[实用新型]一种液晶可重构波束扫描天线

说明书

本实用新型公开了一种液晶可重构波束扫描天线，通过调控液晶实现了天线上各个单元辐射幅度的控制，进而得到了具有大扫描范围的液晶波束扫描天线，解决了传统液晶波束扫描天线波束扫描范围小的问题。同时，由于这种天线对液晶介电常数调谐率的要求大大降低，因而可以通过使用低成本液晶(介电常数调谐率也低)来实现波束扫描，降低天线价格。本实用新型作为一种成本低、扫描范围大的波束扫描天线，可以广泛应用于无人驾驶，KU/KA频段卫星通信，高速低轨道卫星通信，5G通信及高速无线局域网中。

技术领域

本实用新型属于微波天线技术领域，尤其是一种液晶可重构波束扫描天线。

背景技术

现代通信技术的发展对于天线的要求越来越高，普通的机械扫描系统以及频扫天线已经不能满足现代通信的需求，实现电控扫描天线系统已经成为了目前的发展趋势。波束扫描天线在4G/5G通信、卫星通信、动中通、无人驾驶、无线局域网等应用中具有重要作用。传统波束扫描天线是通过相控阵天线或漏波天线实现的。其中，前者受限于天线成本，难以在民用环境中推广。后者主要通过变容二极管或开关二极管改变天线的辐射方向，进而实现波束扫描，这种实现方法受限于二极管封装分布参数，往往无法工作在较高频率。

为了在更高的频率上实现波束扫描天线，科学家们提出可以利用液晶替换二极管实现对天线辐射方向的控制，并在近年来取得了诸多重要的研究成果，设计实现了多种基于液晶的波束扫描天线。然而，传统液晶波束扫描天线的波束扫描范围与液晶介电常数的调谐范围呈正相关性。因此，这种方法存在两个问题：第一，在传统液晶波束扫描天线中，为了获得更大的波束扫描范围，需要选用价格昂贵的特型液晶(介电常数调谐范围较大)，大大增加了液晶波束扫描天线的成本；第二，即使选用昂贵的特型液晶，传统液晶波束扫描天线的波束扫描范围仍然只有±20°，不足以满足各种应用环境的需求。近期，研究人员提出的基于波导结构的液晶超材料天线，克服了传统液晶波束扫描天线波束扫描范围小的问题，但是这种液晶超材料天线是由多个加载辐射结构的金属矩形波导组成的，具有结构复杂、设备沉重、尺寸要求严格、设计难度大等诸多缺陷。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种液晶可重构波束扫描天线，其通过改变液晶介电常数来控制天线阵列上各个子阵元的工作状态，从而实现具有大扫描范围(±75°)的波束扫描天线，解决了传统液晶漏波天线波束扫描范围小的问题。同时，这种天线在波束扫描过程中，对单元的辐射幅度和相移的绝对变化量要求较低，因此它对液晶介电常数调谐率的要求大大降低，可以通过使用低成本液晶(介电常数调谐率也低)来实现波束扫描，降低天线成本。此外，在传统波束扫描天线中，用于激励辐射单元的导行电磁波通常在有损耗的介质或液晶加载的传输线中传播，这在很大程度上限制了天线的总效率；而在本实用新型中，导行电磁波是在空气平行板波导中传播的，因而大大降低了天线的传输损耗，提高了天线的总效率。

根据本实用新型的一方面，提出一种液晶可重构波束扫描天线，所述液晶可重构波束扫描天线包括波传输结构、辐射结构和辐射控制结构，其中：

所述波传输结构、辐射结构和辐射控制结构自下而上依次设置；

所述波传输结构用于接收馈入的信号，将信号向上耦合至辐射结构；

所述辐射结构用于从位于下方的波传输结构中接收耦合馈入的信号，并将信号向外辐射出去；

所述辐射控制结构用于通过控制液晶来控制所述辐射结构的工作频率和辐射幅度。

可选地，所述辐射结构包括n个辐射单元的阵列，所述辐射控制结构包括n个辐射控制单元的阵列。

可选地，所述辐射单元包括第一金属贴片和设置在所述第一金属贴片上的缝隙。

可选地，所述第一金属贴片与所述缝隙之间的关系为，所述缝隙使得第一金属贴片呈对称关系或第一金属贴片的主要部分呈对称关系。