一种S波段反射式电可调超构表面单元

本发明涉及电磁波调控，尤其是涉及一种s波段反射式电可调超构表面单元。

背景技术：

1、近年来，随着无线通信、雷达探测等领域的快速发展，对高性能天线需求日益增加。相控阵天线作为一种具有高增益、低侧瓣和电子扫描能力的先进天线，越来越受到广泛关注。其中，超构表面相控阵天线因其具有低成本、低复杂度和易于集成等优点，备受研究者关注。传统的相控阵天线通常采用相移器对天线阵列中的单元进行相位调整，以实现波束的电子扫描。然而，这种方法会引入相位误差、增加系统复杂度，降低整体性能。超构表面相控阵天线通过调整表面单元的结构参数来实现相位控制，有效降低了系统复杂度。但是，现有的超构表面相控阵天线设计多为2bit或更低位数，相位调整精度有限，导致波束指向精度不够高。

2、此外，现有的反射式超构表面相控阵天线通常难以实现电磁波极化转换。电磁波极化转换是一种将入射电磁波的极化态转换为另一种极化态的过程，具有广泛的应用价值。例如，在雷达探测中，极化转换可以提高目标探测的灵敏度。为了解决这些问题，进一步提高超构表面相控阵天线的性能，亟需设计一种具有高精度相位补偿和电磁波极化转换功能的反射式超构表面相控阵天线。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种s波段反射式电可调超构表面单元，集成了3bit的相位补偿能力和45°极化到135°极化转换功能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种s波段反射式电可调超构表面单元，包括接收/辐射层、馈电结构和移相结构，所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构均垂直连接，所述接收/辐射层连接在所述馈电结构上方，所述移相结构连接在所述馈电结构下方，在所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构的连接处均设置有楔形金属块。

3、优选的，所述接收/辐射层的介质基板为fr4，相位介电常数为4.4，在10ghz的损耗角正切为0.02，厚度为1mm；所述接收/辐射层的顶部设置有45°极化接收贴片和135°极化辐射贴片，所述45°极化接收贴片和135°极化辐射贴片的主体为一对互相垂直的水滴型偶极子天线；所述接收/辐射层上设置有四个矩形插槽，且分别位于所述偶极子天线的中部。

4、优选的，所述馈电结构由两个垂直互插的巴仑馈电结构组成，分别为接收馈电结构和辐射馈电结构；所述接收馈电结构和辐射馈电结构的地板相同，并且介质基板均为arlonad300c，厚度为0.762mm。

5、优选的，所述接收馈电结构包括两段不对称的微带线，较短的所述微带线长度为四分之一波长，并处于开路状态。

6、优选的，所述辐射馈电结构包括两段完全对称的微带线，且每个所述微带线的中间都插入了二极管。

7、优选的，所述移相结构共有五层金属层，从上往下分别为天线背板层、馈线保护层、直流馈线层、移相背板层、移相贴片层，以及四层介质基板层，材料均为arlonad300c，从上往下厚度分别为0.508mm、0.254mm、0.254mm、0.508mm；所述移相结构上设置了若干金属通孔。

8、优选的，由所述移相贴片层和介质基板层组成了2bit移相器，所述2bit移相器设置有对应0°、45°、90°、135°这四种相位状态的2bit转接微带线，且在所述2bit转接微带线的转角处作45°的1.4mm倒角并在所述2bit转接微带线上设置有四组二极管，并将所述二极管分为两个区域，二极管型号为madp-000907-14020；所述2bit移相器与所述馈电结构进行垂直连接，接口处加载有接口微带线，并对应设置有所述二极管。

9、因此，本发明采用上述一种s波段反射式电可调超构表面单元，集成了3bit的相位补偿能力和45°极化到135°极化转换功能。

10、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：包括接收/辐射层、馈电结构和移相结构，所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构均垂直连接，所述接收/辐射层连接在所述馈电结构上方，所述移相结构连接在所述馈电结构下方，在所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构的连接处均设置有楔形金属块。

2.根据权利要求1所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：所述接收/辐射层的介质基板为fr4，相位介电常数为4.4，在10ghz的损耗角正切为0.02，厚度为1mm；所述接收/辐射层的顶部设置有45°极化接收贴片和135°极化辐射贴片，所述45°极化接收贴片和135°极化辐射贴片的主体为一对互相垂直的水滴型偶极子天线；所述接收/辐射层上设置有四个矩形插槽，且分别位于所述偶极子天线的中部。

3.根据权利要求1所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：所述馈电结构由两个垂直互插的巴仑馈电结构组成，分别为接收馈电结构和辐射馈电结构；所述接收馈电结构和辐射馈电结构的地板相同，并且介质基板均为arlonad300c，厚度为0.762mm。

4.根据权利要求3所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：所述接收馈电结构包括两段不对称的微带线，较短的所述微带线长度为四分之一波长，并处于开路状态。

5.根据权利要求3所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：所述辐射馈电结构包括两段完全对称的微带线，且每个所述微带线的中间都插入了二极管。

6.根据权利要求1所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：所述移相结构共有五层金属层，从上往下分别为天线背板层、馈线保护层、直流馈线层、移相背板层、移相贴片层，以及四层介质基板层，材料均为arlonad300c，从上往下厚度分别为0.508mm、0.254mm、0.254mm、0.508mm；所述移相结构上设置了若干金属通孔。

7.根据权利要求6所述的一种s波段反射式电可调超构表面单元，其特征在于：由所述移相贴片层和介质基板层组成了2bit移相器，所述2bit移相器设置有对应0°、45°、90°、135°这四种相位状态的2bit转接微带线，且在所述2bit转接微带线的转角处作45°的1.4mm倒角并在所述2bit转接微带线上设置有四组二极管，并将所述二极管分为两个区域，二极管型号为madp-000907-14020；所述2bit移相器与所述馈电结构进行垂直连接，接口处加载有接口微带线，并对应设置有所述二极管。

技术总结
本发明公开了一种S波段反射式电可调超构表面单元，包括接收/辐射层、馈电结构和移相结构，所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构均垂直连接，所述接收/辐射层连接在所述馈电结构上方，所述移相结构连接在所述馈电结构下方，在所述馈电结构与所述接收/辐射层和移相结构的连接处均设置有楔形金属块。本发明采用上述的一种S波段反射式电可调超构表面单元，集成了3Bit的相位补偿能力和45°极化到135°极化转换功能。

技术研发人员：肖诗逸,梁杰,李秋实
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13