CN117895222A - 一种反射阵单元及反射阵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种反射阵单元及反射阵，所述反射阵单元包括移相单元、层叠设置的第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板在背离所述第二介质基板的一侧设有太阳能电池板，所述太阳能电池板用以接收和辐射电磁波；所述第二介质基板在朝向所述第一介质基板的一侧设有金属反射地。本发明提供的技术方案，旨在实现自供电的同时，结构简单，降低制造和使用成本。

Description

一种反射阵单元及反射阵

技术领域

本发明涉及微波及天线技术领域，特别是涉及一种反射阵单元及反射阵。

背景技术

随着无线通信技术的发展，对于阵列天线的需求越来越高，不仅要求天线具有很高的增益，还要求通信系统具有更低的功耗，对于其低功耗的特性，大多数人关注点是如何使用低功耗的器件和电路设计来降低整体系统的功耗，这一性能实现较为困难。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种反射阵单元及反射阵，旨在实现自供电的同时，结构简单，降低制造和使用成本。

为实现上述目的，本发明提出的一种反射阵单元，包括移相单元、层叠设置的第一介质基板和第二介质基板；

所述第一介质基板在背离所述第二介质基板的一侧设有太阳能电池板，所述太阳能电池板用以接收和辐射电磁波；

所述第二介质基板在朝向所述第一介质基板的一侧设有金属反射地。

可选地，所述移相单元包括：

耦合槽，开设于所述金属反射地的背离所述第二介质基板的一侧；以及，

移相枝节，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧。

可选地，所述反射阵单元还包括：

可调器件，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧，所述可调器件的一端与所述移相枝节的末端连接，所述可调器件的另一端通过过孔与所述金属反射地导接，所述可调器件用以调控反射电磁波的相位或者幅度；以及，

控制线，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧，所述控制线的一端连接所述可调器件，所述控制线的另一端用以连接控制所述可调器件的控制装置。

可选地，所述可调器件包括二极管、可调电容或者可调电阻中的其中一种。

可选地，所述控制线上设置有隔离器件，所述隔离器件用以隔离射频信号与控制信号。

可选地，所述隔离器件包括扼流结构。

可选地，所述反射阵单元还包括耦合层，所述耦合层设于所述第一介质基板和所述金属反射地之间。

可选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为正方形板，所述正方形板的边长大于等于中心频率对应波长的0.1倍，且小于等于中心频率对应波长的0.8倍。

本申请还提供一种反射阵，所述反射阵包括反射阵列，所述反射阵列包括多个如上任意一项所述的反射阵单元。

可选地，所述反射阵列包括多个子反射阵列，各所述子反射阵列包括多个所述反射阵单元，各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板之间并联或者各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板之间串联。

本发明的技术方案中，所述反射阵单元包括移相单元、层叠设置的第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板在背离所述第二介质基板的一侧设有太阳能电池板，所述太阳能电池板用以接收和辐射电磁波；所述第二介质基板在朝向所述第一介质基板的一侧设有金属反射地，通过将太阳能电池板作为天线辐射主体部分，使所述反射阵单元具有既能发电又能辐射的特性，无需额外添加结构，实现自供电的同时，结构简单，降低制造和使用成本。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的反射阵的实施例的结构示意图；

图2为图1中的反射阵单元的结构示意图；

图3为图2中的反射阵单元的结构爆炸示意图；

图4为图2中的第一介质基板的背离所述第二介质基板的一侧的结构示意图；

图5为图2中的第二介质基板的朝向所述第一介质基板的一侧的结构示意图；

图6为图2中的第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧的结构示意图；

图7为本发明提供的反射阵单元的移相单元的其他三种实施例的结构示意图；

图8为本发明提供的反射阵单元的仿真示意图；

图9为图8中的反射阵单元的沿X极化反射相位关系示意图；

图10为图8中的反射阵单元的增益与阻值关系示意图。

附图标号说明：

1000、反射阵；100、反射阵单元；1、太阳能电池板；2、第一介质基板；21、连接线；211、共正极线；212、共负极线；22、焊盘；3、第二介质基板；31、金属反射地；311、耦合槽；32、移相枝节；33、可调器件；331、二极管；34、过孔；35、控制线；36、隔离器件；361、扼流结构；4、移相单元；41、第一枝节结构；42、第二枝节结构；43、第三枝节结构；5、耦合层。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示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，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A 和B同时满足的方案。另外，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，也不在本发明要求的保护范围之内。

随着无线通信技术的发展，对于阵列天线的需求越来越高，不仅要求天线具有很高的增益，还要求通信系统具有更低的功耗，对于其低功耗的特性，大多数人关注点是如何使用低功耗的器件和电路设计来降低整体系统的功耗，这一性能实现较为困难。

鉴于此，本发明提供一种反射阵单元及反射阵，旨在实现自供电的同时，结构简单，降低制造和使用成本。图1至图10为本发明提供的反射阵的实施例。

在本发明实施例中，请参阅附图，所述反射阵单元100包括移相单元4、层叠设置的第一介质基板2和第二介质基板3；所述第一介质基板2在背离所述第二介质基板3的一侧设有太阳能电池板1，所述太阳能电池板1用以接收和辐射电磁波；所述第二介质基板3在朝向所述第一介质基板2的一侧设有金属反射地31。

本发明的技术方案中，所述反射阵单元100包括移相单元4、层叠设置的第一介质基板2和第二介质基板3；所述第一介质基板2在背离所述第二介质基板3的一侧设有太阳能电池板1，所述太阳能电池板1用以接收和辐射电磁波；所述第二介质基板3在朝向所述第一介质基板2的一侧设有金属反射地31，通过将太阳能电池板1作为天线辐射主体部分，使所述反射阵单元100具有既能发电又能辐射的特性，无需额外添加结构，实现自供电的同时，结构简单，降低制造和使用成本。

可以理解的，为了便于后续组成反射阵列的同时形成有效的供电系统，所述第一介质基板2的背离所述第二介质基板3的一侧还设有两根连接线21，两根所述连接线21分别连接所述太阳能电池板1的正极和负极。更具体的，为了便于连接线21与所述太阳能电池板1的正极或负极的连接，所述连接线21上设有焊盘22，通过所述焊盘22与所述太阳能电池板1的正极或负极进行连接。更具体的，为了便于后续多个反射阵单元100成排设置时能够在多个太阳能电池板1之间方便地形成并联，两根连接线21在所述太阳能电池板1的正极和负极所在的方向上通长延伸，以在成排设置时，两根连接线21能够分别形成多个反射阵单元100的多个太阳能电池板1的共正极线211和共负极线212。更具体的，两根连接线21围绕所述太阳能电池板1的外沿布设，以减小对所述太阳能电池板1的形状和反射性能的影响。

本申请对所述移相单元4的具体设置形式不做限定，移相单元4可以为如图7所示的第一枝节结构41或者第二枝节结构42或者第三枝节结构43（图中仅示意出太阳能电池板1、金属反射地31以及移相单元4，其他结构省略），本实施例中，所述移相单元4包括耦合槽311和移相枝节32，所述耦合槽311开设于所述金属反射地31的背离所述第二介质基板3的一侧；所述移相枝节32设于所述第二介质基板3的背离所述第一介质基板2的一侧，通过在金属反射地31表面开设耦合槽311，使得太阳能电池板1和移相枝节32之间耦合匹配，从而实现耦合移相的目标，同时还能对直流电进行天然的物理隔离，避免干扰，结构简单，降低制造成本。

本实施例中，所述反射阵单元100还包括可调器件33以及控制线35，所述可调器件33设于所述第二介质基板3的背离所述第一介质基板2的一侧，所述可调器件33的一端与所述移相枝节32的末端连接，所述可调器件33的另一端通过过孔34与所述金属反射地31导接，所述可调器件33用以调控反射电磁波的相位或者幅度；所述控制线35设于所述第二介质基板3的背离所述第一介质基板2的一侧，所述控制线35的一端连接所述可调器件33，所述控制线35的另一端用以连接控制所述可调器件33的控制装置。如此，通过所述控制装置控制所述可调器件33，从而调控反射电磁波的相位或者幅度，不同的相位或者幅度能够表示“0”、“1”二进制信息，从而具有可编程性，实现可编程的波束扫描，扩大适用范围。

本申请对所述可调器件33不做具体限定，比如，所述可调器件33包括可调电容或者可调电阻，可调电容实现对电磁波反射相位的多比特调控，可调电阻实现对反射电磁波的幅度调控。本实施例中，所述可调器件33包括二极管331，所述二极管331用以调控反射电磁波的相位，控制装置控制二极管331的通断，实现0°和180°两种状态的相位的调控。具体的，所述二极管331可以为普通二极管331或者PIN二极管331。

为了将射频信号与控制信号进行隔离，避免了控制线35对移相枝节32相位关系的干扰，所述控制线35上设置有隔离器件36，所述隔离器件36用以隔离射频信号与控制信号。

本申请对所述隔离器件36不做具体限定，比如，所述隔离器件36可以是电感或者电容。本实施例中，所述隔离器件36包括扼流结构361，结构简单，有利于降低制造成本。具体的，所述扼流结构361呈扇形设置。

一实施例中，所述第一介质基板2和所述第二介质基板3为PCB板（PCB为PrintcdCicuils Board的缩写，即为印刷电路板），具有低成本、高效率、设计灵活的优点，装配简单，有利于提高集成度和降低生产成本。

本实例中，所述反射阵单元100还包括耦合层5，所述耦合层5设于所述第一介质基板2和所述金属反射地31之间，能够改善反射特性，提高所述反射阵单元100的整体性能，具体的，所述耦合层5为空气层，能够提高反射相位曲线的线性度。当然，所述耦合层5还可以是其他液体或者固体，本申请不做限定。可以理解的，所述耦合层5为空气层时，在多个所述反射阵单元100进行组阵时，在第一介质基板2和第二介质基板3之间设置支撑架，能够实现结构整体的组装和固定。

本实施例中，所述第一介质基板2和所述第二介质基板3均为正方形板，所述正方形板的边长大于等于中心频率对应波长的0.1倍，且小于等于中心频率对应波长的0.8倍，能够使得所述反射阵单元100整体尺寸控制在亚波长，形成超表面单元，从而使得由所述反射阵单元100构成的反射阵列具有低剖面、低功耗、结构简单、加工成本低的特点，具有更多的应用场景。

本申请还提供一种反射阵1000，所述反射阵1000包括反射阵列，所述反射阵列包括多个如上任意一项所述的反射阵单元100，由于所述反射阵1000采用了上述所有实施例的技术方案，因此，也至少具有上述所有实施例的技术方案所带来的技术效果，在此不再赘述。

一实施例中，所述反射阵列包括多个子反射阵列，各所述子反射阵列包括多个所述反射阵单元，各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板1之间并联，并联之后电压不变，电流增加，能够获得较大的电流值，采用并联的形式，可避免由于个别太阳能电池板1损坏造成电路断裂所造成的太阳能充电系统无法正常工作的问题，提高反射阵的可靠性。另一实施例中，所述反射阵列包括多个子反射阵列，各所述子反射阵列包括多个所述反射阵单元，各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板1之间串联，串联之后电流不变、电压增加，能够获得较大的电压值。上述两个实施例可以择一存在或者同时存在，具体的，多个子反射阵列之间再根据需要进行串联或者并联，以获得所需的电压和电流。在实际生产中，多个子反射阵列串联或者并联之后形成小规模反射阵列，然后根据需要拼接形成大规模反射阵列，以降低大规模反射阵列的生产难度。

具体实施例中，太阳能电池板1的尺寸约为0.1～0.7波长（中心频率），第一介质基板2和第二介质基板3均为PCB板，反射阵单元100的整体厚度约为0.02～0.5波长（中心频率），单元的周期约为0.1~1波长（中心频率），本设计反射阵单元100的仿真模型如图8所示，根据图9的仿真结果可以看出，PIN二极管331的通断可以实现频段内辐射单元在X极化方向上0°和180°两种状态的相位的调控；根据图10的仿真结果可以看出，通过调整可调电阻阻值的大小，可以实现幅度的调控。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种反射阵单元，其特征在于，包括移相单元、层叠设置的第一介质基板和第二介质基板；

所述第一介质基板在背离所述第二介质基板的一侧设有太阳能电池板，所述太阳能电池板用以接收和辐射电磁波；

所述第二介质基板在朝向所述第一介质基板的一侧设有金属反射地。

2.如权利要求1所述的反射阵单元，其特征在于，所述移相单元包括：

耦合槽，开设于所述金属反射地的背离所述第二介质基板的一侧；以及，

移相枝节，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧。

3.如权利要求2所述的反射阵单元，其特征在于，所述反射阵单元还包括：

可调器件，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧，所述可调器件的一端与所述移相枝节的末端连接，所述可调器件的另一端通过过孔与所述金属反射地导接，所述可调器件用以调控反射电磁波的相位或者幅度；以及，

控制线，设于所述第二介质基板的背离所述第一介质基板的一侧，所述控制线的一端连接所述可调器件，所述控制线的另一端用以连接控制所述可调器件的控制装置。

4.如权利要求3所述的反射阵单元，其特征在于，所述可调器件包括二极管、可调电容或者可调电阻中的其中一种。

5.如权利要求3所述的反射阵单元，其特征在于，所述控制线上设置有隔离器件，所述隔离器件用以隔离射频信号与控制信号。

6.如权利要求5所述的反射阵单元，其特征在于，所述隔离器件包括扼流结构。

7.如权利要求1所述的反射阵单元，其特征在于，所述反射阵单元还包括耦合层，所述耦合层设于所述第一介质基板和所述金属反射地之间。

8.如权利要求1所述的反射阵单元，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为正方形板，所述正方形板的边长大于等于中心频率对应波长的0.1倍，且小于等于中心频率对应波长的0.8倍。

9.一种反射阵，其特征在于，所述反射阵包括：

反射阵列，所述反射阵列包括多个如权利要求1至8任意一项所述的反射阵单元。

10.如权利要求9所述的反射阵，其特征在于，所述反射阵列包括多个子反射阵列，各所述子反射阵列包括多个所述反射阵单元，各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板之间并联或者各所述子反射阵列中的多个太阳能电池板之间串联。