[发明专利]一种宽带低剖面双圆极化的时间调制天线阵列

说明书

本发明涉及一种宽带低剖面双圆极化的时间调制天线阵列，属于天线技术领域。该天线阵列包括馈电网络和使用同一介质基板的四个超表面天线单元，其中馈电网络包括射频开关、控制电路和同轴线，射频开关的输入端接入射频信号，输出端通过同轴线与四个超表面天线单元连接，控制电路控制射频开关的切换频率。本发明时间调制天线阵列具有宽带、双圆极化、低剖面、低轴比、辐射频率可调、结构稳定和易于加工的优点，具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种宽带低剖面双圆极化的时间调制天线阵列。

背景技术

在无线通讯系统中，双圆极化天线可以接受圆极化波和任意极化方向的线极化波，并且具有很强的抗干扰和抗衰减的能力，在移动通信和卫星通信中具有广阔的应用前景。到目前为止，研究人员们已经提出了多种实现双圆极化辐射的天线。例如基于十字形、米字形缝隙耦合馈电的双圆极化天线，以及基于多模馈电的双圆极化天线，还有通过顺序旋转的馈电网络在同一频段内实现双圆极化的阵列天线。然而这些天线的轴比性能随频率变化大，工作带宽窄，难以满足通信系统对天线的宽带需求。

2020年，Grzegorz Bogdan等人提出了一种新型的双圆极化时间调制天线阵列，使用射频开关代替了传统的顺序相位馈电，利用线极化天线单元的顺序排列和边带频率的相位差，分别在第一个负边带频率和第一个正边带频率上激励了右旋圆极化(RHCP)和左旋圆极化(LHCP)，并且该天线阵列的轴比与频率无关。但是该天线阵列采用普通的E型微带天线作为基本天线单元，使得整个天线阵列的工作带宽较窄。并且该天线阵列由四个天线单元电路板拼成，而不是由一块电路板加工而成，增加了加工成本，且需要螺钉对每块天线单元电路进行位置的固定，增加了人工成本。并且使用过程中电路板位置容易发生偏差或偏移，引起天线单元之间的相位误差，影响天线阵列的性能。

因此，为了进一步提升双圆极化时间调制天线阵列的工作带宽，结合具有宽带低剖面性能的超表面天线单元，设计出宽带低剖面性能的双圆极化时间调制天线阵列具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用一块电路板的宽带低剖面双圆极化的时间调制天线阵列，实现较宽的工作带宽、低加工成本，避免使用过程中因电路板位置偏移而引起的天线单元之间的相位误差。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种宽带低剖面双圆极化的时间调制天线阵列，包括馈电网络和使用同一介质基板1的四个超表面天线单元，其中超表面天线单元都设置在介质基板1的一个表面上，介质基板的另一表面设置有金属地板2。馈电网络的输出端分别连接四个超表面天线单元，按照顺序依次给四个超表面天线单元导通输入信号，每个超表面天线单元的导通时间均为四分之一个调制周期，并且每次只导通一个超表面天线单元。

可选地，馈电网络包括射频开关、控制电路和同轴线5。其中射频开关输入端接入射频信号，输出端通过所述同轴线5依次连接四个超表面天线单元。控制电路控制射频开关的切换频率。其中，射频开关为单刀四掷射频开关。

可选地，超表面天线单元包括超表面结构3和L型探针7。超表面结构3设置在介质基板1的一个表面上，L型探针7一部分设置在介质基板1中，另一部分位于同轴线5中。

可选地，L型探针7包括长方形金属贴片4和由同轴线5内导体构成的金属铜柱6，长方形金属贴片4和金属铜柱6焊接在一起。

可选地，四个超表面天线单元以电路中心点为轴，依次顺时针递进旋转90°进行排列。

可选地，超表面结构3包括边缘贴片、中心贴片和两个长方形贴片，边缘贴片对称均匀的分布在中心贴片两侧，两个长方形贴片对称分布在中心贴片另两侧。