[发明专利]一种低剖面串行馈电波束可重构天线

说明书

本发明公开了一种低剖面串行馈电波束可重构天线，属于微波天线工程技术领域。本发明解决了现有波束可重构天线难以满足现代通信系统对于天线低剖面、小型化、集成化的需求的问题。本发明通过调节每个辐射单元的辐射相位，从而获得动态波束可重构能力，且该天线采用了串行馈电网络与传统的透射阵相比极大的减小天线剖面。此外，本发明提供的天线还具有集成度高、馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、结构简单、重量轻、易共形、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种低剖面串行馈电波束可重构天线，属于微波天线工程技术领域。

背景技术

天线是无线通信系统中的关键器件，天线的特性直接决定着整个通信系统的性能。现代通信系统对于低剖面、低成本、波束可重构天线有着强烈的需求。波束可重构天线主要有机械扫描天线和相控阵天线两种形式。机械扫描天线是最早的波束可重构天线形式，由伺服系统和天馈线系统两部分组成。机械扫描天线工作过程中，天线波束指向始终和天线阵面保持相对静止，通过后端的伺服系统控制天线姿态实现波束扫描。此类天线工作原理相对简单，设计难度较低，但机械伺服系统体积和重量较为庞大，功耗较高，且波束扫描速度慢。相比于机械扫描天线，相控阵天线具有扫描速度快、通信链路建立时间短、可实现多目标跟踪等优点，传统相控阵天线通常由成百甚至上千个辐射单元组成，并且每个辐射单元都配装有一套独立的发射/接收(T/R)组件。然而，正是因为大量T/R组件的存在，导致相控阵造价高昂，同时复杂的散热结构不但造成相控阵天线体积庞大、重量重，且影响天线的电磁特性。反射阵和透射阵天线与相控阵天线相比，反射阵和透射阵天线虽然不需要复杂的功率分配网络，规避了大量T/R组件的使用，有效降低了天线成本，但是天线中馈电喇叭和天线阵面需要保持一定的距离，使得天线整体剖面明显提高，难以满足现代通信系统对于天线低剖面、小型化、集成化的需求。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种体积小巧、价格低廉的波束可重构天线，可以大幅提高现代无线通信、雷达、导航系统的性能。

本发明的技术方案：

一种低剖面串行馈电波束可重构天线，包括数个呈阵列形式布置的结构单元，所述的结构单元自上至下包括依次层叠的金属辐射层、上层介质基板、金属地板层、介质基板粘合层、下层介质基板和金属馈电层；

以上层介质板的长度方向为y轴方向，宽度方向为x方向，高度方向为z轴方向。

进一步限定，该天线由结构单元沿x轴方向平铺串联构成，结构单元的数量为3个以上。

进一步限定，结构单元的长度和宽度分别为Py和Px，Py的取值范围为0.3λ₀-0.7λ₀，Px的取值范围为0.1λ₀-0.35λ₀，其中λ₀为中心工作频率自由空间波长。

进一步限定，金属辐射层由设置在上层介质基板上表面的金属贴片、调控元件和馈电点组成，一对金属贴片沿y轴上下对称设置在上层介质基板的上表面，两个金属贴片的远距离边缘通过接地金属过孔与金属地板连接；馈电点位于两金属贴片近距离边缘之间，金属地板存在镂空结构，馈电点通过馈电金属过孔与金属馈电层连接，且馈电金属过孔穿过金属地板上的镂空结构，并且馈电点分别通过调控元件与两个金属贴片连接。

更进一步限定，金属贴片为矩形、梯形、圆形或椭圆形。

更进一步限定，调控元件为PIN二极管、变容二极管，场效应管，RF-MEMS或液晶开关。

进一步限定，金属馈电层由设置在下层介质基板下表面的微带传输线、枝节馈电线、直流馈线、电容和电感组成，枝节馈电线的一端通过电容与微带传输线连接，另一端通过馈电金属过孔与金属辐射层的馈电点连接，并且枝节馈电线还通过电感与直流馈线连接。

更进一步限定，电容为集总元器件或呈现电容效应的微波结构。