金属结构示意图；图3是本专利技术的底层馈电结构示意图；图4是本专利技术的整体结构侧视图；图5是本专利技术的整体结构立体示意图；图6是本专利技术的反射系数曲线示意图；图7是本专利技术在mode1情况下在φ=150
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平面的波束增益图；图8是天线四种模式下（mode1，2，3，4在θ=50
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平面的波束增益图；图9是天线mode1情况下在θ=50
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平面的轴比示意图；图10是天线mode1情况下在φ=150
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平面的轴比示意图
具体实施方式
[0012]下面结合附图1
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10和实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明。
[0013]一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线，包括层叠设置的第一介质板21和第二介质板22，所述第一介质板21的上表面设有天线金属层24，第二介质板22的下表面设有底层馈电结构11、12、13和14，第一介质21板和第二介质板22之间设有中间金属层23；所述天线金属层24包括四个渐变螺旋臂天线单元31、32、33和34；每一渐变螺旋臂天线单元31、32、33或34的凹侧均朝向于第一介质板21上表面的中心，且四个渐变螺旋臂天线单元31、32、33和34关于第一介质板21上表面的中心旋转对称；每一渐变螺旋臂天线单元31、32、33和34均由直臂和渐变螺旋臂组合而成；渐变螺旋臂从内端到外端宽度是渐变的；直臂的一端连接在渐变螺旋臂的内端，另一端设有第一金属圆盘且其延长线穿过第一介质板21上表面的中心；
所述中间金属层23包括刻蚀有四个圆形孔洞的金属片，且四个圆形孔洞关于金属片的中心阵列；所述底层馈电结构11、12、13和14包括四个微带线转类同轴结构；四个微带线转类同轴结构关于第二介质板22下表面中心旋转对称；所述微带线转同轴结构均包括微带传输线，微带传输线的外端设有信号输入端口15、16、17和18，微带传输线的内端设有第二金属圆盘；所述第一金属圆盘与其正下方的第二金属圆盘通过金属柱25、26、27和28连接，且金属柱25、26、27和28穿过金属片上的对应圆形孔洞。
[0014]进一步的，所述渐变螺旋臂的从内端到外端宽度是渐宽的。
[0015]下面为一更具体的实施例：以图1
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图5的方向图可重构天线结构为例，包括底层馈电结构11，12，13，14，信号输入端口15，16，17，18，第一介质板21，第二介质板22，中间金属层23，顶层的天线金属层24，金属柱25，26，27，28；附图1为顶层的天线金属层24的结构示意图，由四个渐变螺旋臂天线单元31，32，33，34组成，尺寸相同，每个天线单元都可由另一个天线单元旋转得到。每个渐变螺旋臂天线单元由直臂和渐变螺旋臂组合而成，螺旋臂结构从起始位置到终止位置宽度是渐变的，越来越宽，每个天线的螺旋臂长度，螺旋曲率，与几何中心的距离，直臂长度，螺旋臂宽度渐变都会影响天线的工作频率，波束指向，阻抗带宽和圆极化轴比；螺旋臂与直臂的长度影响天线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波段的四臂螺旋方向图可重构天线，包括层叠设置的第一介质板（21）和第二介质板（22），其特征在于，所述第一介质板（21）的上表面设有天线金属层（24），第二介质板（22）的下表面设有底层馈电结构（11、12、13和14），第一介质（21）板和第二介质板（22）之间设有中间金属层（23）；所述天线金属层（24）包括四个渐变螺旋臂天线单元（31、32、33和34）；每一渐变螺旋臂天线单元（31、32、33或34）的凹侧均朝向于第一介质板（21）上表面的中心，且四个渐变螺旋臂天线单元（31、32、33和34）关于第一介质板（21）上表面的中心旋转对称；每一渐变螺旋臂天线单元（31、32、33和34）均由直臂和渐变螺旋臂组合而成；渐变螺旋臂从内端到外端宽度是渐变的；直臂的一端连接在渐变螺旋臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建明，王子莱，张乃柏，崔岩松，杨光耀，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：