：本發(fā)明涉及雙極化天線制造，具體的說是一種易饋電的寬帶雙極化可重構(gòu)透射天線陣列。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、天線作為微波系統(tǒng)的終端。通過將微波信號轉(zhuǎn)換為在自由空間傳播的電磁波，實現(xiàn)無線通信，它是微波系統(tǒng)和自由空間的樞紐。并且隨著通信系統(tǒng)不斷地發(fā)展，其對天線性能的需求越來越高。為了滿足遠(yuǎn)距離通訊，雷達(dá)探測、微波著陸和電子干擾對抗等領(lǐng)域?qū)μ炀€的嚴(yán)苛要求，需要設(shè)計一些具有強(qiáng)的定向性和高增益的天線具備多極化、低剖面和電可控波束掃描等優(yōu)勢來彌補空間衰減等問題。相控陣天線能夠快速切換波束掃描方向和波束形狀，增益高，剖面低，易加工等優(yōu)點。但相控陣天線的移相結(jié)構(gòu)多數(shù)采用移相器芯片來獨立控制每個單元的相位變化，移相器芯片造價昂貴，需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)搭配使用，同時移相器芯片存在不同程度的插入損耗，導(dǎo)致天線的損耗加大，效率降低。

2、可重構(gòu)陣列天線通過對傳統(tǒng)的單元上加載有源器件如memes、變?nèi)莨芎蚿in二極管等，通過調(diào)控有源器件的狀態(tài)來改變電磁輻射體的電流分布以及電流流向來改變其透射相位，在天線設(shè)計領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如超透鏡，雷達(dá)天線罩，極化轉(zhuǎn)換。通過對單元的相位的特定設(shè)計，獲得具有高增益的輻射波束同時實現(xiàn)電控陣列波束掃描的效果。其具有結(jié)構(gòu)簡單，加工成本和工藝要求較低，并且無復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，易于和微帶電路集成等優(yōu)勢。

3、從現(xiàn)有研究成果可以看出，利用二極管調(diào)控超表面相比其他調(diào)控方式有著逐點調(diào)控簡單、生產(chǎn)成本和控制成本較低等多方面的優(yōu)勢。但目前大部分可重構(gòu)超表面天線都是單極化的，雙極化可重構(gòu)超表面的技術(shù)方案又存在著只能對陣面一行或一列陣元進(jìn)行控制，不能單獨對任意一個陣元進(jìn)行編碼，且直流饋電網(wǎng)絡(luò)沒有加扼流結(jié)構(gòu)，容易對直流信號產(chǎn)生影響的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出了一種易饋電的寬帶雙極化可重構(gòu)透射天線陣列。

2、本發(fā)明通過以下措施達(dá)到：

3、一種易饋電的寬帶雙極化可重構(gòu)透射天線陣列，其特征在于，設(shè)有：饋源天線、直流偏置網(wǎng)絡(luò)以及兩個以上雙極化可重構(gòu)單元，其中，兩個以上的雙極化可重構(gòu)透射天線單元，其中每個雙極化可重構(gòu)透射天線單元由兩個完全相同的可重構(gòu)透射單元正交排布在同一平面形成，所述可重構(gòu)透射單元中設(shè)有兩個線極化并沿同一方向排列的偶極子，兩個偶極子形成有源接收偶極子和無源非對稱發(fā)射偶極子的接收發(fā)射結(jié)構(gòu)，兩個偶極子通過一個公共接地點分開，并通過一個金屬化的通孔連接，且在每個偶極子單元旁邊并聯(lián)一個7±0.5mm偶極子作為無源寄生旁路以拓展天線帶寬，接收偶極子集成了兩個pin二極管，以基于電流反轉(zhuǎn)原理控制天線單元pin管通斷實現(xiàn)1-bit編碼；

4、所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)由用于與每個雙極化可重構(gòu)單元相對應(yīng)的直流饋線組成，直流饋線采用窄微帶線，每個雙極化可重構(gòu)單元中有兩條獨立的直流饋線，每條直流饋線用于對應(yīng)一種極化，對于每個接收發(fā)射結(jié)構(gòu)，有源接收偶極子的中間部分通過無源發(fā)射器偶極子接地，有源接收偶極子的兩端通過直流饋線施加+1.3/-1.3v直流偏置電壓以控制二極管狀態(tài)，直流饋線末端有著終端開路的四分之波長扇形枝節(jié)，用于濾波整流和抑制射頻；

5、所述饋源天線使用波紋喇叭天線作為饋源，將波紋喇叭天線安置在可重構(gòu)透射陣列中心上方作為饋源，根據(jù)不同波束指向角所需相位分布對單元編碼從而進(jìn)行相位補償，實現(xiàn)電控波束掃描的效果。

6、本發(fā)明中雙極化可重構(gòu)單元為了滿足雙極化要求，需要將單元設(shè)計成細(xì)長型，便于后續(xù)將兩個完全相同的單元結(jié)構(gòu)正交排布，每個雙極化可重構(gòu)單元由有源接收偶極子和無源發(fā)射偶極子構(gòu)成，在偶極子旁加入了寄生旁路，單元工作時，收發(fā)偶極子的電流耦合到寄生旁路上，形成反向電流，產(chǎn)生了新的諧振，大大拓展了工作帶，用凸型結(jié)構(gòu)用于連接偶極子兩端，便于后續(xù)的直流饋電線路設(shè)計，由于透射單元集成了有源器件，因此必須在單元結(jié)構(gòu)上設(shè)置相應(yīng)的偏置電路以便給變?nèi)荻O管施加反向偏置電壓，其中在有源偶極子介質(zhì)板與地層之間，加入一個連接層，用于直流偏置走線，走線寬度為0.2mm的高阻抗微帶線，在偏置線上會增加一個扇形扼流，枝節(jié)長度通常為四分之一個波長，起到隔交通直的效果，扼流特性用來降低射頻信號與直流信號之間的相互影響，由于扇形枝節(jié)也是一個開放性結(jié)構(gòu)，也會輻射，要將其安置在電場零點附近，減小其對整個單元透射性能的影響。

7、本發(fā)明中接收偶極子集成了兩個pin二極管，基于電流反轉(zhuǎn)原理，控制透射單元pin管通斷實現(xiàn)1-bit編碼，為了獲得高性能和穩(wěn)定的rta元件性能，選用的二極管模型為madp-000907-14020，在實際仿真中，pin管被建模為集總元件，pin管在導(dǎo)通狀態(tài)下的初始值等效為r＝7.8ω，l＝30ph的級聯(lián)，并且off狀態(tài)下的初始值相當(dāng)于c＝0.025f和l＝30ph的級聯(lián)。

8、本發(fā)明中饋源天線由圓波導(dǎo)波紋喇叭天線構(gòu)成，波紋喇叭的喇叭開口半徑為21.20mm，長25.26mm，內(nèi)部有3道環(huán)形扼流槽，與傳統(tǒng)形式的喇叭天線相比，它具有能夠減少邊緣繞射，改善波瓣圖的對稱性并減少交叉極化的優(yōu)良性能。

9、本發(fā)明中直流饋線網(wǎng)絡(luò)為了減少邊緣單元的走線數(shù)量，偏置網(wǎng)絡(luò)采用上下對稱結(jié)構(gòu)，這樣保證單元上最多只有5條直流走線，走線的寬度為0.2mm，相同介質(zhì)板上，走線越窄，對于射頻信號的阻抗越高，選擇0.2mm的高阻抗走線不僅可以扼制射頻信號對直流信號的干擾，還便于走線的布局，同時，為了保證不同單元間的直流信號不互相干擾，相臨饋線之間的間距也為0.2mm，為了能對兩個極化狀態(tài)的單元進(jìn)行單獨控制，同時降低交叉極化，兩個極化狀態(tài)的直流走線互相獨立。

10、本發(fā)明由饋電喇叭發(fā)出的電磁波到達(dá)透射射陣面后，由于饋電喇叭到每個透射單元的空間距離不相等，導(dǎo)致各個透射射單元接收到的入射波具有不同的空間相位差，根據(jù)饋電喇叭相位中心的位置和平面透射陣列天線輻射波束指向，計算出每個透射單元對入射波的相位延遲，然后設(shè)計透射單元對入射波進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔谎a償，從而使透射后的電磁波在設(shè)計的方向上實現(xiàn)同相疊加，形成等相位面，最終得到所需的高定向性筆形波束。在計算補償相位之前，需要確定饋電喇叭與透射陣列間的焦距；

11、對于傳統(tǒng)的天線來說，天線的效率至關(guān)重要，天線的效率越高則其性能越好，輻射出的能量越多，對于透射陣列來說，主要關(guān)注其口徑效率，可以通過以下公式來計算：

12、ηa＝gm/g

13、g＝4πd/λ2?(1)，

14、其中是g理想的增益，gm表示陣列天線實測的增益，d為陣列口徑大小，為了獲得更高的效率，選擇最佳焦距(f)是至關(guān)重要的，對于給定的饋電模式，存在最佳的f/d值，最佳口徑效率的焦距為f＝85mm，焦徑比f/d＝0.91，確定焦距后，為了在期望方向上獲得高增益平面波，位于(m，n)處的rta的相位可以寫為：

15、

16、m，n分別是相對于參陣元的標(biāo)號，p為單元周期，為9.3mm。其中，是中心單元的參考相位，α和β是x和y方向上的波束掃描角，對于連續(xù)相位調(diào)制，不同的不影響相位補償?shù)男阅埽欢?，對?比特相位量化，僅提供0°和180°相位狀態(tài)，并且式(2)中的相位分布可以定義為：

17、

18、相位確定后對整體進(jìn)行組陣編碼，該天線通過控制單元上pin管的通斷控制各個單元兩個極化方向上的透射相位，從而實現(xiàn)雙極化的電控波束掃描。

19、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)合理、工作可靠等顯著的優(yōu)點。