[发明专利]基于超表面天线的极化可重构方法

说明书

本发明公开了一种线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态可切换的超表面天线极化可重构方法，属于天线技术领域。该天线包括超表面、极化可重构馈电结构和金属地板三部分。所述超表面结构由四块大小完全相同的方形亚波长贴片单元组成。所述极化可重构馈电结构由加载有4个PIN管的交叉偶极子及两条沿y轴放置的矩形金属条带共同形成的箭头形偶极子组成且采用50欧姆同轴线直接对其馈电，该天线通过控制4个PIN管的导通和截止状态使得馈电结构变换成为对应的L形偶极子的形式或沿y轴的金属条带的形式，从而形成线极化、左旋圆极化或右旋圆极化并能实现三者之间的快速转换。所述金属地板用于实现天线的定向辐射。本发明提出了紧凑超表面结构结合可重构馈电偶极子结构，实现超表面天线的电可重构设计方法，可以通过控制极化可重构馈电结构的少数PIN开关的通断，实现超表面天线的三种状态极化可重构功能，且本发明提出一种新颖的L形馈电结构用以产生圆极化状态，同时天线具有紧凑化、低剖面、高增益、低成本及易加工等优势。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及超表面天线的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态的极化可重构实现方法。

背景技术

极化可重构天线能够在线极化和圆极化之间切换极化状态，通过复用相同的信道和频谱来提高系统容量，减小极化失配和信道干扰。极化可重构超表面天线相比于地板作反射面、电磁偶极子作为辐射体的可重构天线具有低剖面的优势，相比于传统的贴片天线具有增益更高、带宽更宽的优势，且无需复杂的馈电结构，避免了馈电网络的高损耗问题。目前，极化可重构天线的报道主要集中于采用机械旋转超表面的方式进行可重构，通过电可重构的方式实现超表面天线极化可重构的方法鲜有报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本、易加工的极化可重构超表面天线实现方法，该方法提出利用紧凑型超表面结合可重构馈电结构实现在不需要通过机械旋转超表面结构的情况下，仅通过改变极化可重构馈电结构的4个PIN管的通断状态，达到超表面天线的极化可重构功能。本发明提出的极化可重构超表面天线采用一种新颖的双箭头形极化可重构馈电结构用以实现线极化，左、右旋圆极化三种极化状态的激励，同时具有低剖面、尺寸紧凑、结构简单、成本低、增益高、信道容量大等特点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

极化可重构超表面天线，该天线由超表面、极化可重构馈电结构以及金属地板三部分组成，所述极化可重构馈电结构用于实现超表面天线的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态的极化可重构功能；

该天线由两层介质基板组成，所述上层基板用于印制可重构馈电网络结构。所述下层基板上表面和下表面分别印制超表面结构以及金属地板；

所述超表面结构由四个大小完全相同的亚波长贴片单元所组成，且每个单元之间的间距相等；

所述极化可重构馈电结构由加载有4个PIN管的交叉偶极子及两根沿y轴放置的金属条带所组成的双箭头形状结构，通过控制PIN管的导通或截止状态，分别控制馈电结构形成沿y轴的条带的形式或L形的偶极子结构形式，激励天线成为线极化、左旋圆极化或右旋圆极化工作状态，并可以实现三种极化状态之间的快速转换；

所述双箭头形极化可重构馈电结构由加载有4个PIN管的交叉偶极子及沿着y轴水平放置的金属条带组成，且采用50欧姆同轴线对其馈电；所述50欧姆同轴线的内外导体分别与双箭头形偶极子的两臂进行连接；

通过对所述4个PIN管(型号为MA4GP907，二极管的导通状态等效为5.2欧姆电阻，截止状态等效为0.025pF的电容)导通或截止状态的控制，能够实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化之间的转换，为了方便描述，将四个PIN管分别记为PIN#1、PIN#2、PIN#3、PIN#4：

1)当四个PIN管同时处于截止状态时，天线产生沿y轴的线极化状态；

2)当PIN#1、PIN#2导通，同时PIN#3、PIN#4截止时，天线产生左旋圆极化状态；