[发明专利]一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元及天线阵

说明书

本发明公开了一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元，包括空气层；顶部辐射层，包括：顶部介质基片；第一金属贴片，安装于所述顶部介质基片的上表面；以及第二金属贴片，安装于所述空气层与所述顶部介质基片之间；金属地层，包括：背面金属地；以及介质层，安装于所述空气层与所述背面金属地之间；本发明利用PIN二极管切换高低频超材料分形辐射单元的形式，实现天线辐射单元频率可重构，并且通过紧凑型二维组阵的方式实现相控阵天线单元的宽波束覆盖和频率重构的目的。

技术领域

本发明涉及天线领域，具体涉及一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元及天线阵。

背景技术

近年来现代卫星通信技术的发展，通信频段已经被大量应用所占用。传统单一频段天线由于带宽受限，且相互之间的干扰不可避免限制了其在卫星通信的应用。利用一副天线实现多副天线多频段工作模式是未来卫星通信发展的重要趋势。然而，利用单一的辐射单元往往难以实现双频或者多频响应，多频单元复合的模式有会造成天线尺寸增大。利用单幅天线实现频率切换工作的频率可重构天线是适应未来卫星通信频率复用的较好的选择。

相控阵天线利用相位扫描代替传统的机械扫描来实现对目标的跟踪照射，已经成为未来卫星通信、雷达、成像等的发展趋势。频率可重构相控阵既具有相控阵天线的优势又可切换/兼容多频率工作具有较强的技术优势。相控阵天线由于大规模组阵及其波束扫描要求，对天线单元提出了小型化、高集成度的需求。然而传统可重构天线应用于相控阵天线的研究还不完善，频率可重构天线阵列单元小型化，高集成度、高效率设计仍面临一些亟需解决的难题。

在频率可重构天线设计过程中，往往利用天线谐振结构尺寸的微扰来实现辐射频率改变的目的，但是结构微扰带来的频率调节范围有限，对于大频分比可重构不适用。振子天线工作频率随其谐振长度变化显著，为实现大频分比的频率可重构提供了较好的选择。传统微带振子天线结构形式需要加载大量的开关电路达到频率可重构，而分形结构利用明确的几何关系确定单元排布，利用分形结构可以大大降低振子天线的开关数目，结构简单，可适用于天线单元的通用化模块化设计。

谢尔宾斯基三角分形一种旋转对称的自组构分形结构，通过将三角单元沿着边厂复制移动，组成形状相似的单元。在三角单元上加载开关二极管实现频率可重构，具有排布规律简单、匹配性能好等优点，是实现高效率、大频比相控阵天线单元的一个较好的选择。

天线单元是相控阵天线的基本组成单元，其带宽、增益等性能是决定相控阵天线性能指标的关键。由于X/Ku天线频率间隔大，双频通过一个馈电转接与TR连接，必须需同时满足兼顾双频工作的要求，设计馈电转接在较宽的频带范围内满足两个频段的匹配需求，是双频可重构单元研究的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元，。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元，包括：

空气层；

顶部辐射层，包括：

顶部介质基片；

第一金属贴片，安装于所述顶部介质基片的上表面；以及

第二金属贴片，安装于所述空气层与所述顶部介质基片之间；

金属地层，包括：

背面金属地；以及

介质层，安装于所述空气层与所述背面金属地之间。