CN116315604A - 一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线 - Google Patents

一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及波束可控天线技术领域，尤其是一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。本发明采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且口径利用率高；通过贴片类天线激励出奇模电场分量，零阶谐振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。

Description

一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线
技术领域
本发明涉及波束可控天线技术领域，尤其是一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线。
背景技术
智慧物联网和5G无线通信系统，在提供高速率、高稳定性和大容量的无线通信互联服务的同时，也面临着越来越复杂和恶劣的通信环境和应用场景，因此对天线端的诉求也越来越高。传统的固定模式天线，因其单一的辐射模式，难以在动态可变的环境和严重多径效应的场景下建立稳定可靠的信道。而波束可控天线，能够动态的切换辐射波束，实现空间的扫描覆盖，以及自适应波束对准等功能。波束可控天线因其多个可切换的辐射模式，能够在复杂场景下改善多径效应，全域动态辐射覆盖，因此特别适合室内、大型场馆和工业产线等场景的应用。
目前，波束可控天线大致分为四类：多端口多波束天线，开关形式方向图可重构天线、液体波束可重构天线以及低成本阵列天线等。多端口多波束天线通过激励不同方向上的馈电端口，实现多个方向上的覆盖，但多端口多波束天线需要额外的增加多端口开关网络，因此存在结构复杂和波束切换能力有限的缺点；开关形式方向图可重构天线通过在天线周围加载开关可控的寄生结构，形成可控的反射器或引向器，进而实现空间方向图可重构，但其需要电子开关器件和配套的直流控制电路，因此存在损耗大和成本高的缺点；液体波束可重构天线，采用液体可控的引向器或反射器结构来对中心辐射源的波束进行倾斜偏转，由于其需要精密的水泵伺服系统，因此存在控制系统复杂和波束切换速度慢的缺点；低成本阵列天线，通过采用少量阵元和移相器结构，构造出一个低成本的相控阵天线，进而实现空间多波束扫描，虽然该方法能够实现灵活的波束扫描，但是其存在尺寸大和成本高的问题。
基于上述现有技术的分析可知，目前波束可控天线中，均难以同时实现小型化、低成本和丰富的波束控制。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明提供一种零阶超材料多模辐射器及空间多波束可控天线拟实现小型化的同时实现丰富的波束控制。
一种零阶超材料多模辐射器，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；
所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。
本发明采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且空间利用率高；本发明通过贴片类天线激励出奇模电场分量，通过零阶谐振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。
进一步的，所述贴片类天线包括第一金属层，所述第一金属层的顶面重叠有金属贴片，且第一金属层和金属贴片之间保留有间隙；第一金属层的底面重叠有第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙；
所述第一金属层上腐刻有耦合馈电缝隙，用于对贴片类天线的耦合激励；
所述第一金属层上布设有耦合馈电T型微带线，耦合馈电T型微带线从所述耦合馈电缝隙的穿过，用于对耦合馈电缝隙进行激励；
所述第一金属层穿过有第一馈电探针，第一馈电探针与第二金属层之间形成馈电接口。
进一步的，所述第一金属层上腐刻有两个耦合馈电缝隙，两个耦合馈电缝隙沿其自身的长度方向上并列设置。
进一步的，所述零阶谐振天线包括设置在两个金属短路墙之间的第一金属层、以及重叠在第一金属层底面的第二金属层，所述第一金属层和第二金属层之间保留有间隙，所述第二金属层和第一金属层通过所述金属短路墙电连接；
所述第一金属层上设置有开口缝隙，开口缝隙的两侧跨接有开关以及控制所述开关电切换的第一开关控制电路；
所述零阶谐振天线的中间位置处穿过有第二馈电探针，所述第二馈电探针的一端与所述第一金属层短接，所述第二馈电探针的另一端与所述第二金属层之间形成馈电接口。
进一步的，所述第一金属层上设置有偶数个对称分布在第一金属层两侧的开口缝隙，且开口缝隙位置与可控波束指向相关，每个所述开口缝隙上均跨接有至少一个所述开关。
进一步的，所述开关为PIN二极管或变容管或开关芯片。
一种空间多波束可控天线，包括本发明所述的零阶超材料多模辐射器、两路开关控制馈电网络以及互联传输线缆；
所述零阶超材料多模辐射器的两个端口通过互联传输线缆与两路开关控制馈电网络的两个输出端一一对应连接，基于调控两路开关控制馈电网络改变对零阶超材料多模辐射器的馈电激励。
本发明通过两路开关控制馈电网络改变零阶超材料多模辐射器的馈电激励，进而实现空间多波束控制，并且本发明仅采用两路开关控制馈电网络实现了半平面波束扫描，具有成本低廉和结构精简的优点，适合广泛的无线通信应用中。
进一步的，基于功分器和半波长开路移相器建立所述两路开关控制馈电网络；
所述功分器用于两等分两路信号，同时激励所述零阶超材料多模辐射器的定向侧向辐射和全向辐射；
所述半波长开路移相器用于提供0°和180°的两路信号。
进一步的，所述两路开关控制馈电网络包括作为整个两路开关控制馈电网络载体的双面低损耗介质基板、安装在所述双面低损耗介质基板背面的第三金属层、用于控制整个两路开关控制馈电网络开关电切换的第二开关控制电路，以及集成在所述双面低损耗介质基板上的单刀三掷开关、二等分功分器、半波长开路移相器、金属微带线、隔离电阻和单刀双掷开关；
所述单刀三掷开关与二等分功分器和金属微带线连接；
所述半波长开路移相器与金属微带线相连接；
所述隔离电阻跨接在所述二等分功分器的两侧；
所述单刀双掷开关与金属微带线连接。
进一步的，所述半波长开路移相器为0°/180°可切换移相器结构。
本发明的有益效果体现在，
1.本发明采用了零阶电磁超材料和共口径设计技术，使得整个零阶超材料多模辐射器的尺寸紧凑，且空间利用率高；本发明通过贴片类天线激励出奇模电场分量，通过零阶谐振天线激励出偶模电场分量，使得将侧向辐射的奇模和全向辐射的偶模矢量合成在一起，再通过调控奇模和偶模的馈电激励，实现了空间多波束切换，即实现了灵活的多波束控制。
2.本发明通过两路开关控制馈电网络改变零阶超材料多模辐射器的馈电激励，进而实现空间多波束控制，并且本发明仅采用两路开关控制馈电网络实现了半平面波束扫描，具有成本低廉和结构精简的优点，适合广泛的无线通信应用中。
3.本发明所述空间多波束可控天线仅采用了两路开关控制馈电网络实现空间多波束可控，不需要复杂的幅相控制系统，解决了传统阵列天线存在的结构复杂的问题。
4.本发明中基于零阶超材料非波长限定的谐振特性，通过在零阶超材料上加载开关元件，实现了辐射口径可变但频不变的零阶谐振辐射器，即首次实现了最大辐射指向可重构的全向方向图。
附图说明
图1为本发明所提供的零阶超材料多模辐射器的3D视图。
图2为本发明所提供的零阶超材料多模辐射器的平面视图，其中(a)部分为俯视图，(b)部分为去掉金属贴片后的俯视图。
图3为本发明所提供的零阶超材料多模辐射器的不同端口对应的辐射性能图，其中(a)部分为贴片类天线侧向辐射模式，(b)部分为零阶超材料谐振小角度全向辐射模式，(c)部分为零阶超材料谐振大角度全向辐射模式。
图4为本发明所提供的两路开关控制馈电网络结构图。
图5为本发明所提供的两路开关控制馈电网络的阻抗带宽图。
图6为本发明所提供的空间多波束可控天线的结构图。
图7为本发明所提供的空间多波束可控天线不同可切换状态下对应的辐射方向图，其中(a)部分为大角度左偏转波束，(b)部分为小角度左偏转波束，(c)部分为小角度右偏转波束，(d)部分为大角度右偏转波束，(e)部分为定向侧射辐射波束，(f)部分为小角度指向全向波束，(g)部分为大角度指向全向波束。
附图标记：1.贴片类天线；2.零阶谐振天线；3.金属贴片；4.第一金属层；5.耦合馈电缝隙；6.耦合馈电T型微带线；7.第一馈电探针；8.金属短路墙；9.第二金属层；10.开口缝隙；11.开关；12.第一开关控制电路；13.第二馈电探针；14.单刀三掷开关；15.二等分威尔金森功分器；16.半波长开路移相器；17.双面低损耗介质基板；18.隔离电阻；19.单刀双掷开关；20.金属微带线；21.第三金属层；22.第二开关控制电路；23.零阶超材料多模辐射器；24.两路开关控制馈电网络；25.互联传输线缆。
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。
参照图1-图3所示，对一种零阶超材料多模辐射器的实施例做详细的说明；
参见图1所示，一种零阶超材料多模辐射器，包括共口径集成在一起的贴片类天线1和零阶谐振天线2，所述贴片类天线1用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；
所述零阶谐振天线2用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。
基于上述技术方案可知，本发明的所述零阶超材料多模辐射器23集成有奇模分布的贴片辐射模式和偶模分布的零阶谐振模式。
参见图1和图2的(a)部分和(b)部分所示，所述贴片类天线1第一金属层4，用作微带天线的参考地板，实现奇模侧射方向图的定向辐射；所述第一金属层4的顶面重叠有金属贴片3，且第一金属层4与金属贴片3之间保留有间隙，通过金属贴片3产生半波长谐振器效应，用作贴片类天线1的辐射发生器，第一金属层4的底面重叠有第二金属层9，且第一金属层4与第二金属层9之间保留有间隙；
所述第一金属层4上腐刻有耦合馈电缝隙5，半波长的缝隙谐振，产生水平电场分量，用于对贴片类天线1的耦合激励；
所述第一金属层4上布设有耦合馈电T型微带线6，用于对耦合馈电缝隙5进行激励，产生水平电场分量；
参见图1所示，耦合馈电T型微带线6垂直于耦合馈电缝隙5，并穿过耦合馈电缝隙5。
所述第一金属层4穿过有第一馈电探针7，第一馈电探针7与第二金属层9之间形成馈电接口；所述第一馈电探针7用于对耦合馈电T型微带线6进行信号激励，进而馈电激励贴片类天线1。
所述零阶谐振天线2包括所述第一金属层4和所述第二金属层9，所述第一金属层4和第二金属层9用于产生垂直于地面的偶模电场分量；所述第二金属层9和第一金属层4通过所述金属短路墙8电连接；即在本实施例中零阶谐振天线2和贴片类天线1共用第一金属层4、第二金属层9和金属短路墙8；
所述零阶谐振天线2的中间位置处穿过有第二馈电探针13，所述第二馈电探针13的一端与所述第一金属层4短接，所述第二馈电探针13的另一端与所述第二金属层9之间形成馈电接口。
所述第一金属层4上设置有开口缝隙10，开口缝隙10的两侧跨接有开关11以及控制所述开关11电切换的第一开关控制电路12；基于开口缝隙10将零阶谐振天线2进行割裂，对零阶谐振天线2的辐射口径大小进行控制，进而实现空间波束可控；基于开口缝隙10两侧跨接的开关11控制所述开口缝隙10的短路和断开状态，进而对零阶谐振天线2的辐射口径进行选择；
参见附图1所示，所述第一金属层4上设置有两个相互平行的开口缝隙10，且两个开口缝隙10与所述耦合馈电缝隙5相平行，两个开口缝隙10位于金属贴片3的两侧，每个所述开口缝隙10上均跨接有三个所述开关11。
当开关11处于闭合状态时，开口缝隙10被短路，零阶谐振天线2辐射口径选择为较大的状态，此时辐射方向图为小偏转角的全向波束。
当开关11处于断开状态时，开口缝隙10也断开，零阶谐振天线2辐射口选择为较小的状态，此时辐射方向图为大偏转角的全向波束；通过开口缝隙10处跨接的开关11的切换，即可实现零阶全向辐射方向图的控制。
作为本实施可能的实施方式，所述开关11为PIN二极管或可变电容元件或开关芯片。
作为一种可能的实施方式，所述第一金属层4上腐刻有两个耦合馈电缝隙5，参见附图1所述，两个耦合馈电缝隙5沿其自身的长度方向上并列设置；通过两个耦合馈电缝隙5产生平衡的电场分布，保证隔离度和辐射的对称性
在本实施例中，通过第一开关控制电路12对开口缝隙10上的开关11进行电信号控制，实现开口缝隙10的短路和开断，通过将贴片类天线1和零阶谐振天线2共口径集成组合一起，构造出零阶超材料多模辐射器23，通过零阶超材料多模辐射器23的两个辐射结构的馈电选择，实现了对空间辐射波束的控制；其具体控制如下所述：
当仅激励贴片类天线1时，驱动第一馈电探针7，此时零阶超材料多模辐射器23产生一个侧向定向辐射波束；当仅激励零阶谐振器，且开口缝隙10处跨接的开关11处于闭合状态时，此时零阶谐振天线2的辐射口径变大，产生一个小偏转角的全向波束；当仅激励零阶谐振天线2，且开口缝隙10处跨接的开关11处于断开状态时，此时零阶谐振天线2的辐射口径变小，产生一个大偏转角的全向波束；当同时激励贴片类天线1和零阶谐振天线2时，此时贴片类天线1的奇模电场分布和零阶谐振天线2的偶模电场分布相互作用合成，电场分量同相分布区域叠加，反相分布区域抵消，形成非平衡电场分布，进而产生一个定向偏转辐射波束；当贴片类天线1和零阶谐振天线2呈同相激励时，此时零阶超材料多模辐射器23产生朝左偏的定向辐射波束；当贴片类天线1和零阶谐振天线2呈反相激励时，此时零阶超材料多模辐射器23产生超右偏的定向辐射波束；当同时激励贴片类天线1和零阶谐振天线2，且对开口缝隙10跨接的开关11进行控制时，此时零阶超材料多模辐射器23产生一个空间可扫描的方向图。
本发明通过对零阶超材料多模辐射器23的馈电进行选择控制以及零阶谐振天线2的开口缝隙10跨接的开关11进行控制，使得不同的定向奇模辐射方向图和偶模全向辐射方向图相矢量合成，从而实现对空间辐射波束的选择控制，即空间多波束可控。
参见图3所示，图3中展示了本发明所述的零阶超材料多模辐射器23的不同端口对应的辐射性能图，此时贴片类天线1辐射出定向波束，即图3(a)；零阶谐振天线2辐射出全向波束，具体地，当开关11闭合时，辐射出低倾角的全向波束，即图3(b)；当开关11断开时，辐射出大倾角的全向波束，即图3(c)；通过对两个模式的馈电选择和开关11的控制，使得在半平面空间实现了多波束扫描覆盖。
参见附图6所示，一种空间多波束可控天线，包括上述实施例所述的零阶超材料多模辐射器23、两路开关控制馈电网络24以及互联传输线缆25；
所述零阶超材料多模辐射器23的两个端口通过互联传输线缆25与两路开关控制馈电网络24的两个输出端一一对应连接，基于调控两路开关控制馈电网络24改变对零阶超材料多模辐射器23的馈电激励。
参见图7所示，图7中展示了本发明所述的空间多波束可控天线，通过对两个模式馈电激励选择和开关11的动作，对应的空间多波束扫描覆盖(即多波束辐射性能图)。图7(a)为两个模式均激励且开关11断开，对应的大角度左偏转波束；图7(b)为两个模式均激励且开关11闭合，对应的小角度左偏转波束；图7(c)为两个模式均激励、开关11闭合且两个模式馈电相差180度，对应的小角度右偏转波束；图7(d)为两个模式均激励、开关11断开且两个模式馈电相差180度，对应的大角度右偏转波束；图7(e)为仅激励贴片类天线1，对应的侧向辐射方向图；图7(f)为仅激励零阶谐振天线2，且开关11闭合，对应的低倾角全向方向图；图7(g)为仅激励零阶谐振天线2，且开关11断开，对应的大倾角全向方向图。
本发明通过两路开关控制馈电网络24改变零阶超材料多模辐射器23的馈电激励，进而实现空间多波束控制，并且本发明仅采用两路开关控制馈电网络24实现了半平面波束扫描，具有成本低廉和结构精简的优点，适合广泛的无线通信应用中。
参见附图4所示，所述两路开关控制馈电网络24包括作为整个两路开关控制馈电网络24载体的双面低损耗介质基板17、安装在所述双面低损耗介质基板17背面的第三金属层21、用于控制整个两路开关控制馈电网络24开关电切换的第二开关控制电路22，以及集成在所述双面低损耗介质基板17上的单刀三掷开关14、二等分威尔金森功分器15、半波长开路移相器16、金属微带线20、隔离电阻18和单刀双掷开关19；
所述第三金属层21用于整个两路开关控制馈电网络24的参考地板；
所述单刀三掷开关14与二等分功分器15和金属微带线20连接；
所述半波长开路移相器16与金属微带线20相连接；
所述隔离电阻18跨接在所述二等分功分器15的两侧，基于所述隔离电阻18作为所述二等分功分器15的隔离电阻18，提供了二等分威尔金森功分器15输出支路之间的隔离度；所述二等分功分器15用作两等分两路信号，即选择同时激励零阶超材料多模辐射器23的两种辐射模式；
所述单刀双掷开关19与金属微带线20连接，通过单刀双掷开关19和单刀三掷开关14的协同工作，实现了不同的端口激励形式。
作为一种可能的实施方式，所述半波长开路移相器16为0°/180°可切换移相器结构，提供0°(同相)和180°(反相)两路信号。
作为本实施例中可能的实施方式，所述单刀三掷开关14为单个单刀三掷开关芯片或者是三个开关二极管集合在一起。
作为本实施例中可能的实施方式，所述单刀双掷开关19为单个单刀双掷开关芯片或者是两个开关二极管集合在一起。
作为本实施例中可能的实施方式，所述功分器采用但不限于威尔金森功分器或T形结或耦合变压器等形式。
基于上述实施方式同时结合附图4附图6可知，所述单刀三掷开关14，用于输入信号的选择，当单刀三掷开关14导通左边信号时，此时零阶超材料多模辐射器23激励出全向波束；当单刀三掷开关14导通中间信号时，此时零阶超材料多模辐射器23激励出定向偏转波束；当单刀三掷开关14导通右边信号时，此时零阶超材料多模辐射器23激励出定向侧向辐射波束。
参见图5所示，图5中示出了两路开关控制馈电网络24阻抗带宽图；两路开关控制馈电网络24各端口反射系数低于-10dB阻抗带宽为3.0-4.0GHz，端口传输系数优于-6.0dB的阻抗带宽为3.2-4.0GHz，完整覆盖5G-N78/LTE-B42/B43等主流Sub-6GHz频段。因此，该两路开关控制馈电网络24能够适用于零阶多模辐射体进行空间波束控制。
基于上述实施例可知，本发明所提出的零阶超材料多模辐射器23实现了类似相控阵的空间多波束扫描和半平面波束扫描覆盖，解决了传统方向图可重构天线或波束可控天线难以实现半平面多波束覆盖的局限；并且本发明中所述空间多波束可控天线尺寸紧凑，解决了传统可重构天线存在的尺寸大和剖面高的缺点；且本发明中仅采用了两路开关控制馈电网络24实现空间多波束可控，不需要复杂且昂贵的幅相控制系统，解决了传统阵列天线存在的结构复杂的问题；故基于上可知，本发明的空间多波束可控天线的整机结构精简，控制电路高效化，实现了成本控制，解决了传统可重构天线或阵列天线的高成本问题。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之间的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，包括共口径集成在一起的贴片类天线和零阶谐振天线，所述贴片类天线用于其中一个辐射模式发生体激励出奇模电场分量，形成定向侧向辐射；
所述零阶谐振天线用于另一个辐射模式发生体激励出偶模电场分量，形成全向辐射。
2.根据权利要求1所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述贴片类天线包括第一金属层；所述第一金属层的顶面重叠有金属贴片，且第一金属层和金属贴片之间保留有间隙；第一金属层的底面重叠有第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙；
所述第一金属层上腐刻有耦合馈电缝隙，用于对贴片类天线的耦合激励；
所述第一金属层上布设有耦合馈电T型微带线，耦合馈电T型微带线从所述耦合馈电缝隙的穿过，用于对耦合馈电缝隙进行激励；
所述第一金属层穿过有第一馈电探针，第一馈电探针与第二金属层之间形成馈电接口。
3.根据权利要求2所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述第一金属层上腐刻有两个耦合馈电缝隙，两个耦合馈电缝隙沿自身长度方向并列设置。
4.根据权利要求1所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述零阶谐振天线包括设置在两个金属短路墙之间的第一金属层、以及重叠在第一金属层底面的第二金属层，且第一金属层和第二金属层之间保留有间隙，所述第二金属层和第一金属层通过所述金属短路墙电连接；
所述第一金属层上设置有开口缝隙，开口缝隙的两侧跨接有开关以及控制所述开关电切换的第一开关控制电路；
所述零阶谐振天线的中间位置处穿过有第二馈电探针，所述第二馈电探针的一端与所述第一金属层短接，所述第二馈电探针的另一端与所述第二金属层之间形成馈电接口。
5.根据权利要求4所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述第一金属层上设置有偶数个对称分布在第一金属层两侧的开口缝隙，且开口缝隙位置与可控波束指向相关，每个所述开口缝隙上均跨接有至少一个所述开关。
6.根据权利要求4所述的一种零阶超材料多模辐射器，其特征在于，所述开关为PIN二极管或可变电容元件或开关芯片。
7.一种空间多波束可控天线，其特征在于，包括权利要求1到权利要求6任一项所述的零阶超材料多模辐射器、两路开关控制馈电网络以及互联传输线缆；
所述零阶超材料多模辐射器的两个端口通过互联传输线缆与两路开关控制馈电网络的两个输出端一一对应连接，基于调控两路开关控制馈电网络改变对零阶超材料多模辐射器的馈电激励。
8.根据权利要求7所述的一种空间多波束可控天线，其特征在于，基于功分器和半波长开路移相器建立所述两路开关控制馈电网络；
所述功分器用于两等分两路信号，同时激励所述零阶超材料多模辐射器的定向侧向辐射和全向辐射；
所述半波长开路移相器用于提供0°和180°的两路信号。
9.根据权利要求7所述的一种空间多波束可控天线，其特征在于，所述两路开关控制馈电网络包括作为整个两路开关控制馈电网络载体的双面低损耗介质基板、安装在所述双面低损耗介质基板背面的第三金属层、用于控制整个两路开关控制馈电网络开关电切换的第二开关控制电路，以及集成在所述双面低损耗介质基板上的单刀三掷开关、二等分功分器、半波长开路移相器、金属微带线、隔离电阻和单刀双掷开关；
所述单刀三掷开关与二等分功分器和金属微带线连接；
所述半波长开路移相器与金属微带线相连接；
所述隔离电阻跨接在所述二等分功分器的两侧；
所述单刀双掷开关与金属微带线连接。
10.根据权利要求9所述的一种空间多波束可控天线，其特征在于，所述半波长开路移相器为0°/180°可切换移相器结构。
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