CN109037951A - 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器 - Google Patents

微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器 Download PDF

Info

Publication number
CN109037951A
CN109037951A CN201810765367.0A CN201810765367A CN109037951A CN 109037951 A CN109037951 A CN 109037951A CN 201810765367 A CN201810765367 A CN 201810765367A CN 109037951 A CN109037951 A CN 109037951A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic wave
phase
phase converter
spatial electromagnetic
phase modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810765367.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨帆
潘笑天
许慎恒
李懋坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201810765367.0A priority Critical patent/CN109037951A/zh
Publication of CN109037951A publication Critical patent/CN109037951A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明属于电磁波相位调制技术领域，尤其涉及一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件来实现实现对空间调相单元的实时电控。印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔。器件或材料包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。

Description

微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器
技术领域
本发明属于电磁波相位调制技术领域，尤其涉及一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器。
背景技术
卫星通信、空间探测、雷达、近场安全监测等很多领域都需要电磁波波束的扫描功能。目前采用的扫描制式有机械式和相控阵式。机械式扫描利用伺服带动三轴转台实现波束控制，但这种方法扫描周期长。传统的相控阵式波束扫描天线采用的是电路移相器的实现方法，这种方式需要在每一个固态移相器的通路加上一套信号处理前端，这使得这种相控阵式的波束扫描需要的成本往往很大。对于民用产品而言，这种代价往往高昂到难以承担，不利于新技术的推广和广泛应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。
所述空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件或材料来实现对空间调相单元的实时电控。
所述印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔。
所述器件或材料包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。
所述空间电磁波调相器根据被利用的能量来自穿过空间电磁波调相器和被空间电磁波调相器反射而分为透射式和反射式两类。
所述空间电磁波调相器相邻的空间调相单元之间相位差为360°/2^N，N为相位量化状态数。
所述单元相位控制电路包括：控制芯片驱动电路以及与各空间调相单元的连接线。
所述空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。
本发明的有益效果：
(1)重量轻便。相比于传统的固态调相器采用铁氧体等形式，空间调相器不需要复杂的调相电路，简化了多路信号处理前端。
(2)低剖面，对于透射阵形式的阵列而言，由于馈源位于单元阵列的后侧，天线的剖面很低。低剖面的形式特别适合紧凑的结构设计。
(3)制作成本低廉。采用常见的介质基板以及标准的印刷电路板工艺，就可以实现空间调相器的制作。
(4)应用范围广泛。应用不同工艺，可以制作符合覆盖微波毫米波和太赫兹频段的空间调相器，通过电调的方式，不仅可以电磁波束的远场扫描的功能，还能实现电磁波束的近场扫描和远场扫描的功能切换。
附图说明
图1为所实施的透射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。
图2为所实施的反射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。
图3为所实施的空间调相器单元的典型形式的工作原理。
图4为所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。
图5为所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。
图6为所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。
图7为所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。
图8为所描述的一种典型的空间调相器单元相位分布控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明提出了一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。
所述空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件来实现对空间调相单元的实时电控。
所述印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔等。。
所述器件或材料包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。
所述空间电磁波调相器根据被利用的能量来自穿过空间电磁波调相器和被空间电磁波调相器反射而分为透射式和反射式两类。
所述空间电磁波调相器相邻的空间调相单元之间相位差为360°/2^N，N为相位量化状态数。
所述单元相位控制电路包括：控制芯片驱动电路以及与各空间调相单元的连接线。
所述空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。
如图1所示，本发明为所实施的透射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。
如图2所示，本发明为所实施的反射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。
如图3所示，本发明为所实施的空间调相器单元的典型形式的工作原理。
如图4所示，本发明所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。
如图5所示，本发明所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。
如图6所示，本发明所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。
如图7所示，本发明所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。
如图8所示，本发明所描述的一种典型的空间调相器单元相位分布控制模块。
采用这种方法可以廉价方便地实现电磁波波束在某一个方向上的汇聚，以及在不同方向上的扫描。同时这种方案的设计可以实现电磁波的近场扫描，远场扫描等功能的任意切换。这种方案摒弃了复杂笨重的机械扫描平台。同时，这种方案可以有效避免复杂的功分网络设，降低了能量损耗，降低了生产的难度，降低了设计成本，因此可以成为昂贵的相控阵方式的有力替代者。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，其特征在于，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。
2.根据权利要求1所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件来实现对空间调相单元的实时电控。
3.根据权利要求1或2所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片。
4.根据权利要求1或2所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述器件或材料包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。
5.根据权利要求3所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述器件包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。
6.根据权利要求1或2或5所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述空间电磁波调相器根据被利用的能量来自穿过空间电磁波调相器和被空间电磁波调相器反射而分为透射式和反射式两类。
7.根据权利要求6所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述空间电磁波调相器相邻的空间调相单元之间相位差为360°/2^N，N为相位量化状态数。
8.根据权利要求6所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述单元相位控制电路包括：控制芯片驱动电路以及与各空间调相单元的连接线。
9.根据权利要求6所述空间电磁波调相器，其特征在于，所述空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。
CN201810765367.0A 2018-07-12 2018-07-12 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器 Pending CN109037951A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810765367.0A CN109037951A (zh) 2018-07-12 2018-07-12 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810765367.0A CN109037951A (zh) 2018-07-12 2018-07-12 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109037951A true CN109037951A (zh) 2018-12-18

Family

ID=64642010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810765367.0A Pending CN109037951A (zh) 2018-07-12 2018-07-12 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109037951A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110120585A (zh) * 2019-05-21 2019-08-13 哈尔滨工业大学 圆极化液晶电控扫描反射阵天线
CN111273467A (zh) * 2020-02-10 2020-06-12 清华大学 基于液晶和线栅形超构表面的太赫兹波前相位控制装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106486784A (zh) * 2016-11-30 2017-03-08 江苏赛博防务技术有限公司 反射式天线阵列及波束扫描方法
CN106848588A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 清华大学 一种基于数字相控电磁表面的新型相控阵天线
CN206401526U (zh) * 2016-10-24 2017-08-11 东南大学 一种微波段可编程1‑比特各向异性超表面
EP3460913A1 (en) * 2016-05-19 2019-03-27 Shenzhen Super Data Link Technology Ltd. Method for adjusting electromagnetic wave, and metamaterial

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3460913A1 (en) * 2016-05-19 2019-03-27 Shenzhen Super Data Link Technology Ltd. Method for adjusting electromagnetic wave, and metamaterial
CN206401526U (zh) * 2016-10-24 2017-08-11 东南大学 一种微波段可编程1‑比特各向异性超表面
CN106486784A (zh) * 2016-11-30 2017-03-08 江苏赛博防务技术有限公司 反射式天线阵列及波束扫描方法
CN106848588A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 清华大学 一种基于数字相控电磁表面的新型相控阵天线

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110120585A (zh) * 2019-05-21 2019-08-13 哈尔滨工业大学 圆极化液晶电控扫描反射阵天线
CN111273467A (zh) * 2020-02-10 2020-06-12 清华大学 基于液晶和线栅形超构表面的太赫兹波前相位控制装置
CN111273467B (zh) * 2020-02-10 2021-07-16 清华大学 基于液晶和线栅形超构表面的太赫兹波前相位控制装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. An overview of terahertz antennas
Xu et al. A review of broadband low-cost and high-gain low-terahertz antennas for wireless communications applications
Sievenpiper et al. A tunable impedance surface performing as a reconfigurable beam steering reflector
Clemente et al. Wideband 400-element electronically reconfigurable transmitarray in X band
US11688941B2 (en) Antenna device for beam steering and focusing
CN110034410B (zh) 一种多功能的非线性超表面
CN102593589A (zh) 一种单脉冲宽角电扫描反射阵天线
CN210640371U (zh) 一种相位梯度超表面天线
CN108767485B (zh) 一种平面微带透射阵天线
Xue et al. Multitarget wireless power transfer system using metasurface for quasi-Bessel beams with large half power beam length
CN109037951A (zh) 微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器
CN113036415B (zh) 一种圆极化波束电扫描反射阵天线
Funk et al. Free-space power combining and beam steering of ultra-wideband radiation using an array of laser-triggered antennas
Yin et al. Reconfigurable Transmission‐Reflection‐Integrated Coding Metasurface for Full‐Space Electromagnetic Wavefront Manipulation
CN115036684B (zh) 一种基于液晶的Ka波段二维波束扫描反射阵天线
Luukanen et al. Rapid beamsteering reflectarrays for mm-wave and submm-wave imaging radars
CN214797742U (zh) 基于基片集成波导可调控阵列天线和终端
Yang et al. Reconfigurable reflectarrays and transmitarrays: From antenna designs to system applications
CN109449600A (zh) 电控切换多极化喇叭天线
CN212968072U (zh) 一种波束扫描动态可控的超构表面
Li et al. Design of 1-bit reconfigurable reflectarray based on miniaturized reconfigurable unit
CN114865330A (zh) 一种太赫兹超透镜天线
CN114421159A (zh) 太赫兹数字化光控编码反射阵
CN209313012U (zh) 电控切换多极化喇叭天线
CN113126171B (zh) 可重构反射型透镜天线、探测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181218