CN116053805A - 一种多频段可重构反射阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多频段可重构反射阵天线，包括馈源喇叭和反射阵面，反射阵面包括多个周期性等间距排列的反射阵天线单元；反射阵天线单元包括介质板、辐射结构、移相器件、控制网络；辐射结构为环形槽状结构；在辐射结构上镜像安装两个移相器件，并利用控制网络控制移相器件的通断状态，实现极化转换功能以及1‑bit相位控制。单元可以工作在多个模式上，从而实现多频段可重构。特别地，单元可以工作在一次模、二次模和三次模，对应频率大致为一倍频、二倍频和三倍频。本发明利用同一口面，可以实现多个频段波束动态扫描，在卫星通信、移动通信等众多领域有广泛的应用前景。

Description

一种多频段可重构反射阵天线
技术领域
本发明涉天线工程技术领域，特别是涉及一种多频段可重构反射阵天线。
背景技术
在无线通信中，天线是必不可少的能量发射和接收器件。高增益天线可以使得能量聚焦，提高信道容量。可以动态扫描波束的高增益天线在移动通信、卫星通信、动中通等关键领域中起到重要作用。近年来，可重构反射阵天线由于成本较低、增益高，得到了越来越多的应用。而在无线通信中，对电磁频谱有精确的频段划分，不同频段实现不同通信功能。由于高增益天线发射带宽有限，对于不同频段往往采用多个天线，这一架构成本高、占用体积。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
针对目前现有技术中存在的多频段可重构天线难以复用，多个天线并置占用体积、提升成本等问题，本发明的目的在于提供一种多频段可重构反射阵天线。
为达上述目的，本发明一方面提出一种多频段可重构反射阵天线，包括：馈源喇叭和反射阵面，其中，
所述反射阵面，包括多个反射阵天线单元；
所述反射阵天线单元，包括介质板、辐射结构、移相器件和控制网络；其中，所述辐射结构为环形槽，用于接入所述控制网络以改变槽间电压，以及在所述辐射结构上镜像设置所述移相器件，以控制所述移相器件的通断状态；
所述馈源喇叭，设置在所述反射阵面的预设方向位置。
本发明实施的多频段可重构反射阵天线还可以具有以下附加技术特征：
进一步地，所述多个反射阵天线单元，包括M*N个周期性等间距排列的反射阵天线单元；其中，M、N均为大于2的整数。
进一步地，通过控制所述移相器件的通断状态，使得所述反射阵天线单元的两个状态间切换；其中，所述两个状态，包括第一状态和第二状态。
进一步地，所述第一状态的反射阵天线单元和所述第二状态的反射阵天线单元的相位差为180°。
进一步地，所述反射阵天线单元，工作在至少三个不同模式，以对多个频点的入射电磁波有移相和波束赋型。
进一步地，所述介质板为微波材质。
进一步地，所述馈源喇叭，设置在所述反射阵面的正前方位置或者以所述反射阵面的正前方位置为起点绕所述反射阵面顺时针或者逆时针旋转0°-30°。
进一步地，还包括：扫描波束。
进一步地，所述反射阵天线单元，还包括馈电过孔、金属结构、半固化片、金属反射地和偏置线。
本发明实施例的多频段可重构反射阵天线，可支持同一口面复用多个频段，并可在各频段实现动态波束扫描；结构简单，加工便捷，成本低；该结构有多个谐振频点，均可实现高增益动态波束扫描，既适合地面通信也适合卫星通信，具有较高的市场应用潜力。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明可重构反射阵天线单元的结构俯视图；
图2为本发明可重构反射阵天线单元的侧视图；
图3为本发明可重构反射阵天线阵列的结构示意图；
图4为本发明实施例的反射阵面的结构实物图；
图5为本发明实施例的第一状态和第二状态的反射阵天线单元的反射相位差图；
图6为本发明实施例的可重构反射阵天线单元的反射幅度响应图；
图7为本发明实施例的73GHz频段增益测试图；
图8为本发明实施例的73GHz归一化测试辐射波束扫描方向图；
附图标记说明：
环形槽1、移相器件2、馈电过孔3、金属结构4、介质层5、半固化片6、金属反射地7、偏置线8、馈源喇叭9、扫描波束10、天线阵列11。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的多频段可重构反射阵天线。
图3为本发明可重构反射阵天线阵列的结构示意图，如图3所示：包括馈源喇叭9和反射阵面11，反射阵面11包括M*N个周期性等间距排列的反射阵天线单元，M、N均为大于2的整数；反射阵天线单元包括介质板、辐射结构、移相器件、控制网络；辐射结构为环形槽状结构，后接控制网络，可改变槽间的电压；在辐射结构上镜像安装两个移相器件，可控制其通断状态。
进一步地，通过改变槽间电压，可控制移相器件通断，从而实现反射阵天线单元的两个状态间切换。
进一步地，第一状态的反射阵天线单元和第二状态的反射阵天线单元的相位差为180°。即1-bit调相，同时反射极化与入射极化正交，即所述单元实现极化转换功能。通过反射阵天线单元按照聚焦的方式排列，即每个反射阵天线的波束都指向法向，叠加后即为聚焦，使得增益高、波束窄。
进一步地，可重构单元可工作在至少三个不同模式，从而可对多个频点的入射电磁波有移相和波束赋型功能。
进一步地，介质板为微波材质。
进一步地，馈源喇叭9设置在反射阵面正11前方位置或者以反射阵面正前方位置为起点绕反射阵面11顺时针或者逆时针旋转0°-30°。
具体地，如图1到图3所示，多频段可重构反射阵天线包括馈源喇叭9、扫描波束10和反射阵面11，反射阵面11包括M*N个周期性等间距排列的反射阵天线单元，M、N均为大于2的整数；馈源喇叭9设置在反射阵面11斜向30°位置，距离反射阵面11的高度为32mm。
在本实施例中，M和N均为16，即反射阵面11包括16*16个周期性等间距排列的反射阵天线单元，如图4所示。反射阵天线单元包括环形槽1，移相器件2(如PIN二极管)，介质板5，控制馈线电路(馈电过孔3、偏置线8)等。如图1所示地可重构反射阵天线单元的结构俯视图，包括环形槽1、移相器件2、馈电过孔3、金属结构4。如图2所示的可重构反射阵天线单元的侧视图，包括馈电过孔3、金属结构4、介质层5、半固化片6、金属反射地7、偏置线8。介质板5为微波材质Rogers5880，相对介电常数为2.2。金属反射板7为金属反射地。
进一步地，如图1所示，两个相反方向的移相器件2镜像安装在环形槽之间。在槽间施加正负电压可控制交替移相器件导通，由此产生单元两个状态。
具体地，反射阵天线单元的状态分为第一状态和第二状态，第一状态的反射阵天线单元镜像之后得到第二状态的反射阵天线单元。此结构的共极化反射相位差曲线如图5所示，第一状态的反射阵天线单元和第二状态的反射阵天线单元在全频段的反射相位差均为180°，即为1-bit调相。
进一步地，此结构的反射幅度如图6所示，反射幅度表明，此天线有三个工作模式，分别为一次模、二次模和三次模，可在28GHz频段、61GHz频段和85GHz频段内谐振。这三个谐振频率之比大致为1:2:3，因此大致是一倍频、二倍频和三倍频。因此此结构可以支持一倍频、二倍频和三倍频的频率复用。
进一步地，对本发明的可重构反射阵天线，如图4所示，进行波束赋型和扫描测试，图7-图8为测试结果。由于加载实际PIN管的不理想通断特性等因素，此天线实际的第三次谐振模式向下偏移至73GHz。图7为73GHz的测得的增益曲线，在73GHz最高增益为16.9dBi，验证了可以进行波束聚焦。
图8为73GHz波束扫描方向图。可以看出波束可以在-70°-70°间进行大范围扫描，验证了可重构反射阵的动态波束扫描功能。波束宽度窄，没有栅瓣，旁瓣低。
根据本发明实施例的多频段可重构反射阵天线，可支持同一口面复用多个频段，并可在各频段实现动态波束扫描；结构简单，加工便捷，成本低；该结构有多个谐振频点，均可实现高增益动态波束扫描，既适合地面通信也适合卫星通信，具有较高的市场应用潜力。
需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备执行上述实施例的一种流动水体中泥沙含量的测定方法。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种多频段可重构反射阵天线，其特征在于，包括：馈源喇叭和反射阵面，其中，
所述反射阵面，包括多个反射阵天线单元；
所述反射阵天线单元，包括介质板、辐射结构、移相器件和控制网络；其中，所述辐射结构为环形槽，用于接入所述控制网络以改变槽间电压，以及在所述辐射结构上镜像设置所述移相器件，以控制所述移相器件的通断状态；
所述馈源喇叭，设置在所述反射阵面的预设方向位置。
2.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述多个反射阵天线单元，包括M*N个周期性等间距排列的反射阵天线单元；其中，M、N均为大于2的整数。
3.根据权利要求2所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，通过控制所述移相器件的通断状态，使得所述反射阵天线单元的两个状态间切换；其中，所述两个状态，包括第一状态和第二状态。
4.根据权利要求3所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述第一状态的反射阵天线单元和所述第二状态的反射阵天线单元的相位差为180°。
5.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述反射阵天线单元，工作在至少三个不同模式，以对多个频点的入射电磁波有移相和波束赋型。
6.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述介质板为微波材质。
7.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述馈源喇叭，设置在所述反射阵面的正前方位置或者以所述反射阵面的正前方位置为起点绕所述反射阵面顺时针或者逆时针旋转0°-30°。
8.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，还包括：扫描波束。
9.根据权利要求1所述的多频段可重构反射阵天线，其特征在于，所述反射阵天线单元，还包括馈电过孔、金属结构、半固化片、金属反射地和偏置线。
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