一种基于电磁表面的阵列天线的制作方法

本发明涉及卫星导航领域中的一种基于电磁表面的阵列天线。

技术背景

具有高增益波束扫描特性的波束可重构阵列天线有广泛的应用。现有的高增益波束扫描天线主要有机械旋转抛物面天线和电控相控阵天线两大类。其中，旋转抛物面天线具有结构简单、成本低、效率高等优点，但其外形为特殊的曲面、体积庞大、重量沉且波束扫描速度慢、伺服系统要求高。电扫相控阵天线可以较好地克服上述不足，其不仅扫描速度快、性能更加灵活，平面或共形结构也更有利于与载体保持共形，但其馈电网络设计复杂，尤其当天线口径增大时，馈电损耗较高，天线的辐射效率较低，可实现的增益受限。虽然在单元中引入固态收发组件可以减小馈电损耗，但系统的成本、重量将大幅提高，这些都限制了其大规模应用。

技术实现要素：

为此，本发明的目的在于提出一种基于透射式表面的新型阵列天线，以较低的成本获得快速波束扫描性能。

提供的技术方案为：

提供了一种基于电磁表面的阵列天线，其包括馈源1和平面调相天线2，馈源的信号发射口与平面调相天线用于调整信号相位的调相面正对；

在馈源的上表面设有多个等间隔绝缘设置的调相金属贴片，多个调相金属贴片组成调相面，每个调相金属贴片包括四个l形贴片组件7，四个l形贴片组件之间形成十字带状空气区域，每相邻的l形贴片组件成镜像对称分布，十字带状空气区域的每个支臂端头处各设有电容3和二极管4，每个电容都与两侧对应的l形贴片组件电性连接，每个二极管都与两侧对应的l形贴片组件电性连接。

进一步的，各个二极管的允许电流流动方向的延长线形成一个矩形，各个二极管的电气连接方式为允许四个l形贴片组件形成闭环联通结构的设置方式。

进一步的，平面调相天线由多个阵列天线辐射单元横纵联结组成平面板状结构，每个阵列天线辐射单元都包括一所述的调相金属贴片5、第一介质板、地层6，调相金属贴片设置在第一介质板的上表面，地层设置在第一介质板的下表面，调相金属贴片、电容3和二极管4都位于第一介质板上。

进一步的，每个阵列天线辐射单元还包括数字控制器件，每个数值控制器件的电容开关控制端口都与对应阵列天线辐射单元的电容电气连接，每个数值控制器件的二极管开关控制端口都与对应阵列天线辐射单元的二极管电气连接。

进一步的，每个阵列天线辐射单元还包括第二介质层，第二介质层设置在地层下方。

本发明相对于现有技术而言具有的有益效果在于：

根据本发明实施例的基于透射式阵列天线表面的新型波束可重构阵列天线，调节电磁表面每个单元的反射相位或者透射相位，并采用喇叭馈源从空间照射整个表面，调节表面每个单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束、捷变波束或者多波束，具有馈电损耗小、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、剖面低、重量轻、易共形、成本低的优点。

当所述馈源为阵列天线，如微带阵列天线时，不限于微带阵列天线，所述馈源置于所述阵列天线表面后方，且所述阵列天线表面处于所述馈源的近场照射区时，所述新型波束可重构阵列天线处于近场透射式工作状态

附图说明

图1为可重构阵列天线结构图；

图2为平面调相天线的结构图；

图3为天线的原理框图；

附图标记说明：

馈源1、平面调相天线2、电容3、二极管4、调相金属贴片5、地层6、形贴片组件7

具体实施方式

如图1-图3所示，提供了一种基于电磁表面的阵列天线，包括馈源1和平面调相天线2，馈源的信号发射口与平面调相天线用于调整信号相位的调相面正对，由多个阵列天线辐射单元横纵联结且绝缘设置的组成平面板状结构，

每个阵列天线辐射单元都包括调相金属贴片5、第一介质板、地层6，调相金属贴片，多个调相金属贴片组成调相面，调相面为平面调相天线上表面。

如图2所示，每个调相金属贴片包括四个l形贴片组件7，四个l形贴片组件之间形成十字带状空气区域，每相邻的l形贴片组件成镜像对称分布，十字带状空气区域的每个支臂端头处各设有电容3和二极管4，每个电容都与两侧对应的l形贴片组件电性连接，每个二极管都与两侧对应的l形贴片组件电性连接。

调相金属贴片设置在第一介质板的上表面，地层设置在第一介质板的下表面，调相金属贴片、电容3和二极管4都位于第一介质板上。

二极管的拓扑连接方式为首尾相连依次串接，因此各个二极管的允许电流流动方向的延长线形成一个矩形，各个二极管的电气连接方式为允许四个l形贴片组件形成闭环联通结构的设置方式，电流方向为单一方向。

每个阵列天线辐射单元还包括数字控制器件，.数字控制器件为贴片式的dlp4500控制器，其带有多个信号引脚，两个供电引脚，每个数值控制器件的电容开关控制端口都与对应阵列天线辐射单元的电容电气连接，每个数值控制器件的二极管开关控制端口都与对应阵列天线辐射单元的二极管电气连接。

每个阵列天线辐射单元还包括第二介质层，第二介质层设置在地层下方，第二介质层主要用于将数字控制器封在第一介质层与第二介质层之间，其供电电路为5v常规供电，其线路绕过天线面，由一侧引出隐藏沿着天线面板下方延伸。

二极管为macom公司的mes133t2gfc-010-25，其工作状态包括：导通、截止。

第一介质层为arlon25n，相对介电常数为3.3228，但不局限于该电磁参数的板材。

第二介质层为foam，相对介电常数为1.3307，但不局限于该电磁参数的板材。

在使用过程中通过调节电容、二极管的开关，可以改变平面调相天线的工作状态，近而改天将天线特征状态，馈源和天线表面处于近场透射式工作状态时，馈源与阵列天线表面的距离大概三个波长，此时由馈源和阵列天线表面组成的新型波束可重构阵天线具有低剖面特征，所述天线表面处于所述馈源的远场照射区时，所述新型波束可重构阵列天线处于远场透射式工作状态

电容器为了便于共形采用的贴片电容和二极管为pin二极管，

电容器、二极管作为相位控制器件可以在需要的频率得到两个数字可控的反射相位值，通过改变通断、通过量，改变天线特性从而获得高增益聚焦的动态扫描波束和捷变波束，这种高增益波束扫描天线设计方法，结合了常见抛物面天线和相控阵天线的优点，同时克服了两者的不足，具有非常突出的性能、成本及推广使用优势。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种基于电磁表面的阵列天线，其包括馈源和平面调相天线，馈源的信号发射口与平面调相天线用于调整信号相位的调相面正对，在馈源的上表面设有多个等间隔绝缘设置的调相金属贴片，多个调相金属贴片组成调相面，每个调相金属贴片包括四个L形贴片组件，四个L形贴片组件之间形成十字带状空气区域，每相邻的L形贴片组件成镜像对称分布，十字带状空气区域的每个支臂端头处各设有电容和二极管，每个电容都与两侧对应的L形贴片组件电性连接，每个二极管都与两侧对应的L形贴片组件电性连接，结构简单、剖面低、重量轻、易共形、成本低的优点。

技术研发人员：董建明
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2018.11.08
技术公布日：2019.02.01