[发明专利]一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线

说明书

本发明公开了一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线的设计，包括工作在X波段馈源喇叭，单层反射阵列以及固态等离子体激励源块。单层反射阵列由48×24即1152个经过计算设计的反射阵列单元组成，中心间隔14mm，每个反射阵列单元的最底层为铜质底板，中间层为介质基板，最上层为固态等离子。固态等离子体由GaAs‑PIN单元组成的阵列实现，通过控制电压可以选择性激励不同位置的GaAs‑PIN单元，并且能够快速加载可重构单元组成的单元结构，实现了波束在空间中的波束扫描。本发明设计简单，经过合理的设计，可工作于整个X波段，实现多波束，能够对全空域进行扫描，并且可编程、可调谐，属于高性能可重构天线。

技术领域

本发明涉及一种多波束的扫描阵列天线，具体的说是一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线，属于电子通信领域和智能建筑领域，特别是微波器件技术、射频系统等前端技术领域。

背景技术

卫星天线技术的发展特征可以简单概括为：从简单的全球覆盖的单波束天线发展到复杂的对一定地理区域赋形覆盖的多波束或点波束天线；模拟波束形成技术向数字波束形成和光学波束形成技术发展；天线结构也开始向大型或超大型可展开结构、低剖面的共形结构和与射频前端集成的微型结构发展。其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。在中低轨通信卫星的应用中，由于地面终端的手持化，要求卫星的天线提供相当高的增益，又因为低轨通信卫星的特点，要求卫星的天线波束有相当宽的张角。多波束天线可以使原先的全球波束或者区域波束的大面积覆盖变为由数十个甚至上百个点波束构成的地面“足迹”，这将使地面终端可以采用较小口径的天线实现高速率数据传输，支持卫星移动通信和宽带通信业务。同时，多波束天线可以进行有效的极化隔离和空间隔离，实现频谱复用，从而使通信容量成倍增加。等离子体天线由于其所具备的结构简单，重量轻，隐身效果好等特点，使其成为天线领域最具潜力的研究方向之一。固态等离子体天线与传统金属天线相比具有许多独特的优势，天然的低雷达截面特性，即当固态等离子体天线不工作时，固态等离子体本身就变为普通介质，它既不反射电磁波，也不吸收电磁波。因此，固态等离子体天线完全消失，从而就可以实现全频段的隐身功能，固态等离子天线被激励即工作在一定频段时，对于高于等离子体频率的雷达信号，也会由于固态等离子体的透射、吸收、折射效应，使回波信号大大减弱。快速可重构特性，即固态等离子体具有快速重构特性而且自身具有可协调性，通过改变外部的控制参数，在毫秒量级实现不同收发频率的天线最佳工作状态的快速重构，包括辐射方向图、带宽、增益、极化等天线参数。并且固态等离子体天线具有无阻尼振荡和大带宽、高功率等特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线，通过外部的逻辑阵列编程来调控固态等离子体，从而可以快速地组成所需要的反射阵列，最终实现反射波束的空间所需方向动态扫描。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线，其特征在于：包括工作在X波段的馈源喇叭，表面具有可重构性的固态等离子体的阵列单元构成的单层反射阵列，以及控制固态等离子体的激励模块，每个反射阵列单元的底层为铜质底板，中间层为介质基板，最上层为固态等离子体；

所述单层反射阵列由48×24即1152个经过计算得到的反射阵列单元组成，中心间隔14mm，将阵列均分为两部分，阵列单元的上层贴片由固态等离子体区域构成，其中，阵列左半部分激励为单元结构一、右半部分激励为单元结构二。