一种双极化辐射天线结构

1.本技术涉及通信天线技术领域，特别是涉及一种双极化辐射天线结构。


背景技术：

2.近些年，随着超表面技术的不断发展，利用超表面单元实现极化可重构以及波束扫描的天线系统已经引起了广泛的关注。
3.对于波束扫描天线结构来讲，目前相控阵天线结构是最成熟的波束扫描天线结构，但是相控阵天线结构在t/r组件中需要使用大量的移相器和复杂的控制电路，通过控制移相器来改变单元的相位，进而实现对天线系统辐射波束的控制。
4.此外，利用超表面技术设计的反射/透射阵天线结构通过控制集成在天线单元中的pin管也可以实现对相位的控制，以达到控制波束的目的。但是对于反射/透射阵来讲，其需要馈源来照射整个阵面，这样就不可避免地导致天线剖面过高，不利于集成，极大地限制了天线结构的应用场景。同时，馈源的照射会导致能量的泄露进而降低天线的整体效率。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种双极化辐射天线结构，剖面低、易于集成，且结构简单、成本低。
6.一种双极化辐射天线结构，包括：辐射单元和连接单元；
7.所述辐射单元为由两个辐射片组成的环状结构，两个所述辐射片通过电容相连；
8.所述连接单元为由四个连接板组成的主十字结构，四个所述连接板的首端相连；
9.两个相邻的连接板的尾端与一个所述辐射片的内环相连，另外两个连接板的尾端与另一个辐射片的内环相连；
10.每个所述连接板上均设有控制所述连接板通断的二极管，且与同一个辐射片相连的两个连接板上的二极管的方向相反。
11.在其中一个实施例中，所述连接单元的中心位置具有连接结构，以连接信号源和/或接地回路。
12.在其中一个实施例中，两个所述辐射片为对称的半圆环形结构。
13.在其中一个实施例中，所述连接板包括第一连接部和第二连接部；
14.所述第一连接部的首端相连并组成副十字结构；
15.所述第二连接部的首端通过对应所述二极管与对应所述第一连接部的末端相连；所述第二连接部的末端与对应所述辐射片的内环相连。
16.在其中一个实施例中，每一所述第二连接部上设有寄生贴片，以改善天线的辐射特性。
17.在其中一个实施例中，所述寄生贴片为弧形。
18.在其中一个实施例中，各所述寄生贴片共圆，且圆心同时与所述主十字结构的中心和所述副十字结构的中心重合。
19.在其中一个实施例中，还包括：四根与所述连接板一一对应的高阻抗线；
20.所述高阻抗线与对应所述辐射片的外环相连，用于输入直流控制信号。
21.在其中一个实施例中，所述高阻抗线的长度为1/4辐射波波长。
22.在其中一个实施例中，所述二极管是pin二极管。
23.上述双极化辐射天线结构，是主动式辐射结构，集成了四个pin二极管以及两个隔直电容，通过外界直流偏置电路控制二极管的通断，使二极管处于水平或垂直极化状态，用来实现1bit、双极化状态的切换，能够满足不同环境条件下对不同极化的需求，拓展了天线的应用场景；同时，没有能量的泄露，提高了天线的整体效率；由于该单元并非反射/透射单元，因此具有剖面低、易于集成等优势，与相控阵天线结构相比该天线结构具有结构简单、成本低等优势，为未来替代相控阵提供了一种解决思路，实用性强。
附图说明
24.图1为一个实施例中1bit双极化数字编码单元的一个示意图；
25.图2为一个实施例中pin二极管的等效电路图；
26.图3为一个实施例中1bit双极化数字编码单元在四种状态下的仿真s11参数图。
27.附图编号：
28.二极管11，第一连接部12，第二连接部13，寄生贴片14，辐射片21，电容22，高阻抗线3。
具体实施方式
29.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
34.如图1所示，本技术提供的一种双极化辐射天线结构，包括：辐射单元和连接单元；所述辐射单元为由两个辐射片21组成的环状结构，两个所述辐射片 21通过电容22相连；所述连接单元为由四个连接板组成的主十字结构，四个所述连接板的首端相连；两个相邻的连接板的尾端与一个所述辐射片21的内环相连，另外两个连接板的尾端与另一个辐射片21的内环相连；每个所述连接板上均设有控制所述连接板通断的二极管11，且与同一个辐射片21相连的两个连接板上的二极管11的方向相反。
35.本实施例中的辐射天线结构可用于通信天线。
36.双极化辐射天线结构是一种1bit主动式辐射结构，具有双极化(水平极化/ 垂直极化)的特性，可外接直流偏置电路和射频电路以构成双极化天线单元。
37.辐射天线结构的水平和垂直方向分别集成了两个二极管11。当天线工作于水平极化时，垂直方向的二极管处于关断状态，水平方向的两个二极管开通一个关断一个，此时天线辐射的电磁波为水平极化波(如水平方向左边二极管开通、右边关断，其相位为0
°
，用数字“0”表示；左边关断、右边开通其相位为180
°
，用数字“1”表示，即实现1bit的一个特性)。垂直极化同理(水平方向二极管关断，垂直方向其中一个导通一个关断)。当同一方向的两个二极管分别开通时，天线单元对应着两个不同的辐射相位0度(“0”)和180度(“1”)，即1bit单元。
38.二极管采用pin二极管，其等效电路如图2所示，开通状态等效为电阻与电感的串联，关断状态等效为电容与电感的串联。
39.pin二极管的开通/关断可以外接直流偏置电压来控制。
40.通过辐射天线结构中集成的pin二极管的通断能够灵活而便捷地调整天线的辐射极化状态/波束指向。对于极化可重构天线来说，可以消除系统对分离天线的需求，提高系统的通信容量，增加信道复用率。
41.本实施例中的电容22可以采用隔直电容。辐射天线结构通过隔直电容分成了两部分，两部分可以施加不同的偏置电压进而控制两部分中包含的2个pin 二极管的开通/关断。
42.现有技术中的天线，极化状态不能兼容，仅只能水平或者垂直，而本技术可以使用一种结构兼容两种极化状态，例如，发射时使用水平状态，接收时使用垂直状态，兼容两种极化状态可以提高通信系统的容量。
43.上述双极化辐射天线结构，是主动式辐射结构，集成了四个pin二极管以及两个隔直电容，通过外界直流偏置电路控制二极管的通断，使二极管处于水平或垂直极化状态，用来实现1bit、双极化状态的切换，能够满足不同环境条件下对不同极化的需求，拓展了天线的应用场景；同时，没有能量的泄露，提高了天线的整体效率；由于该单元并非反射/透射单元，因此具有剖面低、易于集成等优势，与相控阵天线结构相比该天线结构具有结构简单、成本低等优势，为未来替代相控阵提供了一种解决思路，实用性强。
44.在其中一个实施例中，所述连接单元的中心位置具有连接结构，以连接信号源和/或接地回路。
45.信号源可以是射频电路的端口。
46.双极化辐射天线结构具有两个回路：一个是射频回路，馈源将信号输入天线结构外接的射频电路，并通过连接结构传输到天线结构，然后辐射出去；一个是直流回路，直流
信号通过辐射片传输到天线结构，然后传递至中心的连接结构并传递到地。
47.在其中一个实施例中，两个所述辐射片21为对称的半圆环形结构。
48.在其中一个实施例中，所述连接板包括第一连接部12和第二连接部13；所述第一连接部12的首端相连并组成副十字结构；所述第二连接部13的首端通过对应所述二极管11与对应所述第一连接部12的末端相连；所述第二连接部 13的末端与对应所述辐射片21的内环相连。
49.优选地，副十字结构采用一体成型。第二连接部与对应的辐射片21一体成型。
50.在其中一个实施例中，每一所述第二连接部13上设有寄生贴片14，以改善天线的辐射特性，提高交叉极化性能。
51.所述寄生贴片14可以为弧形或者扇形，各所述寄生贴片14共圆，且圆心同时与所述主十字结构的中心和所述副十字结构的中心重合。
52.在其中一个实施例中，还包括：四根与所述连接板一一对应的高阻抗线3；
53.所述高阻抗线3与对应所述辐射片21的外环相连，用于输入直流控制信号。高阻抗线3的长度为1/4辐射波波长，使得射频信号通过高阻抗线3后等效于开路，可以起到抑制射频信号泄露的目的。
54.在一个具体的实施例中，给出双极化辐射天线结构水平极化、垂直极化状态下四种情况的全波仿真结果。
55.如图3所示，给出天线单元水平极化、垂直极化状态下四种情况的全波仿真结果的s11参数。由于馈电结构的不对称导致四种工作状态并不完全一致，但工作频带基本重合，该不一致可以接受。由于单元的对称性，四种状态的辐射方向图基本一致，这里只给出一种状态下的方向图。
56.综上所述，本发明提出了一款双极化辐射天线结构，相较于目前所提出的反射式/透射式结构，具有低剖面、易于集成等优点，同时天线结构可以实现双极化状态的切换，可以提高系统的通信容量，增加信道复用率。还可以利用该天线结构形成1bit双极化编码的辐射单元，并通过设计功分器进行了1*12的线阵设计，与传统的相控阵结构相比具有结构简单、成本低等优势，能够满足复杂环境中系统的需求。
57.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
58.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。