CN116231301A - 双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本申请属于天线技术领域，涉及双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线。双馈电可编程单元包括：辐射层、介质层以及控制层，辐射层以及控制层分别设在介质层的顶面和底面；辐射层包括：第一辐射贴片和第二辐射贴片，第一辐射贴片为正六边环形结构，第二辐射贴片为矩形结构；第一辐射贴片与第二辐射贴片的中心重合，第二辐射贴片的一组对边分别与第一辐射贴片内环的一组对边平行且均以二极管相连；控制层与辐射层相连，以控制其中一个二极管导通、另一个二极管截止或两个二极管均截止的状态，实现反射和辐射，并支持可编程。本申请能够实现反射辐射双馈电，且实现方式简单。

Description

双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是涉及双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线。
背景技术
近年来，随着可重构技术的不断发展，利用具有一定相位梯度的可重构天线实现波束扫描已经引起了广泛的关注。
可重构天线大致可以分为可编码和可编程两大类。可编码天线主要通过改变金属贴片结构的尺寸，增加不同长度的相位延迟线，旋转金属贴片结构的角度等改变单元物理结构的方式实现相位梯度，所以这种天线每实现一个角度的波束偏转就需要加工制作一个天线，无法根据实际需求实现功能的动态变化。可编程天线通过在单元上集成变容二极管或PIN二极管等电子可调器件，通过施加直流电压改变加载的变容二极管的电容值或PIN二极管的导通/截止状态来实现天线单元的相位梯度，从而在一个天线上根据实际需求的变化实现不同功能的实时动态可调。
可编程天线根据工作方式的不同可分为反射式可编程天线、透射式可编程天线和辐射式可编程天线。其中，反射式可编程天线和透射式可编程天线自身没有馈源，需要引入额外的外部馈源提供能量，辐射式可编程天线在自身单元上集成了馈电结构，实现了馈源和天线的一体化设计。
目前，现有技术中提出的可编程天线大多只能以其中一种方式工作，也提出了少量的反射透射一体化可编程天线。
但是，这些可编程天线的使用场景有限，无法满足多样化的需要；或者，虽然也集成了两种工作方式，但是结构复杂。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种1bit 双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线，能够实现反射辐射双馈电，且实现方式简单。
双馈电可编程单元，包括：辐射层、介质层以及控制层，所述辐射层以及所述控制层分别设在所述介质层的顶面和底面；
所述辐射层包括：第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一辐射贴片为正六边环形结构，所述第二辐射贴片为矩形结构；所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片的中心重合，所述第二辐射贴片的一组对边分别与所述第一辐射贴片内环的一组对边平行且均以二极管相连；
所述控制层包括：直流信号线，所述直流信号线包括第一部分以及第二部分；所述第一部分的长度大于所述第二部分的长度，所述第一部分的一端与所述第二部分的一端垂直相连，以构成“L”形结构；
所述第一部分的另一端与电压源相连，所述第二部分的另一端与所述辐射层相连，以控制其中一个二极管导通、另一个二极管截止或两个二极管均截止的状态，实现反射和辐射双馈电，并支持可编程。
在一个实施例中，所述控制层还包括：射频信号线；
所述射频信号线的一端与所述第二部分的另一端相连，以与所述第二辐射贴片相连，所述射频信号线的另一端与信号源相连；
在一个实施例中，所述第一部分的长度方向与所述射频信号线的长度方向垂直，所述第一部分的长度方向与所述第二辐射贴片的长度方向平行；
所述第一部分上还设有扇形的隔离结构，所述隔离结构的尖端与所述第一部分相连。
在一个实施例中，所述介质层包括：第一介质板和第二介质板；
所述辐射层设在所述第一介质板的顶面，所述控制层设在所述第二介质板的底面，所述第一介质板与所述第二介质板之间设有粘合板。
在一个实施例中，所述介质层还包括：地板；
所述地板设在所述粘合板与所述第二介质板之间，且所述地板与所述第一辐射贴片相连。
在一个实施例中，还包括：一个金属管以及两个连接管；
所述金属管的一端与所述射频信号线的一端相连，所述金属管的另一端与所述第二辐射贴片的中心相连；
所述连接管的一个对应端与所述地板相连，所述连接管的另一个对应端与所述第一辐射贴片相连。
在一个实施例中，所述介质层上设有与所述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，用于所述金属管与所述地板之间的隔离。
在一个实施例中，所述辐射层还包括：两条高阻抗线；
所述高阻抗线的一个对应端与所述第一辐射贴片外环的一组对边相连，另一个对应端与所述地板相连。
在一个实施例中，两条高阻抗线与两个连接管一一对应相连；
一条高阻抗线与对应所述连接管的长度和/或为辐射波工作波长的四分之一。
反射辐射单双波束扫描阵列天线，包括：多个阵列分布的双馈电可编程单元；
当阵列天线进行反射单双波束扫描时，还包括馈源，所述馈源与每个双馈电可编程单元的辐射层间隔设置；
当阵列天线进行辐射双波束扫描时，还包括等幅同相馈电网络，所述等幅同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连；
当阵列天线进行辐射单波束扫描时，还包括等幅不同相馈电网络，所述等幅不同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连。
上述双馈电可编程单元及反射辐射单双波束扫描阵列天线，是一种具有1bit反射辐射双馈电可编程特性的天线单元，通过切换天线单元上集成的PIN二极管的导通和截止状态，进而改变天线单元的工作状态，在9.56-10.06GHz具有1bit反射可重构特性，在9.8-10.24GHz具有1bit辐射可重构特性，相较于目前提出的单一馈电的反射式、透射式或辐射式单元，本申请同时具有1bit反射可重构以及1bit辐射可重构的特性，能够适用更加广泛的应用场景。另外，本申请的第一辐射贴片与第二辐射贴片相互作用，提升了带宽，且辐射增益也具有优势。
附图说明
图1为一个实施例中双馈电可编程单元的立体示意图；
图2为一个实施例中辐射层和控制层的平面示意图，其中，(a)为辐射层的平面示意图，(b)为控制层的平面示意图；
图3为一个实施例中PIN二极管的等效电路图，其中，(a)为导通状态，(b)为截止状态；
图4为一个实施例中双馈电可编程单元工作在状态1和状态2的反射损耗；
图5为一个实施例中双馈电可编程单元工作在状态1和状态2的反射相位；
图6为一个实施例中双馈电可编程单元工作在状态1和状态3的回波损耗；
图7为一个实施例中双馈电可编程单元工作在状态1和状态3的表面电流分布，其中，(a)为状态1，(b)为状态3；
图8为一个实施例中双馈电可编程单元工作在10GHz时状态1和状态3的三维远场方向图，其中，(a)为状态1，(b)为状态3；
图9为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线的正面示意图；
图10为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线背面示意图；
图11为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在反射状态下的结构示意图；
图12为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在反射状态下单波束偏转+45°的编码；
图13为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在反射状态下双波束偏转±30°的编码；
图14为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转+45°的三维远场方向图；
图15为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转+45°的二维远场方向图；
图16为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转±30°的三维远场方向图；
图17为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转±30°的二维远场方向图；
图18为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下进行双波束扫描的结构示意图；
图19为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下双波束偏转±20°的编码；
图20为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转±20°的三维远场方向图；
图21为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转±20°的二维远场方向图；
图22为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下进行单波束扫描的结构示意图；
图23为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下单波束偏转-15°的编码；
图24为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转-15°的三维远场方向图；
图25为一个实施例中反射辐射单双波束扫描阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转-15°的二维远场方向图。
附图标记：
第一辐射贴片11，第二辐射贴片12，二极管13，高阻抗线14；
射频信号线21，隔离结构22，直流信号线23；
第一介质板31，第二介质板32，粘合板33，地板34；
金属管41，连接管42，隔离环43。
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。
本申请提供了一种双馈电可编程单元，如图1和图2所示，在一个实施例中，包括：辐射层、介质层以及控制层。优选地，还包括：一个金属管以及两个连接管。
辐射层设在介质层的顶面，包括：第一辐射贴片11和第二辐射贴片12；第一辐射贴片11为正六边环形结构，第二辐射贴片12为矩形结构，第二辐射贴片12设在第一辐射贴片11的内部，第一辐射贴片11与第二辐射贴片12的中心重合，第二辐射贴片的一组对边分别与第一辐射贴片内环的一组对边平行且均以二极管13相连；两个二极管13与第一辐射贴片连接的极性相反。
介质层包括：从辐射层方向到控制层方向依次相叠的第一介质板31、粘合板33、地板34以及第二介质板32；辐射层设在第一介质板的顶面，控制层设在第二介质板的底面，地板与第一辐射贴片相连。
控制层设在介质层的底面，包括：直流信号线23（即直流偏置电路）以及射频信号线21（即射频电路）；直流信号线23的一端与射频信号线21的一端相连，直流信号线23的另一端与电压源相连，射频信号线21的另一端与信号源相连。直流信号线23包括第一部分以及第二部分；第一部分的长度大于第二部分的长度，第一部分的长度方向与射频信号线的长度方向垂直，第一部分的长度方向与第二辐射贴片的长度方向平行，第一部分的一端与第二部分的一端垂直相连，以构成“L”形结构，避免影响其他单元，隔离交流信号，减少信号的泄露，第一部分的另一端与电压源相连，第二部分的另一端与射频信号线的一端相连；第一部分上还设有扇形的隔离结构22，隔离结构22的尖端与第一部分相连，采用金属材质，以进一步隔离射频信号；优选地，当辐射波与反射波的波长相等时，扇形的隔离结构22的半径为辐射波或反射波工作频率的四分之一介质波长，以均衡辐射和反射性能。
金属管41的一端与射频信号线的一端相连，金属管的另一端与第二辐射贴片的中心相连。
连接管42的一个对应端与地板相连，连接管的另一个对应端与第一辐射贴片相连。
在一个实施例中，辐射层还包括：两条高阻抗线14；高阻抗线的一个对应端与第一辐射贴片外环的一组对边相连，另一个对应端与地板相连。
优选地，两条高阻抗线14与两个连接管42一一对应相连；一条高阻抗线14与对应连接管42的长度和为反射波和/或辐射波工作波长的四分之一，以阻止射频信号的泄露。需要说明，当反射波和辐射波的工作波长相同时，一条高阻抗线与对应连接管的长度和为反射波工作波长的四分之一，也是辐射波工作波长的四分之一；但当反射波和辐射波的工作波长不同时，一条高阻抗线与对应连接管的长度和为反射波或辐射波的工作波长的四分之一，至于如何选择，可以根据具体需求进行；例如，更需要表现出反射状态时，一条高阻抗线与对应连接管的长度和为反射波工作波长的四分之一。
在一个实施例中，介质层上设有与金属管对应的贯穿孔，贯穿孔上对应地板处的孔壁上设有环形的沉槽，以作为隔离环43，用于金属管与地板之间的隔离。
在本实施例中，控制层的直流信号线和射频信号线与辐射层的第二辐射贴片相连，以控制二极管的状态，使其中一个二极管导通、另一个二极管截止或两个二极管均截止，实现反射和辐射双馈电，并支持可编程。
具体地：当一个二极管截止另一个二极管导通或两个二极管均截止时，实现1bit反射可编程；当一个二极管截止另一个二极管导通或一个二极管导通另一个二极管截止时，实现1bit辐射可编程。
更具体地：当直流信号线的偏置电压为正电压时，负极与第一辐射贴片相连的二极管导通，正极与第一辐射贴片相连的二极管截止，当直流信号线的偏置电压为0时，两个二极管均截止，天线单元的反射状态可重构。当直流信号线的偏置电压为负电压时，负极与第一辐射贴片相连的二极管截止，正极与第一辐射贴片相连的二极管导通，当直流信号线的偏置电压为0时，两个二极管均截止，天线单元的反射状态可重构。当直流信号线的偏置电压为正电压时，负极与第一辐射贴片相连的二极管导通，正极与第一辐射贴片相连的二极管截止，当直流信号线的偏置电压为负电压时，负极与第一辐射贴片相连的二极管截止，正极与第一辐射贴片相连的二极管导通，天线单元的辐射状态可重构。
如图2所示，天线单元的辐射层在水平方向的左右两侧集成了两个二极管用来实现反射和辐射的1bit状态的切换。二极管为PIN二极管，其等效电路如图3所示，导通状态等效为电阻与电感的串联，截止状态等效为电容与电感的串联。左侧二极管的负极与第一辐射贴片相连，右侧二极管的正极与第一辐射贴片相连。
当直流信号线的偏置电压为正电压时，左侧二极管导通，右侧二极管截止，天线单元工作在状态1；当直流信号线的偏置电压为0时，两个二极管均截止，天线单元工作在状态2；当直流信号线的偏置电压为负电压时，左侧二极管截止，右侧二极管导通，天线单元工作在状态3。
当天线单元工作在状态1和状态2（或工作在状态2和状态3），天线单元具有反射特性，其反射性能如图4和图5所示。图4为天线单元工作在状态1和状态2的反射损耗，图5为天线单元工作在状态1和状态2的反射相位。由图4和图5可以看出，天线单元工作在9.56-10.06GHz时，状态1和状态2下的反射损耗均大于-3dB，且状态1和状态2下的反射相位差均在180°±20°之间，这意味着天线单元在反射状态下，工作在9.56-10.06GHz时，状态1和状态2具有1bit可编程特性。
当天线单元工作在状态1（第一辐射贴片上，电流由左侧二极管流向右侧二极管，形成对称的电流路径；第二辐射贴片上，电流由二极管流入射频信号线；高阻抗线上，电流由左侧二极管流向地，并由地流向右侧二极管；左侧二极管周围的电流强度大于右侧二极管的电流强度）和状态3（第一辐射贴片上，电流由右侧二极管流向左侧二极管，形成对称的电流路径；第二辐射贴片上，电流由射频信号线流入二极管；高阻抗线上，电流由右侧二极管流向地，并由地流向左侧二极管；左侧二极管周围的电流强度大于右侧二极管的电流强度），天线单元具有辐射特性，其辐射性能如图6至图8所示。图6为天线单元工作在状态1和状态3的回波损耗，图7为天线单元工作在状态1和状态3的表面电流分布，图8为天线单元工作在10GHz时状态1和状态3的三维远场方向图。由图6至图8可以看出，天线单元工作在9.8-10.24GHz时，状态1和状态3下的回波损耗均小于-10dB，且状态1和状态3下的电流流向相反，具有180°相位差，这意味着天线单元在辐射状态下，工作在9.8-10.24GHz时，状态1和状态3具有1bit可编程特性。此外，状态1和状态3下的辐射增益分别为5.57dBi和5.65dBi，且能量往天线单元的正上方辐射，具有较高的增益和良好的方向性。
需要说明：辐射层、地板层、控制层、金属管以及连接管均由金属材料制成。
还需要说明，以第二辐射贴片中与第一辐射贴片垂直的边所在方向为第二辐射贴片的长度方向，以第二辐射贴片中与第一辐射贴片平行的边所在方向为第二辐射贴片的宽度方向。
上述双馈电可编程单元，是一种具有1bit反射辐射双馈电可编程特性的天线单元，通过切换天线单元上集成的PIN二极管的导通和截止状态，进而改变天线单元的工作状态，在9.56-10.06GHz具有1bit反射可重构特性，在9.8-10.24GHz具有1bit辐射可重构特性，相较于目前提出的单一馈电的反射式、透射式或辐射式单元，本申请同时具有1bit反射可重构以及1bit辐射可重构的特性，且仅使用三种状态就实现了反射辐射双馈电，能够适用更加广泛的应用场景。另外，本申请的第一辐射贴片与第二辐射贴片相互作用，提升了反射状态下的工作带宽和辐射状态下的增益，反射状态下的工作带宽可达0.5GHz，辐射状态下的增益可达5.65dBi，相比现有技术中的一体化单元，具有较大优势。
优选地，第二辐射贴片的长度为第一辐射贴片的外环边长的0.7-0.8倍（优选为0.75倍），第二辐射贴片的长度为第一辐射贴片的内环边长的1.4-1.5倍（优选为1.45倍），第二辐射贴片的宽度为第一辐射贴片的宽度的0.6-0.65倍（优选为0.62倍），第二辐射贴片的宽度为第一辐射贴片的内环边长的0.45-0.55倍（优选为0.5倍），第二辐射贴片的宽度为射频信号线的宽度的1-1.5倍（优选为1.1倍），第一介质板的厚度为第二介质板的厚度的三倍。
在上述设置下，双馈电可编程单元的反射和辐射处于相近或几乎相同的频段内，对反射特性和辐射特性的影响均较小，反射性能和辐射性能的表现均较佳，反射带宽和辐射带宽均衡，损耗都比较低，增益都比较大。此时，一条高阻抗线与对应连接管的长度和为反射波和辐射波共有工作波长的四分之一。
本申请还提供了一种反射辐射单双波束扫描阵列天线，在一个实施例中，包括：波束扫描阵列以及控制源。
波束扫描阵列包括多个阵列分布的双馈电可编程单元。需要说明，阵列分布是对多个双馈电可编程单元的多个辐射层而言的，在进行波束扫描时，阵列分布的多个双馈电可编程单元的多个控制层可以呈轴对称分布。
控制源为馈源、等幅同相馈电网络或等幅不同相馈电网络。
当阵列天线进行反射单双波束扫描时，控制源为馈源，馈源与每个双馈电可编程单元的辐射层间隔设置。
当阵列天线进行辐射双波束扫描时，控制源为等幅同相馈电网络，等幅同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连。
当阵列天线进行辐射单波束扫描时，控制源为等幅不同相馈电网络，等幅不同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连。
等幅不同相馈电网络为各双馈电可编程单元提供的相位为：
Figure SMS_1
；
其中，
Figure SMS_3
为以等幅不同相馈电网络的输入点为原点，各双馈电可编程单元在波束扫描阵列中的坐标，/>
Figure SMS_8
为/>
Figure SMS_11
向坐标，/>
Figure SMS_5
为/>
Figure SMS_7
向坐标；/>
Figure SMS_10
为电磁波在真空中传播常数；/>
Figure SMS_13
为双馈电可编程单元中介质层的边长；/>
Figure SMS_2
为波束扫描阵列的规模大小，
Figure SMS_6
为/>
Figure SMS_9
向的长度，/>
Figure SMS_12
为/>
Figure SMS_4
向的宽度。
至于如何根据相位得到等幅不同相馈电网络与各射频信号线相连的长度为现有技术，在此不再赘述。
上述反射辐射单双波束扫描阵列天线，是一种基于电控的反射式和辐射式单双波束扫描阵列天线，同时结合了反射阵和辐射阵的优势，能够接收外部馈源的信号，也能够由自身的馈电网络提供信号，向外部辐射能量，在反射状态下和辐射状态下均能实现单波束和双波束的扫描功能，且该阵列天线的增益、波束指向以及交叉极化水平性能优异，能够满足更多通信场景和通信环境的需求。
在一个具体的实施例中，双馈电可编程单元的介质层为正方形；第一介质板以及第二介质板的材质均为RogersRO4350B，其介电常数为3.48、损耗角正切为0.0037，第一介质板的厚度为1.524mm，第二介质板的厚度为0.508mm；粘合板为半固化片，半固化片的材质为RogersRO4450F，其介电常数为3.52、损耗角正切为0.004、厚度为0.2mm。介质层的边长
Figure SMS_15
，第一辐射贴片的外环边长/>
Figure SMS_18
，第一辐射贴片的内环边长
Figure SMS_21
，第二辐射贴片的长/>
Figure SMS_16
，第一辐射贴片的宽/>
Figure SMS_17
，射频信号线的宽/>
Figure SMS_20
= 1.07mm，第二辐射贴片的宽/>
Figure SMS_22
，扇形隔离结构的半径
Figure SMS_14
，扇形隔离结构的角弧度/>
Figure SMS_19
。
以上述双馈电可编程单元构成8×16的二维阵列天线，如图9和图10所示。
如图11至图17所示，验证上述反射辐射单双波束扫描阵列天线在反射状态下的单双波束扫描性能。如图11所示，使用X波段标准增益喇叭天线在阵列天线正上方对其进行馈电。通过计算波束理论偏转角度的编码，对工作在状态1和状态2的两种天线单元进行排列组合，实现反射波束在空间的单双波束扫描，图12和13分别为阵列天线在反射状态下单波束偏转
Figure SMS_25
和双波束偏转/>
Figure SMS_26
的编码，在全波仿真软件中按照该编码排列两种不同工作状态的天线单元并组成二维阵列，通过对阵列天线的远场方向图进行计算，验证了理论上阵列天线单波束偏转/>
Figure SMS_28
和双波束偏转/>
Figure SMS_24
方向图的全波仿真结果。图14和图15分别为阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转/>
Figure SMS_27
的三维及二维远场方向图结果，阵列天线的偏转角度为/>
Figure SMS_29
，与理论值吻合，且最大增益达到了15.2dBi，天线的交叉极化性能良好。图16和图17分别为阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转/>
Figure SMS_30
的三维及二维远场方向图结果，阵列天线的偏转角度为/>
Figure SMS_23
，与理论值吻合，且最大增益达到了14.5dBi，天线的交叉极化性能良好。
如图18至图21所示，验证上述反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下的双波束扫描性能。如图18所示，设计一个等幅同相的馈电网络对各天线单元的射频信号线进行馈电。通过计算波束理论偏转角度的编码，对工作在状态1和状态3的两种天线单元进行排列组合，实现辐射波束在空间的双波束扫描，图19为阵列天线在辐射状态下双波束偏转
Figure SMS_31
的编码，在全波仿真软件中按照该编码排列两种不同工作状态的单元并组成二维阵列，通过对阵列天线的远场方向图进行计算，验证了理论上阵列天线双波束偏转/>
Figure SMS_32
方向图的全波仿真结果。图20和图21分别为阵列天线工作在10GHz时以理论编码双波束偏转
Figure SMS_33
的三维及二维远场方向图结果，可以看到，阵列天线的偏转角度为/>
Figure SMS_34
，与理论值吻合，且最大增益达到了20.5dBi，天线的交叉极化性能良好。
如图22至图25所示，验证上述反射辐射单双波束扫描阵列天线在辐射状态下的单波束扫描性能。如图22所示，设计一个等幅不同相的馈电网络对各天线单元的射频信号线进行馈电。通过计算波束理论偏转角度的编码，对工作在状态1和状态3的两种天线单元进行排列组合，可以实现辐射波束在空间的单波束扫描，图23为阵列天线在辐射状态下单波束偏转
Figure SMS_35
的编码，在全波仿真软件中按照该编码排列两种不同工作状态的单元并组成二维阵列，通过对阵列天线的远场方向图进行计算，验证了理论上阵列天线单波束偏转/>
Figure SMS_36
方向图的全波仿真结果。图24和图25分别为阵列天线工作在10GHz时以理论编码单波束偏转/>
Figure SMS_37
的三维及二维远场方向图结果，可以看到，阵列天线的偏转角度为/>
Figure SMS_38
，与理论值吻合，且最大增益达到了22.1dBi，天线的交叉极化性能良好。
以上数据仅给出了8×16二维阵列天线工作在10GHz时在反射状态和辐射状态下单双波束偏转不同角度的远场方向图，实际上，该天线单元组成的阵列天线在反射和辐射对应的工作频带范围内均能实现单双波束扫描功能，不再赘述。
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.双馈电可编程单元，其特征在于，包括：辐射层、介质层以及控制层，所述辐射层以及所述控制层分别设在所述介质层的顶面和底面；
所述辐射层包括：第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一辐射贴片为正六边环形结构，所述第二辐射贴片为矩形结构；所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片的中心重合，所述第二辐射贴片的一组对边分别与所述第一辐射贴片内环的一组对边平行且均以二极管相连；
所述控制层包括：直流信号线，所述直流信号线包括第一部分以及第二部分；所述第一部分的长度大于所述第二部分的长度，所述第一部分的一端与所述第二部分的一端垂直相连，以构成“L”形结构；
所述第一部分的另一端与电压源相连，所述第二部分的另一端与所述辐射层相连，以控制其中一个二极管导通、另一个二极管截止或两个二极管均截止的状态，实现反射和辐射双馈电，并支持可编程。
2.根据权利要求1所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述控制层还包括：射频信号线；
所述射频信号线的一端与所述第二部分的另一端相连，以与所述第二辐射贴片相连，所述射频信号线的另一端与信号源相连。
3.根据权利要求2所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述第一部分的长度方向与所述射频信号线的长度方向垂直，所述第一部分的长度方向与所述第二辐射贴片的长度方向平行；
所述第一部分上还设有扇形的隔离结构，所述隔离结构的尖端与所述第一部分相连。
4.根据权利要求2或3所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述介质层包括：第一介质板和第二介质板；
所述辐射层设在所述第一介质板的顶面，所述控制层设在所述第二介质板的底面，所述第一介质板与所述第二介质板之间设有粘合板。
5.根据权利要求4所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述介质层还包括：地板；
所述地板设在所述粘合板与所述第二介质板之间，且所述地板与所述第一辐射贴片相连。
6.根据权利要求5所述的双馈电可编程单元，其特征在于，还包括：一个金属管以及两个连接管；
所述金属管的一端与所述射频信号线的一端相连，所述金属管的另一端与所述第二辐射贴片的中心相连；
所述连接管的一个对应端与所述地板相连，所述连接管的另一个对应端与所述第一辐射贴片相连。
7.根据权利要求6所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述介质层上设有与所述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，用于所述金属管与所述地板之间的隔离。
8.根据权利要求7所述的双馈电可编程单元，其特征在于，所述辐射层还包括：两条高阻抗线；
所述高阻抗线的一个对应端与所述第一辐射贴片外环的一组对边相连，另一个对应端与所述地板相连。
9.根据权利要求8所述的双馈电可编程单元，其特征在于，两条高阻抗线与两个连接管一一对应相连；
一条高阻抗线与对应所述连接管的长度和/或为辐射波工作波长的四分之一。
10.反射辐射单双波束扫描阵列天线，其特征在于，包括：多个阵列分布的双馈电可编程单元；
当阵列天线进行反射单双波束扫描时，还包括馈源，所述馈源与每个双馈电可编程单元的辐射层间隔设置；
当阵列天线进行辐射双波束扫描时，还包括等幅同相馈电网络，所述等幅同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连；
当阵列天线进行辐射单波束扫描时，还包括等幅不同相馈电网络，所述等幅不同相馈电网络与每个双馈电可编程单元的射频信号线相连。
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