CN107146950A - 一种相控阵阵列天线的光控可重构装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵阵列天线的光控可重构装置，包括微带馈线层、微波介质基板、混合覆盖层、激光阵列、激光控制器和光纤束，混合覆盖层由硅片层和金属层拼接而成。微波介质基板设置在微带馈线层的上表面，混合覆盖层设置在微波介质基板的上表面，光纤束的一端连接激光阵列的激光发射端，光纤束的另一端固定在硅片层的上表面，激光控制器控制激光阵列中各个激光器的启闭，激光阵列发出的激光信号经光纤束引导照射在硅片层表面的指定区域，从微带馈线层的馈线端口输入相控信号，通过激光控制器改变各个激光器的启闭，从而形成不同口径方向的阵列天线。相比现有的相控阵天线技术，本发明使相控阵阵列天线获得更大的空间扫描角度。

Description

一种相控阵阵列天线的光控可重构装置
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域，特别涉及了一种相控阵阵列天线的光控可重构装置。
背景技术
相控阵天线是目前通信、雷达中最重要的一种天线形式。传统天线用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束的扫描速度高、波束方向性高。但目前相控阵能达到的最大扫描角度只能达到与法向方向约60°，对于大角度的扫描角度，相控阵波束方向性、天线效率都会恶化。
采用单元天线方向图可重构可以达到拓展相控阵天线的扫描宽度的效果，但由于其阵列不可按要求重构，使得扫描宽度拓展的效果有限，控制电路、馈电网络实现起来较为复杂，难以实现。采用机械方法配合相控阵扫描技术可以实现较大的扫描角度，但其机械系统同样面临着惯性大、速度慢的问题。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种相控阵阵列天线的光控可重构装置，克服现有技术存在的缺陷，使相控阵阵列天线获得更大的空间扫描角度。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种相控阵阵列天线的光控可重构装置，包括微带馈线层、微波介质基板、混合覆盖层、激光阵列、激光控制器和光纤束，混合覆盖层由硅片层和金属层拼接而成，微波介质基板设置在微带馈线层的上表面，混合覆盖层设置在微波介质基板的上表面，光纤束的一端连接激光阵列的激光发射端，光纤束的另一端固定在硅片层的上表面，激光控制器控制激光阵列中各个激光器的启闭，激光阵列发出的激光信号经光纤束引导照射在硅片层表面的指定区域，从微带馈线层的馈线端口输入相控信号，通过激光控制器改变各个激光器的启闭，从而形成不同口径方向的阵列天线。
基于上述技术方案的优选方案，所述硅片层的浅表层在激光照射下呈激发态，硅片层的深层始终呈介质态，硅片层的深层的介电常数与微波介质基板的介电常数的数值接近。
基于上述技术方案的优选方案，所述微带馈线层上设有馈线网络，馈线网络上设有若干个馈电点，硅片层上形成的阵列天线中的每个天线单元位于某个馈电点的正上方。
基于上述技术方案的优选方案，微带馈线层的馈线端口至形成的阵列天线中每个天线单元的电长度相同。
基于上述技术方案的优选方案，光纤束的一端通过塑料支架固定在硅片层的表面。
基于上述技术方案的优选方案所述混合覆盖层中的金属层为铜层。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明将阵列天线技术和光控全可重构技术相结合，通过光控可重构技术控制天线口面的方向实现更大扫描角度的波束扫描。
激光激发的硅片区域处于激发态，载流子浓度高，呈现导体性质，而非激发的硅片区域仍是本征态，呈现介质态状态，在可重构中最大限度地减少其对天线辐射的影响。
当处于非激发状态，光控天线不会产生散射雷达波，也不会吸收电磁波，可以降低电子对抗效能的高功率微波辐射，此时天线的RCS很小，便于做到天线的电磁隐形。
可重构天线在非激发状态下为介质态，不会在其他激发状态下产生寄生贴片的效应。
馈电网络对辐射性能影响很小，利用光信号和电信号之间的高隔离度，避免控制电路等装置对辐射性能的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的微带馈线层的示意图；
图3是利用本发明激发出水平阵列天线的俯视图；
图4是利用本发明激发出左侧偏置阵列天线的俯视图；
图5是利用本发明激发出右侧偏置阵列天线的俯视图；
图6是图3-5的综合示意图；
图7是本发明的工作原理图。
标号说明：1、微带馈线层；2、微波介质基板；3、硅片层；4、金属层；5、光纤束；6、塑料固定装置；7、馈线网络；8、馈电点；9、馈线端口；10、激发出的阵列天线；11、硅片上激发出的附加地。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种相控阵阵列天线的光控可重构装置，如图1所示，包括微带馈线层1、微波介质基板2、混合覆盖层、激光阵列、激光控制器和光纤束5。混合覆盖层由硅片层3和金属层4拼接而成。微波介质基板2设置在微带馈线层1的上表面，混合覆盖层设置在微波介质基板2的上表面。光纤束5的一端连接激光阵列的激光发射端，光纤束的另一端通过塑料固定装置6固定在硅片层3的上表面。激光控制器控制激光阵列中各个激光器的启闭，激光阵列发出的激光信号经光纤束5引导照射在硅片层3表面的指定区域，从微带馈线层1的馈线端口9输入相控信号，通过激光控制器改变各个激光器的启闭，从而形成不同口径方向的阵列天线。如图2所示，微带馈线层1上设有馈线网络7，馈线网络7上设有若干个馈电点8，硅片层3上形成的阵列天线中的每个天线单元位于某个馈电点的正上方。
在本实施例中，硅片层3的浅表层在激光照射下呈激发态，激发状态的硅具有较高的电导率，可作为金属使用。硅片层3的深层始终呈本征态，本征硅主要表现为介质状态，因此它与微波介质基板2中的介质一起当作天线的基板介质使用。硅片层3的深层的介电常数与微波介质基板2的介电常数的数值接近，避免高次模、复杂的电磁场分布出现。
在本实施例中，通过优化微带馈线层1上的馈线网络，使微带馈线层1的馈线端口9至形成的阵列天线中每个天线单元的电长度相同，即相位延迟相同，以避免该阵列天线的馈线网络在阵列非水平激发时对不同单元的馈电相位存在较大相位差引起的控制部分的不必要的复杂性。
在本实施例中，混合覆盖层中的金属层4为铜层。铜层的厚度为0.018mm，硅片层3的厚度为0.28mm。，硅片层3的暗电阻很大，硅片层3的介电常数可取11.9。
本发明通过调节激光阵列中各个激光器的启闭，改变激光信号照射在硅片层上的位置，从而激发出口径方向不同的阵列天线。图3是利用本发明激发出水平阵列天线的俯视图，其扫描可覆盖角度区域位于垂直于天线阵列方向夹角±60°的区域内，如图上标注。图4是利用本发明激发出左侧偏置阵列天线的俯视图，其扫描可覆盖角度区域位于垂直于天线阵列方向夹角±60°的区域内，如图上标注。图5是利用本发明激发出右侧偏置阵列天线的俯视图，其扫描可覆盖角度区域位于垂直于天线阵列方向夹角±60°的区域内，如图上标注。图6是图3-5的综合示意图。
图7为本发明的工作原理图，激光控制器控制激光阵列发出激光信号，激光信号通过光纤照射在硅片上，激发出阵列天线；由射频信号发生器产生的需要由天线发射的信号，经过多通道相移网络后，形成等幅度不同相位延迟的多通道信号，加载在馈线端口9上，使得到达天线阵列中每个天线单元的相位延时是形成波束指向的所需要的相位分布。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：包括微带馈线层、微波介质基板、混合覆盖层、激光阵列、激光控制器和光纤束，混合覆盖层由硅片层和金属层拼接而成，微波介质基板设置在微带馈线层的上表面，混合覆盖层设置在微波介质基板的上表面，光纤束的一端连接激光阵列的激光发射端，光纤束的另一端固定在硅片层的上表面，激光控制器控制激光阵列中各个激光器的启闭，激光阵列发出的激光信号经光纤束引导照射在硅片层表面的指定区域，从微带馈线层的馈线端口输入相控信号，通过激光控制器改变各个激光器的启闭，从而形成不同口径方向的阵列天线。
2.根据权利要求1所述相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：所述硅片层的浅表层在激光照射下呈激发态，硅片层的深层始终呈介质态，硅片层的深层的介电常数与微波介质基板的介电常数的数值接近。
3.根据权利要求1所述相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：所述微带馈线层上设有馈线网络，馈线网络上设有若干个馈电点，硅片层上形成的阵列天线中的每个天线单元位于某个馈电点的正上方。
4.根据权利要求1所述相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：微带馈线层的馈线端口至形成的阵列天线中每个天线单元的电长度相同。
5.根据权利要求1所述相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：光纤束的一端通过塑料支架固定在硅片层的表面。
6.根据权利要求1所述相控阵阵列天线的光控可重构装置，其特征在于：所述混合覆盖层中的金属层为铜层。
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