CN115966895A - 一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线 - Google Patents

Abstract

本申请属于天线技术领域，涉及一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线。一比特宽带可编程超表面单元包括：辐射层以及直流偏置电路；所述辐射层包括：第一辐射贴片、第二辐射贴片以及二极管；所述二极管的两端分别连接所述第一辐射贴片以及所述第二辐射贴片；所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片之间具有“几”字形的空气带隙；所述直流偏置电路与所述第一辐射贴片相连，以控制所述二极管的通断；所述第一辐射贴片为“T”字形结构，所述第二辐射贴片为“U”字形结构；所述第一辐射贴片的一端伸入所述第二辐射贴片围成的空隙中，以使所述辐射层构成矩形结构。本申请能够实现宽带可编程超表面单元。

Description

一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线。

背景技术

天线是通信系统用来发射和接收信号的重要组成部分，天线的性能通常决定通信系统的功能。多波束天线具有辐射多波束、波束重构的功能，能够根据需求辐射单个波束或者多个波束覆盖所需的通信区域，通过空间隔离实现频率复用，提高通信容量与频谱资源的利用率。因此，多波束天线广泛的应用在雷达、卫星通信、5G通信、物联网等通信领域。

目前相关技术较为成熟的是多波束相控阵天线与多波束反射阵列天线。多波束相控阵天线通过满足不同位置阵列单元的幅相需求，实现生成多波束的目的，波束控制灵活度高，能够任意的控制辐射的波束数目以及波束方向，但是馈电网络复杂，而且移相器价格昂贵，难以进行大规模应用。多波束反射阵列天线通常由多个馈源与反射阵列组成，对不同位置的馈源馈电能够得到不同辐射方向的波束，结构简单、价格较低、增益高、低副瓣，但是反射阵列功能固定，波束捷变特性较差，生成的波束数量越多，使用的馈源就越多，并且馈源会对生成的波束产生遮挡。

基于超表面技术的可编程多波束阵列天线具有多波束相控阵天线与多波束反射阵列天线的共同优点，即结构简单，成本低廉，能够灵活调控波束。可编程多波束阵列天线虽然具有优异的性能，但是最大的缺点是工作带宽较窄，这极大的限制了可编程多波束阵列天线的应用领域。因此，有必要研究具有宽频带的可编程多波束阵列天线。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线，能够实现宽带可编程超表面单元，且能够灵活调控波束。

一比特宽带可编程超表面单元，包括：辐射层以及直流偏置电路；

所述辐射层包括：第一辐射贴片、第二辐射贴片以及二极管；所述二极管的两端分别连接所述第一辐射贴片以及所述第二辐射贴片；所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片之间具有“几”字形的空气带隙，所述空气带隙的宽度不等，且所述空气带隙的宽度沿着背向二极管的方向先翻倍增大再减小；

所述直流偏置电路与所述第一辐射贴片相连，以控制所述二极管的通断，使二极管工作在导通或截止的状态，以支持可编程。

在一个实施例中，所述第一辐射贴片为“T”字形结构，所述第二辐射贴片为“U”字形结构；

所述第一辐射贴片的一端伸入所述第二辐射贴片围成的空隙中，以使所述辐射层构成矩形结构。

在一个实施例中，所述二极管的正极与所述第一辐射贴片相连，所述二极管的负极与所述第二辐射贴片相连。

在一个实施例中，还包括：第一金属管；

所述第一金属管的两端分别连接所述第一辐射贴片和所述直流偏置电路。

在一个实施例中，所述直流偏置电路包括：连接贴片、直流线以及寄生枝节；

所述连接贴片分别连接所述第一金属管以及所述直流线的一端，所述直流线的另一端与数字控制电路相连；

所述寄生枝节与所述直流线的中部相连。

在一个实施例中，还包括：介质层；所述介质层包括：第一介质板以及第二介质板；

所述辐射层设在所述第一介质板的顶部，所述直流偏置电路设在所述第二介质板的底部。

在一个实施例中，还包括：第二金属管；

所述第一介质板与所述第二介质板之间设有地板；所述第二金属管的两端分别连接所述第二辐射贴片与所述地板。

在一个实施例中，所述介质层上设有与所述第一金属管对应的贯穿孔，所述贯穿孔上对应所述地板处的孔壁上设有环形的沉槽，以作为隔离环，用于所述第一金属管与所述地板之间的隔离。

多波束阵列天线，包括：多个一比特宽带可编程超表面单元、数字控制电路以及馈源；

多个一比特宽带可编程超表面单元呈阵列分布，且每个超表面单元的直流偏置电路均与所述数字控制电路相连；所述馈源与多个一比特宽带可编程超表面单元构成的阵列间隔设置。

在一个实施例中，所述数字控制电路以FPGA为核心，所述馈源采用标准增益喇叭天线。

上述一比特宽带可编程超表面单元和多波束阵列天线，设计的1bit（一比特）宽带可编程天线单元有“0”、“1”两种状态，两种状态下的相位差为180度，单元状态可重构，切换单元状态，能够改变单元相位，因此，单元具有相位调控功能。此外，单元还具有宽带特性，构成阵列后具有辐射多波束功能以及波束重构功能。天线能够灵活的应对各种复杂的通信环境，提升通信系统的数据容量，提高频谱资源的利用率。此外，天线还具有生产成本低、结构简单的优势。在雷达探测与侦查、卫星通信、5G通信等许多方面具有很大的应用潜力。

附图说明

图1为一个实施例中一比特宽带可编程超表面单元的立体图；

图2为一个实施例中一比特宽带可编程超表面单元的平面图，其中，(a)为辐射层的俯视图，(b)为直流偏置电路的仰视图；

图3为一个实施例中PIN二极管在不同工作状态下的等效电路模型图，其中，(a)为PIN二极管在导通状态的等效电路模型图，(b)为PIN二极管在截止状态的等效电路模型图；

图4为一个实施例中一比特宽带可编程超表面单元在“0”、“1”状态下的表面电流分布图，其中，(a)为二极管导通时的表面电流分布图，(b)为二极管截止时的表面电流分布图；

图5为一个实施例中一比特宽带可编程超表面单元在“0”、“1”状态下的反射参数图，其中，(a)为反射相位曲线图，(b)为反射幅度曲线图；

图6为一个实施例中多波束阵列天线的示意图；

图7为一个实施例中一比特宽带可编程超表面单元的尺寸图；

图8为一个实施例中天线在f=16GHz，向空间辐射方向为（+30°，0°）的单波束时，对应的阵列表面“0”、“1”单元分布图；

图9为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°，0°）的单波束的二维方向图；

图10为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°，0°）的单波束的三维方向图；

图11为一个实施例中天线在f=16GHz，向空间辐射方向为（+30°，0°）与（-30°，0°）的双波束时，对应的阵列表面“0”、“1”单元分布图；

图12为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°， 0°）与（-30°，0°）的双波束的二维方向图；

图13为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°，0°）与（-30°，0°）的双波束的三维方向图；

图14为一个实施例中为天线在f=16GHz，向空间辐射方向为（+30°，-120°）、（+30°，0°）与（+30°，+120°）的三波束时，对应的阵列表面“0”、“1”单元分布图；

图15为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°，-120°）、（+30°，0°）与（+30°，+120°）的三波束的二维方向图；

图16为一个实施例中天线在f=16GHz时，向空间辐射的方向为（+30°，-120°）、（+30°，0°）与（+30°，+120°）的三波束的三维方向图。

附图标记：

1第一辐射贴片，2第二辐射贴片，3二极管，4直流偏置电路，41连接贴片，42直流线，43寄生枝节，5第一介质板，6第二介质板，7地板，8第一金属管，9第二金属管，10隔离环；

A馈源，B入射波束，C第一反射波束，D第二反射波束，E一比特宽带可编程超表面单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提供了一种一比特宽带可编程超表面单元，如图1和图2所示，在一个实施例中，包括：辐射层以及直流偏置电路。

辐射层包括：一个第一辐射贴片1、一个第二辐射贴片2以及一个二极管3；二极管3的两端分别连接第一辐射贴片1以及第二辐射贴片2；第一辐射贴片1与第二辐射贴片2之间具有“几”字形的空气带隙，空气带隙的宽度不等，且空气带隙的宽度沿着背向二极管的方向先翻倍增大再减小，也就是说，第一辐射贴片1与第二辐射贴片2不接触，以形成双谐振结构，通过“几”字形的空气带隙不断耦合得到两个谐振点，两个谐振点位于工作频段的两端，从而拓展带宽，并提升天线的性能。

二极管3为PIN开关二极管，其等效电路如图3所示，导通（ON）时为电阻与电感串联，截止（OFF）时为电容与电感串联。

直流偏置电路4与第一辐射贴片1相连，以控制二极管3的通断，使二极管工作在导通或截止的状态，以支持可编程。

上述一比特宽带可编程超表面单元，当二极管导通时，单元表面电流从一个辐射贴片流向另一个辐射贴片；当二极管截止时，两个辐射贴片互不相连，单元表面电流分别被束缚在两个辐射贴片之中；因此，设计的1bit宽带可编程超表面单元有两种状态，并且两种状态下的相位差为180度。同时，单元状态可重构，切换单元状态，能够改变单元相位，因此，单元具有相位调控功能。此外，单元还具有宽带特性，构成阵列后具有辐射多波束功能以及波束重构功能，天线能够灵活的应对各种复杂的通信环境，提升通信系统的数据容量，提高频谱资源的利用率。单元形成的天线还具有生产成本低、结构简单的优势，在雷达探测与侦查、卫星通信、5G通信等许多方面具有很大的应用潜力。

在一个实施例中，第一辐射贴片为“T”字形结构，第二辐射贴片为“U”字形结构；第一辐射贴片的一端伸入第二辐射贴片围成的空隙中，以使辐射层在整体上构成矩形结构，且第一辐射贴片与第二辐射贴片之间的空气带隙形成“几”字形缝隙结构。

本实施例中，设计了“T”字形的第一辐射贴片以及“U”字形的第二辐射贴片，两个辐射贴片集成于一个平面上形成双谐振结构，以拓宽超表面单元的带宽；同时，利用PIN开关二极管连接两个辐射贴片，以实现1bit相位调控功能，最终获得1bit宽带可编程超表面单元，单元不仅具有宽带特性，而且具有两种工作状态，切换状态，能够改变单元相位，从而具有相位调控功能。

在一个实施例中，二极管3的正极与第一辐射贴片1相连，二极管3的负极与第二辐射贴片2相连。

本实施例中，1bit宽带可编程超表面单元上集成有一个PIN二极管，PIN二极管连接U形金属辐射贴片与T形金属辐射贴片。当PIN二极管截止时，两个辐射贴片互不相连，表面电流分布在各自的表面；当PIN二极管导通时，两个辐射贴片相连，T形金属辐射贴片的表面电流通过PIN二极管流向U形金属辐射贴片，也就是单元表面电流从第一辐射贴片流向第二辐射贴片，然后再从第二辐射贴片通过金属管流向地板，从而改变等效电流路径长度；最终，使单元具有两种状态。此外，两个辐射贴片之间的缝隙结构，使单元的表面电流分布与矩形贴片不同，能够增加谐振次数，可以有效的进一步拓宽单元的工作带宽。而且，通过控制PIN二极管的工作状态，能够重构单元的状态，因此，当单元组成16×16的阵列时，通过改变阵列表面每个单元的状态，能够实现辐射波束状态的重构，进而实现天线辐射任意数量，不同方向的波束的功能。

优选地，辐射层关于二极管的电极引线呈轴对称结构；第一辐射贴片包括：第一部分以及第二部分，第二辐射贴片包括第三部分以及两个第四部分，第一部分、第二部分、第三部分以及两个第四部分均为长方形，以第一辐射贴片中长度与辐射层长度相等的矩形为第一部分，以与第一部分垂直的矩形为第二部分，以第二辐射贴片中长度与辐射层长度相等的矩形为第三部分，以与第三部分垂直的矩形为第四部分；“几”字形空气带隙包括：两个第一线段、两个第二线段以及一个第三线段，以空气带隙对应第一部分与第四部分之间的为第一线段，以空气带隙对应第二部分与第四部分之间的为第二线段，以空气带隙对应第二部分与第三部分之间的为第三线段，二极管设在第三线段上；第二部分、第一部分、第四部分以及第三部分的宽度依次增大，第三线段、第一线段以及第二线段的宽度依次增大，即，辐射贴片（指第一辐射贴片和第二辐射贴片）中央部分的宽度小于辐射贴片其他部分的宽度，空气带隙对应二极管部分的宽度小于空气带隙其它部分的宽度，也就是说，轴对称的辐射层中，辐射贴片各部分的宽度均不相等，且空气带隙各线段的宽度均不相等（具体地，“几”字形空气带隙的宽度沿着背向二极管的方向先翻倍增大再减小，更具体地，第三线段的宽度介于第一线段与第二线段之间，且第二线段的宽度为第三线段的两倍），以使二极管导通时的电流主要分布于辐射层的中央（即第二辐射贴片围成的部分，也就是第二部分以及一部分空气带隙），二极管关断时的电流主要分布于空气带隙，即改变了电流分布的区域以及大小，拓展了电流耦合的路径长度，增加了谐振点，从而进一步拓展单元的工作带宽，当单元组阵形成阵列天线时，能够实现超宽带重构，也就是拓展宽带重构的范围。

具体地，“T”字形的第一辐射贴片以及“U”字形的第二辐射贴片中，第一部分沿y向的长度以及第三部分沿y向的长度均等于辐射层沿y向的长度，两个第四部分对称分布；第一部分的宽度即沿x向的尺寸为L1，第二部分的宽度即沿y向的尺寸为L2，第三部分的宽度即沿x向的尺寸为L3，第四部分的宽度即沿y向的尺寸为L4，且满足L2＜L1＜L4＜L3。“几”字形空气带隙中，第一线段以及第二线段分别对称分布；第一线段的宽度即沿x向的尺寸为W1，第二线段的宽度即沿y向的尺寸为W2，第三线段的宽度即沿x向的尺寸为W3，且满足W3＜W1＜W2。

需要说明，在辐射层表面建立二维坐标系，以二极管的导通方向为-x向，以二极管导通方向的垂直方向为y向，以x向为辐射层的宽度方向，以y向为辐射层的长度方向。

图4给出了单元表面电流的分布情况，箭头表示电流，箭头越深表示电流越大。如图4（a）所示，二极管导通时，表面电流由T形辐射贴片流向U形辐射贴片；如图4（b）所示，二极管截止时，表面电流分布在辐射贴片各自表面。两种不同的表面电流分布情况，说明单元具有两种工作状态，即“0”、“1”状态。

在一个实施例中，还包括：第一金属管8；第一金属管8的两端分别连接第一辐射贴片1和直流偏置电路4，以使第一辐射贴片1和直流偏置电路4形成电连接。

在一个实施例中，直流偏置电路4包括：连接贴片41、直流线42以及寄生枝节43；连接贴片41分别连接第一金属管8以及直流线42的一端，直流线42的另一端与数字控制电路相连；寄生枝节43与直流线42的中部相连。

优选地，连接贴片为圆形，与以第一金属管相配合；寄生枝节为扇形，以扼制射频信号，以避免对数字控制电路造成影响。

在一个实施例中，还包括：介质层；介质层包括：第一介质板5以及第二介质板6；辐射层设在第一介质板5的顶部，直流偏置电路4设在第二介质板6的底部。

优选地，第一介质板5的厚度为第二介质板6的厚度的四倍，以稳定带宽。

在一个实施例中，还包括：第二金属管9；第一介质板5与第二介质板6之间设有地板7；第二金属管9的两端分别连接第二辐射贴片2与地板7，以使第二辐射贴片2接地。

在一个实施例中，介质层上设有与第一金属管8对应的贯穿孔，贯穿孔上对应地板7处的孔壁上设有环形的沉槽，以作为隔离环10，用于第一金属管8与地板7之间的隔离。

需要说明：第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、地板7以及直流偏置电路4均由金属材料制成。第一介质板5、第二介质板6以及地板7之间如何固定属于现有技术，在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，第一介质板为正方形，采用F4B材料制成，介电常数为2.65，边长为10.8mm，厚度为2mm；第二介质板为正方形，采用FR4材料制成，介电常数为4.3，边长为10.8mm，厚度为0.5mm。空气带隙为“几”字形，宽度不均匀，分别为：0.5mm（即第一线段）、0.6mm（即第二线段）、0.3mm（即第三线段，也就是与二极管连接的贴片两条边之间的距离）、0.6mm（即第二线段）以及0.5mm（即第一线段）。隔离环的半径为0.3mm。

使用电磁仿真软件CST对一比特宽带可编程超表面单元进行仿真，给出一比特宽带可编程超表面单元在“0”状态与“1”状态的仿真结果图。

如图5所示的反射参数图，“ON”指PIN二极管工作在导通状态，此时单元工作在“1”状态；“OFF”指PIN二极管工作在截止状态，此时单元工作在“0”状态；“ON-OFF”指单元在“0”与“1”状态下的相位差。

由图5（a）的反射相位曲线图可知，在13.96～20.16GHz频段范围内，天线单元的反射相位差为（180±20）度，因此，单元的绝对带宽为6.2GHz，相对带宽为36.34%，单元具有宽带特性。

由图5（b）的反射幅度曲线图可知，单元在“0”、“1”状态下的反射幅度均在-1.2dB以上，单元具有良好的反射效率。

本申请还提供了一种多波束阵列天线，如图6所示，在一个实施例中，包括：多个一比特宽带可编程超表面单元E、数字控制电路以及馈源A。

多个一比特宽带可编程超表面单元E呈阵列分布。优选地，可编程反射阵列天线由n×n个1bit宽带可编程单元组成。

数字控制电路与每个超表面单元的直流偏置电路相连。优选地，数字控制电路以FPGA为核心。

馈源A与多个一比特宽带可编程超表面单元构成的阵列间隔设置。优选地，馈源采用标准增益喇叭天线。馈源A能够向空间辐射电磁波，即入射波束B，当入射波束B到达多个一比特宽带可编程超表面单元E组成的阵列表面时，多个一比特宽带可编程超表面单元E组成的阵列进行二次辐射，即生成第一反射波束C与第二反射波束D。

具体的，多波束产生与重构原理为：首先，通过把不同方向的波束对应的口径面相位进行复相加，得到多波束对应的口径面相位分布。然后，在不改变天线物理结构的情况下，通过数字控制电路控制阵列天线上二极管的工作方式，也就是改变阵列天线中不同位置的一比特宽带可编程超表面单元的状态，重构阵列天线表面“0”、“1”单元的分布，实现阵列天线表面相位分布重构，进而实现不同数量、不同方向波束的生成。

在一个具体的实施例中，由256个1bit宽带可编程单元组成，各一比特宽带可编程超表面单元的尺寸如图7所示，阵列大小为16×16，宽带多波束可编程反射阵列天线的工作带宽由单元的工作带宽确定，因此，天线的工作频段为13.96～20.16GHz，构成了宽带多波束可编程反射阵列天线。

使用电磁仿真软件CST对一比特宽带可编程超表面单元以及多波束阵列天线进行仿真，验证阵列天线的多波束特性与波束重构性能。

如图8至图16所示，给出了计算结果与仿真结果，计算结果为不同波束对应的阵列天线表面的单元状态分布图，仿真结果为天线辐射波束的二维方向图与三维方向图。

从图8、图11、图14中可以看到天线辐射不同数量的波束时阵列天线表面的单元状态分布图，从图9、图12、图15中可以看到天线辐射波束的具体指向，从图10、图13、图16中可以看到天线辐射波束的具体数量。综上，证明天线能够辐射定向多波束，并且能够实现多波束的重构，天线具有良好的波束捷变特性。

上述多波束阵列天线为反射式天线，由宽带可编程可重构反射阵列、以FPGA为核心的数字控制电路以及一个馈源喇叭天线组成。宽带可编程可重构反射阵列由n×n个1bit宽带可编程超表面单元组成，具有相位调控功能与宽带特性。天线能够辐射多波束，并且具有波束重构的能力。天线工作带宽为13.96～20.16GHz，绝对带宽为6.2GHz，相对带宽为36.34%，在该范围内的每个点都实现了宽带可重构，具有宽带天线性质，可以提升通信系统的数据容量，提高信息的传输速率和频谱资源的利用率，灵活的应对各种复杂的通信环境。此外天线还有生产制造成本低、集成度高、结构简单的优势。在雷达探测与侦查、卫星通信、5G通信等方面具有很大的应用潜力。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，包括：辐射层以及直流偏置电路；

所述辐射层包括：第一辐射贴片、第二辐射贴片以及二极管；所述二极管的两端分别连接所述第一辐射贴片以及所述第二辐射贴片；所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片之间具有“几”字形的空气带隙，所述空气带隙的宽度不等，且所述空气带隙的宽度沿着背向二极管的方向先翻倍增大再减小；

所述直流偏置电路与所述第一辐射贴片相连，以控制所述二极管的通断，使二极管工作在导通或截止的状态，以支持可编程。

2.根据权利要求1所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，所述第一辐射贴片为“T”字形结构，所述第二辐射贴片为“U”字形结构；

所述第一辐射贴片的一端伸入所述第二辐射贴片围成的空隙中，以使所述辐射层构成矩形结构。

3.根据权利要求2所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，所述二极管的正极与所述第一辐射贴片相连，所述二极管的负极与所述第二辐射贴片相连。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，还包括：第一金属管；

所述第一金属管的两端分别连接所述第一辐射贴片和所述直流偏置电路。

5.根据权利要求4所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，所述直流偏置电路包括：连接贴片、直流线以及寄生枝节；

所述连接贴片分别连接所述第一金属管以及所述直流线的一端，所述直流线的另一端与数字控制电路相连；

所述寄生枝节与所述直流线的中部相连。

6.根据权利要求5所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，还包括：介质层；所述介质层包括：第一介质板以及第二介质板；

所述辐射层设在所述第一介质板的顶部，所述直流偏置电路设在所述第二介质板的底部。

7.根据权利要求6所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，还包括：第二金属管；

所述第一介质板与所述第二介质板之间设有地板；所述第二金属管的两端分别连接所述第二辐射贴片与所述地板。

8.根据权利要求7所述的一比特宽带可编程超表面单元，其特征在于，所述介质层上设有与所述第一金属管对应的贯穿孔，所述贯穿孔上对应所述地板处的孔壁上设有环形的沉槽，以作为隔离环，用于所述第一金属管与所述地板之间的隔离。

9.多波束阵列天线，其特征在于，包括：多个权利要求1至8任一项所述的一比特宽带可编程超表面单元、数字控制电路以及馈源；

多个一比特宽带可编程超表面单元呈阵列分布，且每个超表面单元的直流偏置电路均与所述数字控制电路相连；所述馈源与多个一比特宽带可编程超表面单元构成的阵列间隔设置。

10.根据权利要求9所述的多波束阵列天线，其特征在于，所述数字控制电路以FPGA为核心，所述馈源采用标准增益喇叭天线。

Images