CN111682314A - 一种双线极化电控波束扫描漏波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双线极化电控波束扫描漏波天线，本发明通过在第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板上设置变容二极管，并采用微控制器控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。本发明结合第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板辐射出的线极化波，同时使用微控制器对第一和第二周期天线辐射结构板中每个亚波长结构中的变容二极管独立调控，扩大了波束扫描范围，从而实现了双线极化的电控波束扫描天线；本发明采用调控变容二极管实现电控波束扫描，不需要切换工作频率或者利用移相器进行波束扫描，结构简单。

Description

一种双线极化电控波束扫描漏波天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种双线极化电控波束扫描漏波天线。
背景技术
第五代移动通信系统(5G)的商用，对通信系统提出了许多高性能的要求。天线作为通信设备中收发电磁波的关键部位，它的技术优化与突破，将会提升整个通信系统的性能。传统波束扫描天线一般采用切换工作频率或者移相器来实现波束扫描，但是采用上述方法实现波束扫描，会使波束扫描天线结构复杂，而且会带来较宽频带的占用，从而导致整个天线系统的波束扫描范围小，增加波束扫描天线的体积与成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种双线极化电控波束扫描漏波天线，以解决传统波束扫描天线波束扫描范围小的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双线极化电控波束扫描漏波天线，包括：第一周期天线辐射结构板、第二周期天线辐射结构板、变容二极管、电感器和微控制器；所述变容二极管包括第一变容二极管以及第二变容二极管；所述电感器包括第一电感器和第二电感器；
所述第一周期天线辐射结构板的上端面设置有多个所述第一变容二极管；所述第一周期天线辐射结构板的下端面设置有多个所述第一电感器；所述第二周期天线辐射结构板的上端面设置有多个所述第二电感器；所述第二周期天线辐射结构板的下端面设置有多个所述第二变容二极管；所述电感器用于通过交流射频信号并阻隔直流信号；
所述变容二极管和所述电感器均与所述微控制器连接；所述微控制器用于控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。
可选的，所述第一周期天线辐射结构板包括多个x极化周期天线辐射单元，多个所述x极化周期天线辐射单元依次排列；所述x极化周期天线辐射单元的上侧带有不同深度的第一凹槽；所述x极化周期天线辐射单元的上端面设置有多个所述第一变容二极管，且所述第一变容二极管设于两个所述第一凹槽之间；所述x极化周期天线辐射单元的下端面设置有多个所述第一电感器，且每个所述第一电感器的所在位置与一个所述第一变容二极管相对应。
可选的，所述第二周期天线辐射结构板包括多个y极化周期天线辐射单元，多个所述y极化周期天线辐射单元依次排列；所述y极化周期天线辐射单元的上端面设置有多个所述第二电感器；所述y极化周期天线辐射单元的下侧带有多个相同深度的第二凹槽，且所述第二变容二极管设于两个所述第二凹槽之间；所述y极化周期天线辐射单元的下端面设置有多个所述第二变容二极管，且每个所述第二电感器的所在位置与一个所述第二变容二极管相对应。
可选的，所述双线极化电控波束扫描漏波天线，还包括：第一介质基板、第二介质基板和金属地板；
所述微控制器、所述第一介质基板、所述金属地板和所述第二介质基板从下至上依次设置；所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板铺设在所述第二介质基板的上表面，且所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板相对设置；所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板均与所述金属地板平行。
可选的，所述第一周期天线辐射结构板、所述第二周期天线辐射结构板、所述第一介质基板、所述金属地板和所述第二介质基板上均设置有金属过孔；所述变容二极管和所述电感器均通过所述金属过孔与所述微控制器连接。
可选的，还包括：馈电部分；所述第一周期天线辐射结构板的两端面分别连接一个所述馈电部分；所述第二周期天线辐射结构板的两端面分别连接一个所述馈电部分。
可选的，所述第一周期天线辐射结构板的材质和所述第二周期天线辐射结构板的材质为金属材质。
可选的，所述微控制器包括：单片机和现场可编程门阵列；所述单片机与所述现场可编程门阵列连接；所述现场可编程门阵列分别与所述变容二极管和所述电感器连接。
可选的，所述微控制器为所述变容二极管提供0V、3.3V或5V的直流电压以调整所述变容二极管的电容值。
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：
本发明公开了一种双线极化电控波束扫描漏波天线，本发明通过在第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板上设置变容二极管，并采用微控制器控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。本发明结合第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板辐射出的线极化波，同时使用微控制器对第一和第二周期天线辐射结构板中每个亚波长结构中的变容二极管独立调控，扩大了波束扫描范围，从而实现了双线极化的电控波束扫描天线；本发明采用调控变容二极管实现电控波束扫描，不需要切换工作频率或者利用移相器进行波束扫描，结构简单。
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为本发明提供的双线极化电控波束扫描漏波天线的俯视图；
图2为本发明提供的x极化周期天线辐射单元的结构示意图；
图3为本发明提供的y极化周期天线辐射单元的结构示意图；
图4为本发明提供的双线极化电控波束扫描漏波天线的侧视图。
符号说明：
1第一周期天线辐射结构板、1-1第一变容二极管、1-2金属过孔、1-3x极化周期天线辐射单元、1-4第一电感器、1-5第一匹配凹槽、2第二周期天线辐射结构板、2-1第二变容二极管、2-2第二电感器、2-3y极化周期天线辐射单元、2-4第二匹配凹槽；3馈电部分、3-1馈电枝节、4第二介质基板、5金属地板、6第一介质基板、7微控制器。
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双线极化电控波束扫描漏波天线，以解决传统波束扫描天线波束扫描范围小的问题。
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。
图1为本发明提供的双线极化电控波束扫描漏波天线的俯视图。如图1所示，一种双线极化电控波束扫描漏波天线，包括：第一周期天线辐射结构板1、第二周期天线辐射结构板2、变容二极管、电感器和微控制器7；所述变容二极管包括第一变容二极管1-1以及第二变容二极管2-1；所述电感器包括第一电感器1-4和第二电感器2-2。
所述第一周期天线辐射结构板1的上端面设置有多个所述第一变容二极管1-1；所述第一周期天线辐射结构板1的下端面设置有多个所述第一电感器1-4；所述第二周期天线辐射结构板2的上端面设置有多个所述第二电感器2-2；所述第二周期天线辐射结构板2的下端面设置有多个所述第二变容二极管2-1；所述电感器用于通过交流射频信号并阻隔直流信号；
所述变容二极管和所述电感器均与所述微控制器7连接；所述微控制器7用于控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。
图2为本发明提供的x极化周期天线辐射单元的结构示意图。如图2所示，所述第一周期天线辐射结构板1包括多个x极化周期天线辐射单元1-3，x极化周期天线辐射单元1-3辐射沿x方向极化波。多个所述x极化周期天线辐射单元1-3依次排列；所述x极化周期天线辐射单元1-3的上侧带有不同深度的第一凹槽；所述x极化周期天线辐射单元1-3的上端面设置有多个所述第一变容二极管1-1，且所述第一变容二极管1-1设于两个所述第一凹槽之间；所述x极化周期天线辐射单元1-3的下端面设置有多个所述第一电感器1-4，且每个所述第一电感器1-4的所在位置与一个所述第一变容二极管1-1相对应。
图3为本发明提供的y极化周期天线辐射单元的结构示意图。如图3所示，所述第二周期天线辐射结构板2包括多个y极化周期天线辐射单元2-3，y极化周期天线辐射单元2-3辐射与x方向极化波相正交的y极化波。多个所述y极化周期天线辐射单元2-3依次排列；所述y极化周期天线辐射单元2-3的上端面设置有多个所述第二电感器2-2；所述y极化周期天线辐射单元2-3的下侧带有多个相同深度的第二凹槽，且所述第二变容二极管2-1设于两个所述第二凹槽之间；所述y极化周期天线辐射单元2-3的下端面设置有多个所述第二变容二极管2-1，且每个所述第二电感器2-2的所在位置与一个所述第二变容二极管2-1相对应。
图4为本发明提供的双线极化电控波束扫描漏波天线的侧视图。如图1、4所示，所述双线极化电控波束扫描漏波天线，还包括：馈电部分3、第一介质基板6、匹配负载、第二介质基板4和金属地板5；
所述第一周期天线辐射结构板1的两端面分别连接一个所述馈电部分3；所述第二周期天线辐射结构板2的两端面分别连接一个所述馈电部分3。在实际应用中，最左端面的x极化周期天线辐射单元1-3的左端面连接馈电部分3，最右端面的x极化周期天线辐射单元1-3的右端面连接馈电部分3。最左端面的y极化周期天线辐射单元2-3的左端面连接馈电部分3，最右端面的y极化周期天线辐射单元2-3的右端面连接馈电部分3，x极化周期天线辐射单元1-3包含刻槽结构，其特征在于凹槽深度非均匀，y极化周期天线辐射单元2-3包含刻槽结构，其特征在于凹槽深度均匀。馈电部分3包括馈电枝节3-1，所述馈电枝节3-1包括馈电枝节水平部分和馈电枝节圆柱部分，所述馈电枝节圆柱部分设置在所述第一周期天线辐射结构板1的两端面和第二周期天线辐射结构板2的两端面；所述馈电枝节的圆柱部分设置同轴线内芯，馈电部分3使用同轴线内芯进行馈电；所述匹配凹槽包括第一匹配凹槽1-5和第二匹配凹槽2-4；所述第一匹配凹槽1-5与所述x极化周期天线辐射单元1-3两端面连接，所述第二匹配凹槽2-4与所述y极化周期天线辐射单元2-3两端面连接；所述馈电部分3设置在馈电枝节3-1远离所述匹配凹槽的一端面。
所述微控制器7、所述第一介质基板6、所述金属地板5和所述第二介质基板4从下至上依次设置；所述第一周期天线辐射结构板1和所述第二周期天线辐射结构板2铺设在所述第二介质基板4的上表面，且所述第一周期天线辐射结构板1和所述第二周期天线辐射结构板2相对设置。在实际应用中，所述第一周期天线辐射结构板1和所述第二周期天线辐射结构板2敷于第二介质基板4的上表面；第二介质基板4敷于金属地板5的上表面；金属地板5敷于第第一介质基板6上表面；第一介质基板6敷于微控制器7的上表面。在图1中，第一周期天线辐射结构板1和所述第二周期天线辐射结构板2由10个左右调制周期(x和y极化周期天线辐射单元)构成，每个调制周期内包含7-8个亚波长单元，这些亚波长单元中都加载了变容二极管，每个变容二级管的偏置电压都可以独立控制，为天线设计带来极大灵活性的同时也为实现带来了更高的复杂度。其控制走线非常复杂，需要采用高度集成的微控制器7来实现可靠方便的控制。如图2所示，所述变容二极管1-1通过金属过孔1-3连接至底部微控制器7，由于需要的I/O口较多，并且对实时性要求高，微控制器7由单片机和FPGA(现场可编程门阵列)组成；所述变容二极管通过微控制器7被单独提供0/3.3V/5V直流电压。
本发明的介质基板为长方体，增高介质基板的高度可以提高电控波束扫描天线的带宽，增加x和y极化周期天线辐射单元的数目可以提高电控波束扫描天线的增益。
所述第一周期天线辐射结构板1、所述第二周期天线辐射结构板2、所述第一介质基板6、所述金属地板5和所述第二介质基板4上均设置有金属过孔1-2；所述变容二极管和所述电感器均通过所述金属过孔1-2与所述微控制器7连接。
所述第一周期天线辐射结构板1的材质和所述第二周期天线辐射结构板2的材质为金属材质。
所述微控制器7包括：单片机和现场可编程门阵列；所述单片机与所述现场可编程门阵列连接；所述现场可编程门阵列分别与所述变容二极管和所述电感器连接。
所述微控制器7为所述变容二极管提供0V、3.3V或5V的直流电压以调整所述变容二极管的电容值。采用微控制器7对每个变容二极管进行控制，其输出电压为0V、3.3V或者5V，因此每个变容二极管能够提供的电容值只有两个，通过采用不同的二极管，比如同样加5V偏置，SMV 14系列变容二极管的电容值分别为0.56pF、1.17pF、1.72pF和3.77pF。本发明提供的方案具有数字编码控制、调相范围大的优点。
本发明通过在第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板上设置变容二极管，并采用微控制器控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。本发明结合第一周期天线辐射结构板和第二周期天线辐射结构板辐射出的线极化波，同时使用微控制器对第一和第二周期天线辐射结构板中每个亚波长结构中的变容二极管独立调控，扩大了波束扫描范围。
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方法及其核心思想；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 (9)

1.一种双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，包括：第一周期天线辐射结构板、第二周期天线辐射结构板、变容二极管、电感器和微控制器；所述变容二极管包括第一变容二极管以及第二变容二极管；所述电感器包括第一电感器和第二电感器；
所述第一周期天线辐射结构板的上端面设置有多个所述第一变容二极管；所述第一周期天线辐射结构板的下端面设置有多个所述第一电感器；所述第二周期天线辐射结构板的上端面设置有多个所述第二电感器；所述第二周期天线辐射结构板的下端面设置有多个所述第二变容二极管；所述电感器用于通过交流射频信号并阻隔直流信号；
所述变容二极管和所述电感器均与所述微控制器连接；所述微控制器用于控制所述变容二极管的电容值，进而控制所述双线极化电控波束扫描漏波天线的波束扫描范围。
2.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述第一周期天线辐射结构板包括多个x极化周期天线辐射单元，多个所述x极化周期天线辐射单元依次排列；所述x极化周期天线辐射单元的上侧带有不同深度的第一凹槽；所述x极化周期天线辐射单元的上端面设置有多个所述第一变容二极管，且所述第一变容二极管设于两个所述第一凹槽之间；所述x极化周期天线辐射单元的下端面设置有多个所述第一电感器，且每个所述第一电感器的所在位置与一个所述第一变容二极管相对应。
3.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述第二周期天线辐射结构板包括多个y极化周期天线辐射单元，多个所述y极化周期天线辐射单元依次排列；所述y极化周期天线辐射单元的上端面设置有多个所述第二电感器；所述y极化周期天线辐射单元的下侧带有多个相同深度的第二凹槽，且所述第二变容二极管设于两个所述第二凹槽之间；所述y极化周期天线辐射单元的下端面设置有多个所述第二变容二极管，且每个所述第二电感器的所在位置与一个所述第二变容二极管相对应。
4.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，还包括：第一介质基板、第二介质基板和金属地板；
所述微控制器、所述第一介质基板、所述金属地板和所述第二介质基板从下至上依次设置；所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板铺设在所述第二介质基板的上表面，且所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板相对设置；所述第一周期天线辐射结构板和所述第二周期天线辐射结构板均与所述金属地板平行。
5.根据权利要求4所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述第一周期天线辐射结构板、所述第二周期天线辐射结构板、所述第一介质基板、所述金属地板和所述第二介质基板上均设置有金属过孔；所述变容二极管和所述电感器均通过所述金属过孔与所述微控制器连接。
6.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，还包括：馈电部分；所述第一周期天线辐射结构板的两端面分别连接一个所述馈电部分；所述第二周期天线辐射结构板的两端面分别连接一个所述馈电部分。
7.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述第一周期天线辐射结构板的材质和所述第二周期天线辐射结构板的材质为金属材质。
8.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述微控制器包括：单片机和现场可编程门阵列；所述单片机与所述现场可编程门阵列连接；所述现场可编程门阵列分别与所述变容二极管和所述电感器连接。
9.根据权利要求1所述的双线极化电控波束扫描漏波天线，其特征在于，所述微控制器为所述变容二极管提供0V、3.3V或5V的直流电压以调整所述变容二极管的电容值。
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