[实用新型]一种基于人工磁导体的宽频带波束可控缝隙天线

说明书

本实用新型公开了一种基于人工磁导体的宽频带波束可控缝隙天线，缝隙天线包括一个“X”字形的主辐射缝隙，两个寄生缝隙和一个AMC表面。主辐射缝隙的电长度设置为约1‑λ，两个寄生缝隙分别加载了一个PIN二极管，使用AMC表面使天线辐射方向图具有定向性，同时减小后瓣辐射。本实用新型通过采用电长度为1‑λ的主辐射缝隙实现宽阻抗带宽，控制寄生缝隙上的两个PIN二极管可以在三个状态之间离散地切换辐射波束的主瓣方向，AMC表面可以使天线在低剖面高度情况下具有单向高增益和低后瓣的辐射方向图；无需占据大空间和较多元器件来实现波束离散扫描的效果，电路结构简单，设计简便，频带较宽，大小紧凑，成本较低。

技术领域

本实用新型涉及无线移动通信领域的天线研究领域，特别涉及一种基于人工磁导体的宽频带波束可控缝隙天线。

背景技术

可控波束天线对信道环境具有灵活的适应性，可以扩大传送信号的覆盖范围。因此可应用于很多方面，比如卫星通信、雷达、遥感和WLAN等。在过去一段时间里，提出了大量的可控波束天线，主要基于五种方式，包括使用巴特勒矩阵、相控阵、可重构的电磁超表面、控制寄生元件和激励辐射体的不同工作模式。在这些模式中，使用相控阵和巴特勒矩阵是两种传统的方式。巴特勒矩阵具有低损耗、宽频带的优点，相控阵天线辐射性能好且光扫描较快。然而，使用相控阵和巴特勒矩阵实现方向图可重构往往需要激励多个辐射单元，天线整体结构非常笨重和复杂。

为了解决这个问题，许多研究人员试图通过使用一种没有复杂的馈电网络的单个辐射单元、在固定频带中设计出可控波束天线。第一个方式是使用可重构的电磁超表面，波束扫描天线是通过控制辐射体周围的有源频率选择表面来实现的，可控波束天线设计依赖可重构电磁超表面的Fabry–Pérot腔。文献《R.Guzmán-Quirós,A.R.Weily,J.L.Gómez-Tornero and Y.J.Guo,“AFabry–Pérot antenna with two-dimensional electronicbeam scanning,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.64,no.4,pp.1536-1541,Apr.2016.》中的设计可以实现超过10dBi的高增益，但是它们占据空间较大，而且需要很多的有源器件去控制单个单元的电磁超表面。有的设计中有源器件的数量甚至达到了大约240个，大大增加了制造成本和整体结构的复杂性。与使用可重构电磁超表面的方式相比，可控波束天线使用第二种方式来控制主要辐射体周围的寄生部分的尺寸和结构，从而调控辐射波束；PIN二极管通过控制准八木天线的控制体去实现波束调换，但是带宽被限制。这个设计在《P.Y.Qin,Y.J.Guo and C.Ding,“A beam switching quasi-Yagidipoleantenna,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.10,pp.4891-4899,Oct.2013.》中也需要许多PIN二极管来实现可重构，以及许多集总电感和电容实现直流偏磁。第三，可控波束天线认为是辐射体的可重构结构。辐射体的形状改变是为了激活不同的工作模式，调谐辐射波束。然而，它们的运行带宽很窄。通过激励不同的馈电端口，辐射波束指向不同的方向，但它们都需要额外的馈电网络来实现波束扫描，增大了整体结构的复杂性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于人工磁导体的宽频带波束可控缝隙天线，该天线可克服现有技术中带宽窄和结构复杂的缺陷。