CN108767451B - 基于sspp结构的方向图可重构的宽角扫描天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，包括：两片类梯形金属片和一段细长金属导线共同组成的共面波导结构、对称锯齿状的SSPP金属传输线、两路焊接了三个开关的金属线所构成的馈电选择结构、四边形金属调制单元、末端渐变锯齿结构、SMA接头；SMA接头位于天线介质板短边一侧的中心，用于对天线进行射频激励；共面波导结构一侧焊接SMA接头，一侧接入馈电选择结构；馈电选择结构由三个切换开关控制，用于选择从共面波导结构馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线；四边形金属设置在对称锯齿状的SSPP金属传输线上；末端渐变锯齿结构用于改善天线的带宽和端射能力。本发明解决了现有频率扫描天线难以实现大角度扫描的问题。

Description

基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体地，涉及一种基于人工表面等离激元(Spoof SurfacePlasmon Polariton，简称SSPP)结构的低剖面超宽角扫描天线。
背景技术
天线在社会生活中的重要性日益增长。扫描天线可以切换波束指向，实现对目标的跟踪。因为频率扫描天线在不同频率时有着不同的波束指向，所以在雷达、点对点通信、卫星通信中都被广泛的应用。然而大部分频率扫描天线的波束覆盖范围都有局限性，无法实现大角度的波束覆盖。如何实现宽角扫描甚至是超宽角扫描是研究人员需要解决的问题。
现有技术中提出的频率扫描天线实现了大约20°的扫描范围，该天线结构复杂同时无法实现大角度的扫描。近年来，已有现有技术利用SSPP结构作为馈线设计了频率扫描天线，但是该天线并不能实现超宽角度的波束指向。因此，目前还没有能同时实现低剖面的超宽角扫描天线。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，解决了现有频扫天线的方向图很难覆盖超宽角度的问题。
本发明是根据以下技术方案实现的：
一种基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，包括：两片类梯形金属片和一段细长金属导线共同组成的共面波导结构、对称锯齿状的SSPP金属传输线、两路焊接了三个开关的金属线所构成的馈电选择结构、四边形金属调制单元、末端渐变锯齿结构、SMA接头；所述共面波导结构、所述馈电结构、所述SSPP传输线、以及所述四边形调制单元设置在介质板上；所述SMA接头位于天线介质板短边一侧的中心，用于对天线进行射频激励；所述共面波导结构一侧焊接SMA接头，另一侧接入所述馈电选择结构；所述馈电选择结构由三个切换开关控制，用于选择从共面波导结构馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线；所述四边形金属设置在对称锯齿状的SSPP金属传输线上，调制单元调节波数；所述末端渐变锯齿结构用于改善天线的带宽和端射能力。
上述技术方案中，所述介质板采用单层板结构。
上述技术方案中，天线通过开关状态的改变来切换馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线，实现端射与侧射模式的切换。
上述技术方案中，天线工作在侧射模式时，通过四个四边形调制单元进行辐射；天线工作在侧射模式时，辐射结构为末端高度渐变的锯齿状微带线，改善阻抗匹配，提高端射性能。
上述技术方案中，微带线采用蚀刻法蚀刻在介质板上。
上述技术方案中，天线馈电通过SMA接头接一段共面波导传输微带线的形式对天线进行馈电。
上述技术方案中，四个四边形调制单元按照相同间距间隔设置，用于控制侧射状态时的辐射角度。
与现有技术相比，本发明主要具有如下的有益效果：本发明的主体为低剖面贴片天线，结构简单容易加工；本发明可以通过开关实现天线在端射和侧射间的灵活切换；本发明的天线方向图可以很好的覆盖0～90°的大角度范围。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线的俯视图；
图2为基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线的背面结构图；
图3为基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线的回波损耗图；
图4中为本发明实施例工作在侧射模式下，在频率为10.1GHz、10.6GHz、11.1GHz处分别对应的辐射方向图；
图5中为本发明实施例工作在端射模式下，在频率为9.7GHz、10.2GHz、10.7GHz处分别对应的辐射方向图。
图中：1为由三个开关控制的馈电结构放大图，S1、S2、S3为三个开关名称；2为带四边形调制单元的对称锯齿状微带线的局部放大图；3是长度为T的末端渐变的辐射结构；黑色部分为金属；图1、图2中黑色边线的长方形即为FR4介质板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1、图2，本发明所提供的一种基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，包括：两片类梯形金属片和一段细长金属导线共同组成的共面波导结构、对称锯齿状的SSPP金属传输线、两路焊接了三个开关的金属线所构成的馈电选择结构、四边形金属调制单元、末端渐变锯齿结构、SMA接头；所述共面波导结构、所述馈电结构、所述SSPP传输线、以及所述四边形调制单元设置在介质板上；所述SMA接头位于天线介质板短边一侧的中心，用于对天线进行射频激励；所述共面波导结构一侧焊接SMA接头，另一侧接入所述馈电选择结构；所述馈电选择结构由三个切换开关控制，用于选择从共面波导结构馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线；所述四边形金属设置在对称锯齿状的SSPP金属传输线上，调制单元调节波数；所述末端渐变锯齿结构用于改善天线的带宽和端射能力。
其中，天线的介质板共面波导端的短边中心一侧连接有SMA接头进行射频激励，经由共面波导进入S1、S2、S3三个开关控制的模块1。选通S1、S2，关闭S3，天线将工作在端射模式，经由带四边形调制单元的对称锯齿状的微带线，到末端长度为T的渐变辐射结构传播到自由空间，此时波束主瓣在x轴正方向；选通S3，关闭S1、S2，天线工作在侧射模式，此时电磁波主要从带四边形调制单元的对称锯齿状的微带线结构中辐射到自由空间，四边形调制单元的周期间距P可以控制辐射的角度，同时随着频率的升高，波束从xoy平面慢慢向x正方向倾斜。微带线采用蚀刻法蚀刻在介电常数为4.3的FR4介质板，厚度为0.83mm，天线整体尺寸为110mm*26.76mm*0.83mm。
本发明的介质板采用单层板结构。天线通过开关状态的改变来切换馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线，实现端射与侧射模式的切换。天线工作在侧射模式时，通过四个四边形调制单元进行辐射；天线工作在侧射模式时，辐射结构为末端高度渐变的锯齿状微带线，改善阻抗匹配，提高端射性能。
微带线采用蚀刻法蚀刻在介质板上。天线馈电通过SMA接头接一段共面波导传输微带线的形式对天线进行馈电。四个四边形调制单元按照相同间距间隔设置，用于控制侧射状态时的辐射角度。
图3所示是本实施例的回波损耗图，可见侧射模式下10.1GHz-11.3GHz内回波损耗基本小于-10dB；端射模式下9.7GHz-11.4GHz回波损耗基本小于-10dB。
图4所示是本实施例的侧射模式的方向图(theta＝90°)，可以明显的观测到波束指向随着频率的改变趋势，增益大约有8dB。
图5所示是本实施例的端射模式的方向图(theta＝90°)，可以看出，波束主瓣指向随着频率改变基本固定在phi＝0°，主瓣增益大约能达到8到10dB。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，包括：两片类梯形金属片和一段细长金属导线共同组成的共面波导结构、对称锯齿状的SSPP金属传输线、两路焊接了三个开关的金属线所构成的馈电选择结构、四边形金属调制单元、末端渐变锯齿结构、SMA接头；所述共面波导结构、所述馈电结构、所述SSPP传输线、以及所述四边形调制单元设置在介质板上；所述SMA接头位于介质板短边一侧的中心，用于对天线进行射频激励；所述共面波导结构设置在介质板的短边一侧，两片类梯形金属片关于介质板对称分布，细长金属线则蚀刻于两片类梯形金属片的中间，共面波导结构另一侧接入所述馈电选择结构；所述馈电选择结构由三个切换开关控制，用于选择从共面波导结构馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线，实现端射与侧射模式的切换，馈电选择结构的左侧与共面波导的细长金属线直接相连，馈电选择结构的右侧与对称锯齿状SSPP传输线直接相连；所述四边形金属调制单元设置在对称锯齿状的SSPP金属传输线上，通过四个四边形金属调制单元调节波数，所述四个四边形金属调制单元按照相同间距间隔设置；所述末端渐变锯齿结构用于改善天线的带宽和端射能力。
2.根据权利要求1所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述介质板采用单层板结构。
3.根据权利要求1所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，天线通过开关状态的改变来切换馈入对称锯齿状的SSPP金属传输线的电流路线，实现端射与侧射模式的切换。
4.根据权利要求3所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，天线工作在侧射模式时，通过四个四边形调制单元进行辐射；天线工作在侧射模式时，辐射结构为末端高度渐变的锯齿状微带线，改善阻抗匹配，提高端射性能。
5.根据权利要求4所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，微带线采用蚀刻法蚀刻在介质板上。
6.根据权利要求1所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，天线通过SMA接头接一段共面波导传输微带线的形式对天线进行馈电。
7.根据权利要求4所述的基于SSPP结构的方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，四个四边形调制单元按照相同间距间隔设置，用于控制侧射状态时的辐射角度。
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