CN110401029A - 辐射方向图可重构的宽角扫描天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，共面波导2、两路馈电网络传输线3、双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5均位于介质板6的同一面上，两路馈电网络传输线3连接两个SMA射频连接器1与双边对称SSPPs辐射载体4，两个SMA射频连接器1均与共面波导2连接，贴片5设置于双边对称锯齿状SSPPs辐射载体4上。本发明通过激励双边对称SSPPs传输线，并调节两路端口的相位差来实现辐射方向图可重构。具备良好的辐射方向图可重构特性，具有宽工作频带、低剖面、辐射方向图可重构等特点。

Description

辐射方向图可重构的宽角扫描天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基于人工表面等离子体激元(SpoofSurface Plasmon Polariton，简称SSPPs)传输线的辐射方向图可重构的宽角扫描天线技术。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，天线在无线通信技术领域中发挥重要作用。
专利文献CN101807742B公开了一种用于宽角扫描相控阵的双圆极化宽带天线辐射单元，包括波导壳体、左旋圆极化输入端口、右旋圆极化输入端口、圆极化膜片、填充介质、扼流槽和阻抗匹配介质层。左旋圆极化输入端口和右旋圆极化输入端口为对称结构，圆极化膜片位于波导壳体的中轴线上；左旋圆极化输入端口或者右旋端口输入的线极化信号经过圆极化膜片转化为圆极化信号后，经过扼流槽和阻抗匹配介质层进行阻抗匹配之后向外辐射左旋或右旋圆极化电磁波。
传统阵列天线的宽角度扫描技术实现的扫描角度有限并且出现增益滚降，等间距阵列可能还会出现栅瓣现象。因此传统的宽角度扫描技术限制了天线大角度扫描技术的发展和应用。
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辐射方向图可重构的宽角扫描天线。
根据本发明提供的一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，包括：两个SMA射频连接器1，还包括：共面波导2、双边对称SSPPs辐射载体4、贴片5、介质板6以及两路馈电网络传输线3；
所述共面波导2、所述两路馈电网络传输线3、所述双边对称SSPPs辐射载体4和所述贴片5均位于所述介质板6的同一面上，所述两路馈电网络传输线3连接所述两个SMA射频连接器1与所述双边对称SSPPs辐射载体4，所述两个SMA射频连接器1均与所述共面波导2连接，所述贴片5设置于所述双边对称锯齿状SSPPs辐射载体4上。
优选地，所述双边对称SSPPs辐射载体4呈双边对称锯齿状或双边对称的方波状。
优选地，所述贴片5呈菱形。
优选地，所述两个SMA射频连接器1采用侧向馈电方式对两路馈电网络传输线3进行馈电，激励所述双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5。
优选地，所述贴片5的数量为四个。
优选地，在所述两个SMA射频连接器1同时进行偶模馈电时，天线沿坐标轴X轴产生侧向锥形波束；在所述两个SMA射频连接器1进行奇模馈电时，天线沿坐标轴Y轴产生端射波束。
优选地，所述介质板6包括FR4介质板。
优选地，所述奇模馈电包括：所述两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且相位差180°。
优选地，所述偶模馈电包括：所述两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且同相。
根据本发明提供的一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，包括：两个SMA射频连接器1、共面波导2、两路馈电网络传输线3、双边对称SSPPs辐射载体4、贴片5以及介质板6；
所述共面波导2、所述两路馈电网络传输线3、所述双边对称SSPPs辐射载体4和所述贴片5均位于所述介质板6的同一面上，所述两路馈电网络传输线3连接所述两个SMA射频连接器1与所述双边对称SSPPs辐射载体4，所述两个SMA射频连接器1均与所述共面波导2连接，所述贴片5设置于所述双边对称锯齿状SSPPs辐射载体4上；
所述双边对称SSPPs辐射载体4呈双边对称锯齿状或双边对称的方波状；
所述贴片5呈菱形；
所述两个SMA射频连接器1采用侧向馈电方式对两路馈电网络传输线3进行馈电，激励所述双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5；
所述贴片5的数量为四个；
在所述两个SMA射频连接器1同时进行偶模馈电时，天线沿坐标轴X轴产生侧向锥形波束；在所述两个SMA射频连接器1进行奇模馈电时，天线沿坐标轴Y轴产生端射波束；
所述介质板6包括FR4介质板；
所述奇模馈电包括：所述两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且相位差180°；
所述偶模馈电包括：所述两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且同相。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过激励双边对称SSPPs传输线，并调节两路端口的相位差来实现辐射方向图可重构。本发明具备良好的辐射方向图可重构特性，具有宽工作频带、低剖面、辐射方向图可重构等特点。可广泛应用于5G移动通信、卫星、雷达通信系统以及一些需要辐射方向图可重构或宽角度扫描的应用环境。
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为本发明的俯视图；
图2为本发明的后视图；
图3为本发明的透视图；
图4为本发明的工作原理图；
图5为本发的S参数示意图；
图6a-6t为本发明工作在侧射模式下的辐射方向图；
图7a-7t为本发明工作在端射模式下的辐射方向图。
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。
如图1、2、3所示，本实施例提供的一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，包括：两个SMA射频连接器1、共面波导2、两路馈电网络传输线3、双边对称SSPPs辐射载体4、贴片5以及介质板6。
共面波导2、两路馈电网络传输线3、双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5均位于介质板6的同一面上，两路馈电网络传输线3连接两个SMA射频连接器1与双边对称SSPPs辐射载体4，两个SMA射频连接器1均与共面波导2连接，贴片5设置于双边对称锯齿状SSPPs辐射载体4上。
双边对称SSPPs辐射载体4呈双边对称锯齿状或双边对称的方波状，在本实施例中为双边对称的方波状，贴片5呈菱形，本发明对此不作限制。
两个SMA射频连接器1采用侧向馈电方式对两路馈电网络传输线3进行馈电，激励双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5，以此实现电磁波的辐射。当两个馈电端口同时进行偶模馈电时，天线沿坐标轴X产生侧向锥形波束；当两个馈电端口进行奇模馈电时，天线沿坐标轴Y产生端射波束。奇模馈电包括：两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且相位差180°；偶模馈电包括：两个SMA射频连接器1的激励源为等幅且同相。
在本实施例中，贴片5的数量为四个，介质板6包括FR4介质板，采用Arlon 250介质板。
如图2所示的介质板6的下表面，介质板6厚度是1.2mm，介质板6的相对介电常数是4.4，整个介质板的尺寸是228.9mm×63.54mm×1.2mm。
如图3所示，两路馈电网络传输线3的尺寸为W4×W5，双边对称SSPPs辐射载体4和贴片5的尺寸分别为L2×W2和L3×W3。共面波导2的尺寸为L1，双边对称SSPP辐射载体4的缝隙尺寸为Gap1。
如图4所示的工作原理，主要构成为三部分，分别是天线，移相器和相位控制器。通过相位控制器对两个移相器提供不同的相位值，两个移相器分别对天线的双端口完成相位调制，从而使天线在等幅同相激励时，获得偶模馈电的侧射锥形波束；当天线为等幅且相位差180°时，获得奇模馈电的端射波束。
如图5所示的S参数示意图，天线阵元端口1的10dB阻抗带宽是16％(4.37—5.14GHz)，端口2的10dB阻抗带宽是16％(4.37—5.14GHz)，端口隔离度在有效带宽内均大于15dB。
如图6a-6t所示的工作在侧射模式下的辐射方向图，通过移相器对天线双端口进行相位调制，当两个馈电端口是等幅同相时，获得偶模馈电的侧射锥形波束。
如图7a-7t所示的工作在端射模式下的辐射方向图，通过移相器对天线双端口进行相位调制，当两个馈电端口是等幅且相位差180°时，获得奇模馈电的端射波束。
通过人工表面等离子体激元(SSPPs)传输线技术，实现平面波导到SSPPs的过渡，进而激励辐射载体，以此实现电磁波辐射，获得辐射方向图可重构的特性。针对双端口馈电，当两个端口激励源为等幅同相时，获得偶模馈电的侧射锥形波束；当两个端口激励源为等幅且相位差180°时，获得奇模馈电的端射辐射波束。对比其他定向辐射天线，所述基于人工表面等离子体激元(SSPPs)传输线的辐射方向图可重构的宽角扫描天线的设计概念更丰富，不仅提高了天线辐射方向图可重构的多样性，又能够完成宽角扫描的要求。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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 (10)

1.一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，包括：两个SMA射频连接器(1)，还包括：共面波导(2)、双边对称SSPPs辐射载体(4)、贴片(5)、介质板(6)以及两路馈电网络传输线(3)；
所述共面波导(2)、所述两路馈电网络传输线(3)、所述双边对称SSPPs辐射载体(4)和所述贴片(5)均位于所述介质板(6)的同一面上，所述两路馈电网络传输线(3)连接所述两个SMA射频连接器(1)与所述双边对称SSPPs辐射载体(4)，所述两个SMA射频连接器(1)均与所述共面波导(2)连接，所述贴片(5)设置于所述双边对称锯齿状SSPPs辐射载体(4)上。
2.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述双边对称SSPPs辐射载体(4)呈双边对称锯齿状或双边对称的方波状。
3.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述贴片(5)呈菱形。
4.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述两个SMA射频连接器(1)采用侧向馈电方式对两路馈电网络传输线(3)进行馈电，激励所述双边对称SSPPs辐射载体(4)和贴片(5)。
5.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述贴片(5)的数量为四个。
6.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，在所述两个SMA射频连接器(1)同时进行偶模馈电时，天线沿坐标轴X轴产生侧向锥形波束；在所述两个SMA射频连接器(1)进行奇模馈电时，天线沿坐标轴Y轴产生端射波束。
7.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述介质板(6)包括FR4介质板。
8.根据权利要求6所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述奇模馈电包括：所述两个SMA射频连接器(1)的激励源为等幅且相位差180°。
9.根据权利要求1所述的辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，所述偶模馈电包括：所述两个SMA射频连接器(1)的激励源为等幅且同相。
10.一种辐射方向图可重构的宽角扫描天线，其特征在于，包括：两个SMA射频连接器(1)、共面波导(2)、两路馈电网络传输线(3)、双边对称SSPPs辐射载体(4)、贴片(5)以及介质板(6)；
所述共面波导(2)、所述两路馈电网络传输线(3)、所述双边对称SSPPs辐射载体(4)和所述贴片(5)均位于所述介质板(6)的同一面上，所述两路馈电网络传输线(3)连接所述两个SMA射频连接器(1)与所述双边对称SSPPs辐射载体(4)，所述两个SMA射频连接器(1)均与所述共面波导(2)连接，所述贴片(5)设置于所述双边对称锯齿状SSPPs辐射载体(4)上；
所述双边对称SSPPs辐射载体(4)呈双边对称锯齿状或双边对称的方波状；
所述贴片(5)呈菱形；
所述两个SMA射频连接器(1)采用侧向馈电方式对两路馈电网络传输线(3)进行馈电，激励所述双边对称SSPPs辐射载体(4)和贴片(5)；
所述贴片(5)的数量为四个；
在所述两个SMA射频连接器(1)同时进行偶模馈电时，天线沿坐标轴X轴产生侧向锥形波束；在所述两个SMA射频连接器(1)进行奇模馈电时，天线沿坐标轴Y轴产生端射波束；
所述介质板(6)包括FR4介质板；
所述奇模馈电包括：所述两个SMA射频连接器(1)的激励源为等幅且相位差180°；
所述偶模馈电包括：所述两个SMA射频连接器(1)的激励源为等幅且同相。
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