CN111403910B - 一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线 - Google Patents

一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，包括：第一介质基板、第二介质基板、n个金属贴片单元；所述第一介质基板和所述第二介质基板上下对应设置且留有设定距离的缝隙；n个所述金属贴片单元位于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的表面，形成电磁波谐振结构；所述第二介质基板上设有金属层，用于接地；所述缝隙内设有液晶。本发明通过在金属贴片单元和金属层中间形成偏置电场，液晶的分子在偏置电场作用下发生偏转，从而改变其介电常数，使反射波的相位产生变化；通过施加不同的偏置电压，在二维方向上产生不同的反射相位，从而实现波束的二维电控扫描。

Description

一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线
技术领域
本发明涉及天线领域，特别是涉及一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线。
背景技术
传统的反射式阵列天线是通过改变阵列单元结构的尺寸参数实现所需不同的相位补偿，一旦结构设计完成，天线的波束方向就已固定，无法实现波束的动态调控。而现有的基于液晶的太赫兹电控扫描天线，由于加工工艺的限制，大多只能实现波束的一维扫描。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低的二维扫描阵列天线。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，包括：第一介质基板、第二介质基板和n个金属贴片单元；
所述第一介质基板和所述第二介质基板上下对应设置且留有设定距离的缝隙；
n个所述金属贴片单元位于所述第一介质基板的下表面，形成电磁波谐振结构；
所述第二介质基板上设有金属层，用于接地；
所述缝隙内设有液晶。
优选地，所述金属贴片单元包括9个金属贴片；
每3个所述金属贴片通过馈电线首尾串联，3×3的所述金属贴片通过外围闭合矩形框馈电线相互连接，形成所述金属贴片单元。
优选地，所述液晶为向列型液晶。
优选地，所述金属贴片为双偶极子贴片。
优选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板的材质均为石英。
优选地，所述金属贴片和所述金属层的材质均为铜。
优选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度相同。
优选地，所述金属贴片、所述金属层、所述馈电线和所述外围闭合矩形框馈电线的厚度相同。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明涉及一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，包括：第一介质基板、第二介质基板、n个金属贴片单元；所述第一介质基板和所述第二介质基板上下对应设置且留有设定距离的缝隙；n个所述金属贴片单元位于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的表面，形成电磁波谐振结构；所述第二介质基板上设有金属层，用于接地；所述缝隙内设有液晶。本发明通过在金属贴片单元和金属层中间形成偏置电场，液晶的分子在偏置电场作用下发生偏转，从而改变其介电常数，使反射波的相位产生变化；通过施加不同的偏置电压，在二维方向上产生不同的反射相位，从而实现波束的二维电控扫描。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明金属贴片单元的侧视图。
图2为本发明金属贴片单元的俯视图。
图3为本发明太赫兹反射式二维扫描阵列天线的结构示意图。
图4为本发明不同频率下，是否引入外围闭合矩形框馈电线的相移特性曲线图。
符号说明：1-第一介质基板，2-第二介质基板，3-液晶，4-金属层，5-金属贴片，6-外围闭合矩形框馈电线。
具体实施方式
下面将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。
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、能实现二维扫描的太赫兹反射式二维扫描阵列天线。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1-3所示，本发明提供了一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，包括：第一介质基板1、第二介质基板2和n个金属贴片单元。
所述第一介质基板1和所述第二介质基板2上下对应设置且留有设定距离的缝隙。
n个所述金属贴片单元位于所述第一介质基板1的下表面，形成电磁波谐振结构。
所述第二介质基板2上设有金属层4，用于接地。
所述缝隙内设有液晶3。
作为一种可选的实施方式，本发明所述n为9。
本发明所述金属贴片单元包括9个金属贴片5。
每3个所述金属贴片5通过馈电线首尾串联，3×3的所述金属贴片5通过外围闭合矩形框馈电线6相互连接，形成所述金属贴片单元。各所示金属贴片单元通过馈电线连接至所述围闭合矩形框馈电线供电，供电馈电线位于各所述金属贴片单元间隔出，且间距相同。
作为一种可选的实施方式，本发明所述液晶3为向列型液晶3。
作为一种可选的实施方式，本发明所述金属贴片5为双偶极子贴片。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第一介质基板1和所述第二介质基板2的材质均为石英。
作为一种可选的实施方式，本发明所述金属贴片5和所述金属层4的材质均为铜。
作为一种可选的实施方式，本发明所述第一介质基板1和所述第二介质基板2的厚度相同。
作为一种可选的实施方式，本发明所述金属贴片5、所述金属层4、所述馈电线和所述外围闭合矩形框馈电线6的厚度相同。
具体地，液晶3灌入所述缝隙中，采用环氧树脂进行密封，并在液晶3的上下表面用聚酰亚胺膜定向。
如图4所示，通过软件仿真得到工作频率分别为多个频率时是否引入外围闭合矩形框馈电线的相移特性曲线图，a为不加入外围闭合矩形框馈电线，b为加入外围闭合矩形框馈电线。结果表明，引入外围闭合矩形框馈电线对移相性能的影响很小，基本可以忽略，在此种布线方案下，金属贴片的相位、介电常数响应曲线仍保持较高的准确度。
本发明通过馈电线在金属贴片单元和金属层之间形成偏置电场，液晶分子在偏置电场作用下发生偏转，从而改变其介电常数，使反射波的相位产生变化。通过馈电线施加不同的偏置电压，使金属贴片单元在二维方向上产生不同的反射相位，从而实现波束的二维电控扫描。
本发明各个金属贴片单元独立馈电，可以实现反射式阵列天线二维电控扫描；外围馈电线设计成闭合矩形框，尽可能降低其对移相性能的影响；整合若干金属贴片为一个金属贴片单元进行统一馈电，工艺难度和加工成本低，以3×3个移相单元作为一个子阵列为例，馈电线的总线数量减少为原先的九分之一。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，其特征在于，包括：第一介质基板、第二介质基板和n个金属贴片单元；
所述第一介质基板和所述第二介质基板上下对应设置且留有设定距离的缝隙；
n个所述金属贴片单元位于所述第一介质基板的下表面上，形成电磁波谐振结构；
所述第二介质基板上设有金属层，用于接地；
所述缝隙内设有液晶；
所述金属贴片单元包括9个金属贴片；
每3个所述金属贴片通过馈电线首尾串联，3×3的所述金属贴片通过外围闭合矩形框馈电线相互连接，形成所述金属贴片单元；
各所述金属贴片单元通过馈电线连接至所述外围闭合矩形框馈电线供电，所述馈电线位于各所述金属贴片单元间隔处，且间距相同；
所述第一介质基板和所述第二介质基板的材质均为石英；
所述金属贴片、所述金属层、所述馈电线和所述外围闭合矩形框馈电线的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，其特征在于，所述液晶为向列型液晶。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，其特征在于，所述金属贴片为双偶极子贴片。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，其特征在于，所述金属贴片和所述金属层的材质均为铜。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹反射式二维扫描阵列天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度相同。
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