[发明专利]一种新型频率及波束可重构天线

说明书

本发明属于可重构天线技术领域，公开了一种新型频率及波束可重构天线，由地板、馈源贴片和可调部分反射板三部分组成。地板和可调部分反射板构成有限大镜像型法布里‑珀罗谐振腔，馈源贴片为法布里‑珀罗谐振腔提供激励。本发明所涉及的可重构天线可以依据可调部分反射板上加载变容二极管的反向偏置电压的分布方式分别实现谐振频率连续调谐和波束指向连续变化；可调部分反射板的单元按列分组，使得同列单元的反射系数相同且能够利用变容二极管的反向偏置电压对反射系数的幅度和相位实现相对独立的控制；可调部分反射板上加载变容二极管的反向偏置电压采用“锯齿”型按列设置的方式时可以在波束可重构模式下得到更大的波束扫描角度或更高的增益。

技术领域

本发明属于可重构天线技术领域，特别是涉及一种频率及波束可重构天线。本发明可应用于软件定义无线电系统或基站天线系统。

背景技术

目前，天线作为无线系统中不可或缺的组成部分，对系统的性能具有重要影响。在通信、雷达、遥感、测控、电子对抗等领域的一些应用场景中，通常需要天线具有较高的增益。传统的高增益天线大多采用口径天线(即反射面天线和介质透镜天线)或阵列天线的形式。其中口径天线容易实现具有不同特征的波束(如高增益点波束、多波束或赋形波束等)，但体积和重量较大，不利于系统集成。阵列天线需要设计复杂的馈电网络，通常还要克服影响阵列天线整体性能的互耦问题，但基于平面印刷工艺的阵列天线具有易加工、成本低、重量轻等优点。近年来得到广泛应用的反射阵列(Reflectarray)/透射阵列(Transmitarray)天线则融合了口径天线与阵列天线的优点，采用空间馈电技术和基于准周期结构散射单元设计的方式，克服了阵列天线传输线馈电网络的损耗问题，也能够实现灵活的辐射方向图。另一种结合空间馈电技术和准周期散射单元的天线为基于法布里-珀罗干涉原理的谐振腔天线，其典型结构包括地板、覆盖层以及二者之间的馈源，当地板和覆盖层的间距满足特定的谐振条件时，馈源辐射的电磁波经历覆盖层的多次部分反射后在某个方向上形成同相叠加，从而起到类似于聚焦透镜的作用，能够实现中等增益(10dB～20dB)。这种谐振腔天线相对于反射阵列/透射阵列天线来说口径尺寸较小，通常可以采用更简单的口径场综合方式，无需像反射阵列天线一样考虑等效反射面的焦径比以及馈源的照射锥削等问题，在一些要求中等增益和简单波束特征的应用场景下具有一定优势。

另一方面，随着无线系统的快速发展和电磁环境的复杂多变，系统对天线性能的各种要求也日益提高，如要求天线能够根据电磁环境或任务模式的变化做出适应性调整(如频率捷变、极化切换、波束切换或扫描等)。能够满足这种多功能、智能化的典型天线形式为相控阵天线，通过为阵列中每一个辐射单元或子阵接入移相器或收发组件的方式来实现灵活的辐射特性，但相控阵天线的成本较高且存在传输线馈电网络带来的损耗问题，为其应用带来了一定的限制。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中相控阵天线的成本较高且存在传输线馈电网络带来的损耗问题，为其应用带来了一定的限制。

解决以上问题及缺陷的意义为：发明为一种低成本智能天线解决方案，可以根据需要调控天线的工作频率、极化方式或辐射方向图，具有广阔的应用前景。本发明可以实现可重构的技术手段有多种方式，其中二极管元件并通过控制二极管偏置状态来改变天线上电流分布的方式，具有技术复杂度低、可靠性高、成本低等优势，在微波频段应用广泛。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型频率及波束可重构天线。

本发明是这样实现的，一种新型频率及波束可重构天线，所述新型频率及波束可重构天线由地板、馈源贴片和可调部分反射板三部分组成，地板和可调部分反射板构成有限大的镜像型法布里-珀罗谐振腔，馈源贴片为谐振腔提供激励，地板、馈源贴片和可调部分反射板平行放置并利用介质螺钉进行固定。

进一步，所述地板和可调部分反射板为单层双面平面印制板，馈源贴片为单层单面平面印制板。

进一步，所述地板设置有第一介质基板，第一介质基板的上表面蚀刻H形的耦合缝隙，第一介质基板下表面印制有微带馈线。