[发明专利]一种可集成低剖面数字编码天线

说明书

本发明公开了一种可集成低剖面数字编码天线，该天线由多个编码天线单元阵列组成，其中，编码天线单元由上至下依次包括相位控制层、基础天线层和馈电网络层，馈电网络层为编码天线提供电磁辐射源，基础天线层用于产生电磁辐射波，相位控制层通过改变其超表面的结构大小用以控制编码天线的辐射相位，从而实现不同电磁波束的辐射。本发明在控制天线的电磁辐射方面有很大的突破，使得天线的电磁辐射与数字编码相融合，能够很好地将数字世界和物理世界进行结合；而且制造简单、操作方便，和以前的改进方式相比具有绝对优势，在实际中具有很高的应用前景。

技术领域

本专利所属电磁学领域，涉及电磁波辐射调控以及电磁超材料，具体涉及一种可集成低剖面数字编码天线。

背景技术

随着无线技术在通信和传感器网络中的日益广泛应用，以及对小型终端和移动设备的要求，尺寸小于自由空间一个波长的电小天线近年来受到了广泛的关注。电小天线的潜在应用包括通信系统、RFIDs和生物医学系统。此外，军用、无人机、个人通信系统等对电小天线也有一定的要求。在天线的设计过程中，效率高、易于构建、易于与其他通信设备集成、所需带宽和增益等是天线设计过程所需考虑的重要特性。在某些特殊情况下，当需要波束扫描时，天线的设计会更加复杂，需要将天线阻抗与馈源电路很好地匹配。一般来说，阵列天线的馈电是电小天线的关键，通常的方法是采用馈电网络或数字电路的形式。然而，众所周知，馈电网络或数字电路体积大、复杂度高、成本高、使用不便。因此，研制新型的用于微波区域辐射波控制的电小天线馈电机构仍然是一个挑战。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种结构新颖、高效的7.29GHz的2-bit可集成低剖面数字编码天线；对电磁辐射波进行处理，可以有效地调制辐射电磁波。改善电小天线的馈电形式具有体积大、复杂度高、成本高、使用不便的现状，使得编码天线具有实现波束偏转、多波束和对编码天线进行数学运算的能力。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种可集成低剖面数字编码天线，该天线由多个编码天线单元阵列组成，其中，编码天线单元由上至下依次包括相位控制层、基础天线层和馈电网络层，馈电网络层为编码天线提供电磁辐射源，基础天线层用于产生电磁辐射波，相位控制层通过改变其超表面的结构大小用以控制编码天线的辐射相位，从而实现不同电磁波束的辐射。

可选的，馈电网络层包括第一基板，以及印刷在第一基板上的馈电网络，第一基板没有设置馈电网络的一侧面与基础天线层贴合，并通过过孔与基础天线层的对称开环谐振器电连接。

可选的，第一基板为Rogers04350基板。

可选的，基础天线层包括第二基板、设置在第二基板一侧面的金属板以及设置在第二基板另一侧面的对称开环谐振器，其中，金属板与馈电网络层贴合，开环谐振器与相位控制层贴合。

可选的，相位控制层包括第一超表面、第二超表面、第三超表面、第三基板、第四基板和第五基板，其中第一超表面设置在第三基板一侧面，第二超表面设置在第四基板一侧面，第三超表面设置在第五基板的一侧面；且第三基板没有设置第一超表面的一侧面与第四基板设置第二超表面的一侧面贴合，第四基板没有设置第二超表面的一侧面与第五基板设置第三超表面的一侧面贴合，第五基板没有设置第三超表面的一侧面与基础天线层贴合。

可选的，通过改变第一超表面、第二超表面和第三超表面的尺寸能够使得谐振频率改变，实现极化转换对应的入射波的频段可调性。

可选的，第一基板、第二基板和第三基板均为F4B基板。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：