CN216120737U - 一种基于pin管的新型双频可扫描反射阵单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，新型双频可扫描反射阵单元包括介质基板，金属地覆盖于介质基板下方，辐射贴片结构盖于介质基板上方，辐射贴片结构由矩形贴片、方形贴片、第一双十字形贴片和第二双十字形贴片共同构成，矩形贴片和方形贴片形成了双频反射单元，PIN管位于矩形贴片和方形贴片中心的连线上。本实用新型的阵列单元能够工作在两个频段上，在PIN管导通和截止状态下反射相位相差180°，该单元可用于在两个频段上都能够进行波束扫描的双频反射阵列天线中。

Description

一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元

技术领域

本实用新型属于天线制造的技术领域，具体的说是涉及一种新型结构的反射阵列天线单元，尤其是一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，高增益、高定向性天线在卫星通信、雷达勘探、太空探索等远距离无线通信领域受到了越来越多的关注。传统的高增益天线主要有抛物面天线、相控阵天线。抛物面天线具有结构简单、增益高、方向性强等优点，但抛物面天线特殊的抛物面结构对加工精度提出了较高的要求，而且较大的体积结构不利于安装维护，同时难以快捷的改变抛物面天线的辐射方向。相控阵天线通过加载于每个天线单元的馈电网络，独立控制每个天线单元上的激励电流的幅度和相位信息，使得天线阵列能在一个较宽的角度范围内实现快速波束扫描，但是复杂的馈电网络以及大量的T/R组件，使得天线的传输损耗比较大，同时大量的移相器件和T/R组件导致加工成本比较大。微带反射阵列天线可以克服抛物面天线难以加工，相控阵天线成本高的缺点，微带反射阵列天线由馈源和微带反射阵面组成，微带反射阵列天线可以通过在天线单元上添加相位延迟线、改变天线单元大小、旋转单元等方式实现相位补偿。但是所设计的微带反射阵列天线只可以实现定向辐射，不可以实现波束的可重构。

近年来，PIN管作为微波可电控的集总器件在微波领域得到了极广泛的应用。定向反射阵列天线通过设计每个单元的参数实现相位补偿，如相位延迟线长度、单元大小、单元旋转角度，可以实现波束定向辐射。将PIN管添加于反射阵列天线单元，由于PIN管只具有导通和截止两种状态，因此加载PIN管的反射阵列天线单元只具有两种相位补偿状态。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，该阵列单元能够工作在两个频段上，在PIN管导通和截止状态下反射相位相差180°，该单元可用于在两个频段上都能够进行波束扫描的双频反射阵列天线中。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型是一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，新型双频可扫描反射阵单元包括介质基板，金属地覆盖于介质基板下方，辐射贴片结构盖于介质基板上方，辐射贴片结构由矩形贴片、方形贴片、第一双十字形贴片和第二双十字形贴片共同构成，矩形贴片和方形贴片形成了双频反射单元，PIN管位于矩形贴片和方形贴片中心的连线上。

本实用新型的进一步改进在于：矩形贴片的上下两个部分的中心处分别内嵌双十字形结构，矩形贴片上部分的双十字形结构和矩形贴片下部分的双十字形结构对称设置，第一双十字形贴片加载于方形贴片的上方，第二双十字形贴片加载于方形贴片的下方，第一双十字形贴片和第二双十字形贴片上下对称设置在方形贴片的两侧且第一双十字形贴片和第二双十字形贴片不与方形贴片直接相连。矩形贴片通过内嵌十字结构形成的等效电感和缝隙电容能够产生一个新的谐振，无论PIN管导通还是关断，这个谐振结构都能够提供一个除矩形贴片与方形贴片主工作频段以外的新频段，因此矩形贴片和方形贴片形成了双频反射单元。方形贴片所加载的第一双十字形贴片和第二双十字形贴片用来方便地调整方形贴片与矩形贴片的主工作频点，使其工作在所需的频段上。

本实用新型的进一步改进在于：第一双十字形贴片为两十字贴片且两个十字贴片对称设置，第二双十字形贴片为两十字贴片且两个十字贴片对称设置，第一双十字形贴片和第二双十字形贴片分别与方形贴片之间存在0.2-0.3mm缝隙。

本实用新型的进一步改进在于：金属地是覆盖在所述介质基板下方的铜箔，金属地由第一条带、第二条带和两个平行放置的结构单元构成，每个结构单元均由四个第三十字金属贴片和一个第四十字金属贴片组成，每个结构单元中的四个第三十字金属贴片分别环绕在第四十字金属贴片的左上角、右上角、左下角和右下角且呈中心对称方式放置。该结构主要用于调整反射单元的反射相位，反射单元的反射相位差主要取决于介质基板上方的矩形贴片和方形贴片，介质基板下方的十字环绕结构可以增加或者减少反射单元的反射相位，使得反射单元在PIN管导通和关断时具有180°的相位差。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提出的反射阵单元结构可以工作在两个频段上，能够实现其反射相位在两个频率上都达到PIN管导通和截止相差180°，当这种单元被用于反射阵之中，能够通过外加电源以及控制电路实现在两个频段上主波束方向的连续扫描，并且可用于波束可重构反射阵列天线。

附图说明

图1是本实用新型的单元辐射贴片结构图。

图2 是本实用新型金属地结构图。

图3 是本实用新型的截面示意图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

本实用新型是一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，新型双频可扫描反射阵单元包括辐射贴片结构1、PIN管2、介质基板3、金属地4、正馈电柱5以及负馈电柱6，所述辐射贴片结构1由矩形贴片1-1、方形贴片1-2、第一双十字形贴片1-3和第二双十字形贴片1-4共同构成，该反射阵单元可用于电可调波束扫描反射阵列天线之中，为反射阵列上的各个位置提供相应的量化后的补偿相位，实现主波束方向的连续扫描。

其中所述矩形贴片1-1的上下两个部分的中心处分别内嵌双十字形结构1-5，上下两部分的双十字形结构1-5对称设置，所述第一双十字形贴片1-3加载于所述方形贴片1-2的上方，所述矩形贴片1-1和所述方形贴片1-2形成了双频反射单元，所述第二双十字形贴片1-4加载于所述方形贴片1-2的下方，所述第一双十字形贴片1-3和所述第二双十字形贴片1-4均为两十字贴片且两个十字贴片对称设置在方形贴片1-2的两侧且所述第一双十字形贴片1-3和所述第二双十字形贴片1-4不与所述方形贴片1-2直接相连，存在0.2-0.3mm缝隙。

所述矩形贴片1-1和所述方形贴片1-2之间留有缝隙，缝隙的宽度为PIN管2管脚的距离，所述PIN管2焊接于所述矩形贴片1-1和所述方形贴片1-2中心的连线上。

辐射贴片结构是通过铜覆盖在截止基板上，调整贴片大小和反射阵单元大小可以调节反射单元的谐振频率，让单元工作在所需的频段上，矩形贴片1-1通过内嵌十字结构1-5形成的等效电感和缝隙电容能够产生一个新的谐振，无论PIN管2导通还是关断，这个谐振结构都能够提供一个除矩形贴片与方形贴片主工作频段以外的新频段，因此矩形贴片1-1和方形贴片1-2形成了双频反射单元，方形贴片1-2所加载的第一双十字形贴片1-3和所述第二双十字形贴片1-4用来方便地调整方形贴片与矩形贴片的主工作频点，使其工作在所需的频段上。

所述金属地4是覆盖在所述介质基板3下方的铜箔，所述金属地4由第一条带4-1、第二条带4-5和两个平行放置的结构单元构成，每个所述结构单元均由四个第三十字金属贴片4-2和一个第四十字金属贴片4-3组成，每个结构单元中的四个第三十字金属贴片4-2分别环绕在第四十字金属贴片4-3的左上角、右上角、左下角和右下角且呈中心对称方式放置。该结构主要用于调整反射单元的反射相位，反射单元的反射相位差主要取决于介质基板3上方的矩形贴片和方形贴片，介质基板3下方的十字环绕结构可以增加或者减少反射单元的反射相位，使得反射单元在PIN管导通和关断时具有180°的相位差。

在所述第四十字金属贴片4-3的中心位置设置有不敷铜箔的圆，所述圆的孔径为0.8mm，正馈电柱5和负馈电柱6通过第四十字金属贴片4-3中心位置的圆为PIN管2进行馈电，所述正馈电柱5和所述负馈电柱6均为直径为0.5mm的镀锡铜线。

所述正馈电柱5穿过辐射贴片结构1、介质基板3、金属地4中左侧的所述第四十字金属贴片4-3过孔焊接于辐射贴片结构1上且所述正馈电柱5的焊接点与所述PIN管2的阳极保持水平，所述负馈电柱6穿过辐射贴片结构1、介质基板3、金属地4中的右侧第四十字金属贴片4-3过孔焊接于所述辐射贴片结构1上且所述负馈电柱6与所述PIN管2的阴极保持水平。所述正馈电柱5的焊接点距离所述PIN管2的阳极水平方向5mm，垂直方向0mm，所述负馈电柱6的焊接点距离所述PIN管2的阴极水平方向5mm，垂直方向0mm。

该单元工作的频率为3.82GHZ和4.52GHz，单元的长宽都为35mm；矩形辐射贴片1-1长33mm，宽16.25mm，内嵌的十字结构的水平臂与垂直臂长度相等为12mm，十字结构1-5与贴片之间的缝隙为1 mm 宽；方形贴片1-2长宽均为15mm，方形贴片1-2和矩形贴片1-1中间的缝隙为0.5mm，方形贴片加载的第一双十字形贴片1-3和所述第二双十字形贴片1-4结构相同和尺寸都相同，其垂直臂与水平臂长相等为6mm，第一双十字形贴片1-3和所述第二双十字形贴片1-4与方形贴片的间距为0.2-0.3mm之间。

PIN管2使用的是SKYWORKS 公司生产的 SMP1340-079LF，具有开关速度快、低电容、低电阻的特性，选用SC-79封装的SMP1340，方便后期进行焊接工作。PIN 导通状态下等效为0.85欧姆的电阻和0.7nH的电感的串联，截止状态下等效为10欧姆的电阻和0.7nH电感以及0.21pF电容的串联，SMP1340-079LF采用的是SC-79封装，长度为1.6mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.1mm。PIN管焊接于辐射贴片的中心位置。

介质基板3使用的厚度为3mm介电常数为2.65的F4B，该介质基板介电常数稳定，有很好的的绝缘性和耐化学腐蚀性，非常适合制作天线阵列单元。当制作天线阵列后，个别单元不会因为介电常数不稳定而导致阵列单元相位补偿不够或过多，很好的绝缘性和耐化学腐蚀性有利于反射阵列天线工作于恶劣的环境中并保持很好的性能。

该反射阵单元是基于PIN管的，所述基于PIN管的新型反射阵单元具有良好的相移特性，工作频率为3.82GHZ时，反射单元在 PIN 二极管2导通与截止状态下，反射相位差180°，分别为141.1°和-38.9°。 在 4.52GHz 时，反射单元在 PIN 二极管2导通与截止状态下，反射相位差 180°，分别为 40.4°和-139.6°。反射损耗在 3GHz-5GHz 频段内都在-0.8dB 以内。

在制造上，单元的介质基板可以利用板材加工方来提供切割支持，在介质基板上方的辐射贴片和介质基板下方的金属地由加工方提供刻蚀支持，辐射贴片、介质基板、金属地的过孔也由加工方提供钻孔支持。

以上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，新型双频可扫描反射阵单元包括介质基板（3），金属地（4）覆盖于所述介质基板（3）下方，辐射贴片结构（1）盖于所述介质基板（3）上方，其特征在于：所述辐射贴片结构（1）由矩形贴片（1-1）、方形贴片（1-2）、第一双十字形贴片（1-3）和第二双十字形贴片（1-4）共同构成，所述矩形贴片（1-1）和所述方形贴片（1-2）形成了双频反射单元，所述PIN管（2）位于所述矩形贴片（1-1）和所述方形贴片（1-2）中心的连线上。

2.根据权利要求1所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述矩形贴片（1-1）的上下两个部分的中心处分别内嵌双十字形结构（1-5），所述矩形贴片（1-1）上部分的所述双十字形结构（1-5）和所述矩形贴片（1-1）下部分的所述双十字形结构（1-5）对称设置，所述第一双十字形贴片（1-3）加载于所述方形贴片（1-2）的上方，所述第二双十字形贴片（1-4）加载于所述方形贴片（1-2）的下方，所述第一双十字形贴片（1-3）和所述第二双十字形贴片（1-4）上下对称设置在方形贴片（1-2）的两侧且所述第一双十字形贴片（1-3）和所述第二双十字形贴片（1-4）不与所述方形贴片（1-2）直接相连。

3.根据权利要求2所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述第一双十字形贴片（1-3）为两十字贴片且两个十字贴片对称设置，所述第二双十字形贴片（1-4）为两十字贴片且两个十字贴片对称设置，所述第一双十字形贴片（1-3）和所述第二双十字形贴片（1-4）分别与所述方形贴片（1-2）之间存在0.2-0.3mm缝隙。

4.根据权利要求2所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于： 所述矩形贴片（1-1）和所述方形贴片（1-2）之间留有缝隙，所述缝隙的宽度为PIN管（2）管脚的距离，所述PIN管（2）焊接于所述矩形贴片（1-1）和所述方形贴片（1-2）中心的连线上。

5.根据权利要求1所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述金属地（4）是覆盖在所述介质基板（3）下方的铜箔，所述金属地（4）由第一条带（4-1）、第二条带（4-5）和两个平行放置的结构单元构成，每个所述结构单元均由四个第三十字金属贴片（4-2）和一个第四十字金属贴片（4-3）组成，每个结构单元中的四个第三十字金属贴片（4-2）分别环绕在第四十字金属贴片（4-3）的左上角、右上角、左下角和右下角且呈中心对称方式放置。

6.根据权利要求5所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述第三十字金属贴片（4-2）和所述第四十字金属贴片（4-3）大小不相同，且在所述第四十字金属贴片（4-3）的中心位置设置有不敷铜箔的圆，所述圆的孔径为0.8mm。

7.根据权利要求6所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述新型双频可扫描反射阵单元还包括正馈电柱（5）和负馈电柱（6）所述PIN管（2）馈电，所述正馈电柱（5）穿过辐射贴片结构（1）、介质基板（3）、金属地（4）过孔焊接于辐射贴片结构（1）上且所述正馈电柱（5）的焊接点与所述PIN管（2）的阳极保持水平，所述负馈电柱（6）穿过辐射贴片结构（1）、介质基板（3）、金属地（4）过孔焊接于所述辐射贴片结构（1）上且所述负馈电柱（6）与所述PIN管（2）的阴极保持水平。

8.根据权利要求7所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述正馈电柱（5）的焊接点距离所述PIN管（2）的阳极水平方向5mm，垂直方向0mm，所述负馈电柱（6）的焊接点距离所述PIN管（2）的阴极水平方向5mm，垂直方向0mm。

9.根据权利要求8所述一种基于PIN管的新型双频可扫描反射阵单元，其特征在于：所述正馈电柱（5）和所述负馈电柱（6）均为直径为0.5mm的镀锡铜线。

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