[实用新型]一种基于可重构寄生单元的小型波束可控贴片天线

说明书

本实用新型公开了一种基于可重构寄生单元的小型波束可控贴片天线，包括一个“E”字形的主辐射贴片和左右各一个寄生贴片。本实用新型通过采用CSRR结构减小了寄生贴片的电长度，有利于寄生贴片的小型化。通过给CSRR结构上加载的PIN二极管提供不同数值的直流偏置电压，可使单个寄生单元分别工作在引向器和反射器两个状态；左右寄生单元不同状态的组合，可以使天线辐射波束主瓣方向在0°、‑30°和30°之间离散地切换，实现天线的波束可控性能，有效拓宽了天线的波束扫描范围。本实用新型通过采用同轴馈电的“E”字形主辐射贴片和引入两层介质板间的空气层结构，有效增加了天线的工作带宽，具有高增益、高前后比、低剖面的优良性能。

技术领域

本实用新型涉及无线移动通信领域的天线研究领域，特别涉及一种基于可重构寄生单元的小型波束可控贴片天线。

背景技术

波束可控天线在固定的频段内有波束可重构的特性，可以扩大传送信号的覆盖范围，提高5G MIMO天线的扫描能力，是非常有研究意义的一项课题。因此在过去几年里，研究人员提出了大量的波束可控天线，这些天线主要使用了以下几种方法来实现波束可重构的特性——新材料技术、可重构馈电网络、可重构的电磁超表面、控制寄生元件和激励辐射体不同工作模式等。

其中，使用新材料技术可以很容易的通过改变材料的形状来进行波束控制，但所需的费用高，重构速度较慢；利用可重构馈电网络实现波束可重构天线，比如巴特勒矩阵，具有低损耗、宽频带的优点，但是需要激励超过两个辐射单元；使用可重构的电磁超表面可以达到高增益的要求，但是所需的空间大，制作费用高，结构复杂，往往要激励数十个元件；利用控制辐射体形状的方式来控制波束可以缩小天线的体积，但是这种天线的工作带宽很窄，同时还需要额外的馈电网络来激励不同的馈电端口，实现波束扫描；通过重构主辐射体周围的寄生单元构成的波束可控天线需要的元件非常多，在文献《X.Ding,Y.F.Cheng,W.Shao,H.Li,B.Z.Wang and D.E.Anagnostou,“A wide-angle scanning planar phasedarray with pattern reconfigurable magnetic current element,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.65,no.3,pp.1434-1439,Mar.2017.》中提出了一种需要更少元件的可控波束天线，但这种类型的天线往往需要更高的剖面或者需要使用金属外壳。在文献《M.Li,S.Q.Xiao,Z.Wang and B.Z.Wang,“Compact surface-wave assisted beam-steerable antenna based on HIS,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.62,no.7,pp.3511-3519,Jul.2014.》中也提到了一种通过重构贴片周围的微带线来减少所需的元件数量的方式，但该天线的工作带宽较低，低于4％。

实用新型内容

本实用新型提出了一种利用CSRR(complementary split-ring resonator,互补型开口谐振环)来控制波束的小型贴片天线，以解决传统方向图可重构天线存在的倾斜角度和扫描范围小、带宽窄、所需寄生单元数量过多、结构复杂、体积较大等问题。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种基于可重构寄生单元的小型波束可控贴片天线，在上层介质板上表面放置一个主辐射贴片和左右两个寄生贴片，下层介质板下表面附着有一层金属地板，金属地板上蚀刻两个对应着上方寄生贴片的CSRR结构；每个寄生贴片与对应金属地板上加载的CSRR结构一起构成一寄生单元；主辐射贴片由同轴电缆馈电，同轴电缆的内芯与主辐射贴片相连，外导体与金属地板相连；上层介质板与下层介质板之间间隔一定距离，相互平行。本实用新型中，寄生单元中采用CSRR结构，等效成LC并联谐振回路，可以降低寄生贴片的谐振频率，可以减小寄生单元的尺寸，进而减小天线的体积。上下层介质板之间的空气层的电容效应也有效拓宽了天线的工作带宽。