微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器的制作方法

本发明属于电磁波相位调制技术领域，尤其涉及一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器。

背景技术：

卫星通信、空间探测、雷达、近场安全监测等很多领域都需要电磁波波束的扫描功能。目前采用的扫描制式有机械式和相控阵式。机械式扫描利用伺服带动三轴转台实现波束控制，但这种方法扫描周期长。传统的相控阵式波束扫描天线采用的是电路移相器的实现方法，这种方式需要在每一个固态移相器的通路加上一套信号处理前端，这使得这种相控阵式的波束扫描需要的成本往往很大。对于民用产品而言，这种代价往往高昂到难以承担，不利于新技术的推广和广泛应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。

所述空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件或材料来实现对空间调相单元的实时电控。

所述印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔。

所述器件或材料包括：pin管、mems开关、变容二极管、液晶。

所述空间电磁波调相器根据被利用的能量来自穿过空间电磁波调相器和被空间电磁波调相器反射而分为透射式和反射式两类。

所述空间电磁波调相器相邻的空间调相单元之间相位差为360°/2^n，n为相位量化状态数。

所述单元相位控制电路包括：控制芯片驱动电路以及与各空间调相单元的连接线。

所述空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。

本发明的有益效果：

(1)重量轻便。相比于传统的固态调相器采用铁氧体等形式，空间调相器不需要复杂的调相电路，简化了多路信号处理前端。

(2)低剖面，对于透射阵形式的阵列而言，由于馈源位于单元阵列的后侧，天线的剖面很低。低剖面的形式特别适合紧凑的结构设计。

(3)制作成本低廉。采用常见的介质基板以及标准的印刷电路板工艺，就可以实现空间调相器的制作。

(4)应用范围广泛。应用不同工艺，可以制作符合覆盖微波毫米波和太赫兹频段的空间调相器，通过电调的方式，不仅可以电磁波束的远场扫描的功能，还能实现电磁波束的近场扫描和远场扫描的功能切换。

附图说明

图1为所实施的透射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。

图2为所实施的反射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。

图3为所实施的空间调相器单元的典型形式的工作原理。

图4为所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。

图5为所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。

图6为所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。

图7为所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。

图8为所描述的一种典型的空间调相器单元相位分布控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明提出了一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。

所述空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件来实现对空间调相单元的实时电控。

所述印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔等。。

所述器件或材料包括：pin管、mems开关、变容二极管、液晶。

所述空间电磁波调相器根据被利用的能量来自穿过空间电磁波调相器和被空间电磁波调相器反射而分为透射式和反射式两类。

所述空间电磁波调相器相邻的空间调相单元之间相位差为360°/2^n，n为相位量化状态数。

所述单元相位控制电路包括：控制芯片驱动电路以及与各空间调相单元的连接线。

所述空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。

如图1所示，本发明为所实施的透射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。

如图2所示，本发明为所实施的反射式微波毫米波与太赫兹空间调相器的工作原理。

如图3所示，本发明为所实施的空间调相器单元的典型形式的工作原理。

如图4所示，本发明所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。

如图5所示，本发明所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。

如图6所示，本发明所实施的一种新型的基于透射式的空间调相器的远场汇聚扫描天线。

如图7所示，本发明所实施的一种新型的基于反射式的空间调相器的近场汇聚扫描天线。

如图8所示，本发明所描述的一种典型的空间调相器单元相位分布控制模块。

采用这种方法可以廉价方便地实现电磁波波束在某一个方向上的汇聚，以及在不同方向上的扫描。同时这种方案的设计可以实现电磁波的近场扫描，远场扫描等功能的任意切换。这种方案摒弃了复杂笨重的机械扫描平台。同时，这种方案可以有效避免复杂的功分网络设，降低了能量损耗，降低了生产的难度，降低了设计成本，因此可以成为昂贵的相控阵方式的有力替代者。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明属于电磁波相位调制技术领域，尤其涉及一种微波毫米波与太赫兹空间电磁波调相器，包括：空间调相单元阵列、单元相位控制电路、天线馈源；所述空间调相单元为印刷电路或金属表面，在天线馈源的入射电磁波的照射下产生表面电流从而辐射散射场对出射电磁波的相位进行调制。空间调相单元通过增加一种或多种可电控的器件来实现实现对空间调相单元的实时电控。印刷电路或金属表面的形状包括：缝隙、矩形贴片、圆形贴片、通孔。器件或材料包括：PIN管、MEMS开关、变容二极管、液晶。空间电磁波调相器对空馈入射的电磁波的相位进行调制，经过调制后的出射电磁波将在远场或近场的某个角度上实现汇聚，再通过改变控制偏置电压实现电磁波波束扫描。

技术研发人员：杨帆;潘笑天;许慎恒;李懋坤
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2018.07.12
技术公布日：2018.12.18