[发明专利]可切换人工磁导体、具有可切换人工磁导体的可重构径向波导及相关方法

说明书

一种可切换人工磁导体(S‑AMC)，包括导电层、导电贴片、以及开路短截线，该导电贴片位于导电层的一侧上并且与导电层电绝缘，该开路短截线位于导电层的相对一侧上并与导电层电绝缘。开关元件被配置为响应于控制信号选择性地打开或关闭导电贴片和开路短截线之间的电连接。当该电连接关闭时，导电贴片对定义频带内的射频(RF)信号呈现出高阻抗导磁表面，当该电连接打开时，导电贴片对定义频带内的RF信号呈现出导电表面。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月15日提交的发明名称为“具有可切换人工磁导体的可重构径向波导”、申请号为No.16/009,980的美国专利申请的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及天线设计，在特定实施例中，涉及可重构波导天线阵列的装置和方法以及在该波导中使用的可切换人工磁导体的装置和方法。

背景技术

射频(radio frequency，RF)发射器利用天线传播无线RF信号。天线的形状以及RF信号处理技术使波束转向(beam steering)得以实现。波束转向允许在辐射信号的主瓣方向的位置方面具有空间选择性。传统波束转向技术依赖于通过一系列移相器和RF开关控制RF信号的相位。将移相器、RF开关、以及其他复杂的部件包括在内增加了天线的制造成本和设计复杂度。现有的实现波束转向的径向波导天线结构通常依赖于未有效利用空间的配置或依赖于昂贵的部件或组件。因此，需要一种具有宽带能力的较简单天线设计。这种天线可以在敏捷部署中使用。

发明内容

本公开描述了可切换人工磁导体(switchable artificial magneticconductor，S-AMC)以及包含S-AMC阵列以进行波束转向无线传输的敏捷天线设备。在至少一些应用中，所描述的S-AMC和天线设备可以用于实现节省空间的天线结构，该天线结构相比传统波束转向天线具有更高的成本效益。

根据第一示例方面的是一种可切换人工磁导体(S-AMC)元件，包括导电层、导电贴片、以及开路短截线，导电贴片位于该导电层的一侧上，并且与该导电层电绝缘，开路短截线位于该导电层的相对一侧上，并且与该导电层电绝缘。开关元件被配置为响应于控制信号，选择性地断开或导通导电贴片和开路短截线之间的电连接。当上述电连接导通时，导电贴片对定义频带内的射频(RF)信号呈现出高阻抗导磁表面，当上述电连接断开时，导电贴片对定义频带内的RF信号呈现出导电表面。

在一些示例中，上述开路短截线和上述导电贴片被配置为当上述电连接导通时，用作具有谐振频率落入定义频带内的谐振LC电路。在一些示例中，上述开关元件是可开关二极管和纳米机电开关(nano-electromechanical switch，NEMS)之一。

在一些示例中，S-AMC元件由多层结构组成，该多层结构包括上述导电层，上述导电层作为中间层被夹在第一介电基板层和第二介电基板层之间，上述导电贴片位于第一介电基板层上，上述开关元件和开路短截线位于第二介电基板层上，上述S-AMC元件包括从上述导电贴片通过第一介电层、导电层、以及第二介电层延伸到上述开关元件的导电元件。

在示例实施方式中，多个第一示例方面的S-AMC元件可以包含在一片平行板波导中，该多个S-AMC元件被配置为，当处于第一状态时，对包括定义频带的目标频带内的RF信号呈现出导磁表面，当处于第二状态时，对上述目标频带内的RF信号呈现出导电表面，从而控制上述平行板波导内的RF信号的传播方向。在一些示例中，上述平行板波导是中心具有RF馈点(RF feed)的径向波导，并且上述多个S-AMC元件布置在圆形阵列中。在一些示例中，对于至少一些S-AMC元件，上述定义频带不同，并且上述多个S-AMC元件的目标频带大于单个S-AMC元件的定义频带。