CN109119755A - 基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，涉及阵列天线技术领域。所述阵列天线包括：馈源和阵列天线组件，所述馈源用于为所述阵列天线组件提供空间照射源并接收所述阵列天线组件的散射电磁波；所述阵列天线组件包括多个辐射单元，每个所述数字辐射单元包括：辐射模块；直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。所述阵列天线具有馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、重量轻、易共形、成本低等。
Description
技术领域
本发明涉及阵列天线技术领域，尤其涉及一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线。
背景技术
具有高增益波束扫描特性的波束可重构阵列天线在近场安检成像领域具有广泛的应用。现有的高增益波束扫描天线主要有机械旋转抛物面天线和电控相控阵天线两大类。其中，旋转抛物面天线具有结构简单、成本低、效率高等优点，但其外形为特殊的曲面、体积庞大、重量沉且波束扫描速度慢、伺服系统要求高。电扫相控阵天线可以较好地克服上述不足，其不仅扫描速度快、性能更加灵活，平面或共形结构也更有利于与载体保持共形，但其馈电网络设计复杂，尤其当天线口径增大时，馈电损耗较高，天线的辐射效率较低，可实现的增益受限。虽然在单元中引入固态收发组件可以减小馈电损耗，但系统的成本、重量将大幅提高，这些都限制了其大规模应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种馈电损耗小、波束扫描速度快、成本低的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源和阵列天线组件，所述馈源用于为所述阵列天线组件提供空间照射源并接收所述阵列天线组件的散射电磁波；
所述阵列天线组件包括多个数字辐射单元，每个所述数字辐射单元包括：
辐射模块；
直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；
数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。
进一步的技术方案在于：所述馈源置于所述阵列天线组件后方，且所述阵列天线组件处于所述馈源的远场照射区时，所述阵列天线组件处于远场透射式工作状态，所述数字辐射单元自上而下包括第一金属贴片层、第一介质板、第二金属贴片层、第二介质板和直流偏置电路层，其中，
所述第一金属贴片层设置有所述辐射模块和所述数字控制器件；
所述直流偏置电路层设置有扇形金属线和与控制信号线连接的金属线，所述与控制信号线连接的金属线与所述扇形金属线连接；
所述第一金属贴片层通过第一导电连接件与控制信号线的地相接，所述扇形金属线和所述第一金属贴片层之间设置有第二导电连接件，所述第二导电连接件与所述第二金属贴片层规避隔开，所述第二导电连接件分别与所述辐射模块和所述扇形金属线连接。
进一步的技术方案在于：所述扇形金属线的圆心与所述第二导电连接件的圆心重合，所述扇形金属线的张角为70度。
进一步的技术方案在于：所述数字控制器件为PIN二极管、变容二极管或MEMS开关。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述阵列天线利用数字控制器件调节电磁表面每个数字辐射单元的反射相位或者透射相位，并采用喇叭馈源从空间照射整个表面，通过数字控制的方式调节表面每个单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束、捷变波束或者多波束，具有馈电损耗小、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、剖面低、重量轻、易共形、成本低的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述阵列天线的结构示意图；
图2是本发明实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的原理框图；
图3是本发明实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的结构示意图；
图4是本发明实施例所述阵列天线组件中数字辐射单元的剖视结构示意图；
图5是本发明实施例所述直流偏置电路层以及第二介质板的结构示意图；
其中：1、馈源2、阵列天线组件3、数字辐射单元31、第一金属贴片层311、辐射模块312、数字控制器件32、第一介质板33、第二金属贴片层34、第二介质板35、直流偏置电路层351、扇形金属线352、与控制信号线连接的金属线36、第一导电连接件37、第二导电连接件。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源1和阵列天线组件2，所述馈源1用于为所述阵列天线组件2提供空间照射源并接收所述阵列天线组件2的散射电磁波；
所述阵列天线组件2包括多个数字辐射单元3，如图2所示，每个所述数字辐射单元3包括：
辐射模块；
直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；
数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。
如图1所示，所述馈源1置于所述阵列天线组件2后方，且所述阵列天线组件2处于所述馈源1的远场照射区时，所述阵列天线组件2处于远场透射式工作状态。如图3-图5所示，所述数字辐射单元3自上而下包括第一金属贴片层31、第一介质板32、第二金属贴片层33、第二介质板34和直流偏置电路层35，其中，
所述第一金属贴片层31设置有所述辐射模块311和所述数字控制器件312；
所述直流偏置电路层35设置有扇形金属线351和与控制信号线连接的金属线352，所述与控制信号线连接的金属线352与所述扇形金属线351连接；
所述第一金属贴片层通过第一导电连接件36与控制信号线的地相接，所述扇形金属线351和所述第一金属贴片层31之间设置有第二导电连接件37，所述第二导电连接件37与所述第二金属贴片层33规避隔开，所述第二导电连接件37分别与所述辐射模块311和所述扇形金属线351连接。
进一步的，所述扇形金属线351的圆心与所述第二导电连接件37的圆心重合，所述扇形金属线351的张角为70度。
优选的，所述数字控制器件312为PIN二极管、变容二极管或MEMS开关。
进一步的，馈源1和阵列天线组件2处于近场透射式工作状态时，馈源1与阵列天线组件2的距离大概三个波长，此时由馈源1和阵列天线组件组成的阵天线具有低剖面特征。
在本发明的一个实施例中，PIN二极管为MACOM公司生产的MEST2GFC-010-25，其工作状态包括：导通、截止。
在本发明的一个实施例中，第一介质板32为Taconic RF-35，相对介电常数为3.5，但不局限于该电磁参数的板材。
在本发明的一个实施例中，第二介质板34为FR-4，相对介电常数为4.4，但不局限于该电磁参数的板材。
本发明实施例中的单元，辐射贴片的边长决定了工作频率，通过调整第一边长，可使该单元工作在需要的频率。
所述阵列天线利用集成的数字控制器件直接调节每个数字辐射单元的辐射相位，并采用馈源从空间照射整个表面，通过数字控制的方式调节天线阵列组件所有数字辐射单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束和捷变波束。这种高增益波束扫描天线设计方法，结合了常见抛物面天线和相控阵天线的优点，同时克服了两者的不足，具有非常突出的性能、成本及推广使用优势。具体表现为：馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、重量轻、易共形、成本低等。
Claims (4)
1.一种基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于，包括：馈源（1）和阵列天线组件（2），所述馈源（1）用于为所述阵列天线组件（2）提供空间照射源并接收所述阵列天线组件（2）的散射电磁波；
所述阵列天线组件（2）包括多个数字辐射单元（3），每个所述数字辐射单元（3）包括：
辐射模块；
直流偏置电路，与所述辐射模块连接，用于为所述辐射模块提供偏置电流；
数字控制器件，集成在微带贴片单元上，用于在不同直流偏置情况下调节辐射模块的相位。
2.如权利要求1所述的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于：
所述馈源（1）置于所述阵列天线组件（2）后方，且所述阵列天线组件（2）处于所述馈源（1）的远场照射区时，所述阵列天线组件（2）处于远场透射式工作状态，所述数字辐射单元（3）自上而下包括第一金属贴片层（31）、第一介质板（32）、第二金属贴片层（33）、第二介质板（34）和直流偏置电路层（35），其中，
所述第一金属贴片层（31）设置有所述辐射模块（311）和所述数字控制器件（312）；
所述直流偏置电路层（35）设置有扇形金属线（351）和与控制信号线连接的金属线（352），所述与控制信号线连接的金属线（352）与所述扇形金属线（351）连接；
所述第一金属贴片层通过第一导电连接件（36）与控制信号线的地相接，所述扇形金属线（351）和所述第一金属贴片层（31）之间设置有第二导电连接件（37），所述第二导电连接件（37）与所述第二金属贴片层（33）规避隔开，所述第二导电连接件（37）分别与所述辐射模块（311）和所述扇形金属线（351）连接。
3.如权利要求2所述的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于：所述扇形金属线（351）的圆心与所述第二导电连接件（37）的圆心重合，所述扇形金属线（351）的张角为70度。
4.如权利要求1所述的基于透射式相控电磁表面的可重构阵列天线，其特征在于：所述数字控制器件（312）为PIN二极管、变容二极管或MEMS开关。
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