專利名稱：利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描天線罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線方向掃描的天線罩，尤其是涉及一種利用微波二極管構(gòu)建 的工字形電控波束掃描天線罩。
背景技術(shù)：
為了讓天線的出射波束能夠按照期望進(jìn)行掃描，波束電掃描天線應(yīng)運而生。 常見的波束電掃描技術(shù)是基于相控陣列技術(shù)的，通過控制陣列天線中各個輻射 源的相對相位的變化來實現(xiàn)天線整體波束掃描。該技術(shù)具有掃描速度快的優(yōu)點。 但是由于相控陣列技術(shù)需要比較復(fù)雜的電控電路和大量的移相器件，使得其成 本一直居高不下。通常的電控掃描天線的移相器都采用鐵氧體，半導(dǎo)體等材料 來實現(xiàn)，這些材料的使用使電控波束掃描天線的波束掃描速度的進(jìn)一步提高受 到限制。此外，在很多需要小尺寸天線體積的情況下，相控陣列天線因其尺寸 較大，所以經(jīng)常使用不便。
事實上，控制天線波束掃描方向也可以將定向天線的波束輻射到介質(zhì)天線 罩上，通過控制介質(zhì)塊上不同的區(qū)域的等效介電常數(shù)或等效磁導(dǎo)率等，來控制 天線整體的輻射方向的變化，實現(xiàn)波束掃描。
為此改變以往使用移相器制作波束電控掃描天線的方式，提出將一個定向 天線的輻射場經(jīng)過一個電壓控制并可進(jìn)行天線方向掃描的天線罩，來實現(xiàn)天線 方向電控掃描的設(shè)計方案。為了制造這種方便電壓控制掃描方向的天線罩，需
采用基于異向介質(zhì)理論的電控異向介質(zhì)材料。已有的電控異向介質(zhì)材料有雙面s
形電控異向介質(zhì)材料。而在其中添加微波二極管時，需要在異向介質(zhì)材料板上
打許多通孔，且只能進(jìn)行手動焊接，制作過程繁雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描天 線罩。采用基于異向介質(zhì)理論的電控異向介質(zhì)材料，并于材料中添加微波二極 管，通過直流電壓控制二極管的電容，改變異向介質(zhì)的諧振頻率，達(dá)到掃描方 向電控可調(diào)的目的。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
在FR4介質(zhì)板正反面印刷單元結(jié)構(gòu)為工字形的銅線，介質(zhì)板橫向和縱向分 別印刷n個和m個單元長度，組成"x/^個相同工字形結(jié)構(gòu)均勻分布的雙面對稱
的異向介質(zhì)板；每單元工字形結(jié)構(gòu)中添加微波二極管，并在異向介質(zhì)板上端第 一行每單元外加直流電壓，使每一列單元中的微波二極管有相同的直流偏壓， 每一列各單元之間為并聯(lián)關(guān)系；通過調(diào)整相鄰兩列外加直流電壓的不同，使波 束通過相鄰兩列的相位差相同，以實現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)；其整體構(gòu)成工字形電控波束 掃描天線罩。
所述的n個和m個單元的個數(shù)由天線罩后面的定向天線的大小來確定，使 天線罩大小能夠覆蓋定向天線的出射范圍。
所述的微波二極管采用Infineon公司的BAT15-03W微波二極管，且采用異 向介質(zhì)材料板單面焊接方式。
本發(fā)明具有的有益的效果是
該結(jié)構(gòu)采用單面焊接微波二極管的方式，制作過程簡單。和傳統(tǒng)相控陣天 線比較，具有電控電路簡單、電控可調(diào)性好、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、體積小、重量輕、制 作簡單、成本低等特點。其中，依靠外加直流偏壓控制天線罩掃描方向，電壓 調(diào)節(jié)速度基本不受限制，利于波束掃描速度的進(jìn)一步提高。而去掉了復(fù)雜的電 控電路和大量的移相器件，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，成本也大幅降低。


圖l是單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是單元等效電路圖。
圖3是天線罩波束掃描示意圖。
圖4是單元尺寸圖。
圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖l所示，為了制造這種方便電壓控制掃描方向的天線罩，采用基于異向 介質(zhì)理論的雙面工字形電控異向介質(zhì)新材料，并于材料中添加微波二極管。其中 k為波束入射方向，E為電場極化方向，H為磁場極化方向。
如圖1、圖3所示，本發(fā)明在FR4介質(zhì)板正反面印刷單元結(jié)構(gòu)為工字形的 銅線，介質(zhì)板橫向和縱向分別印刷n個和m個單元長度，組成"x^個相同工字 形結(jié)構(gòu)均勻分布的雙面對稱的異向介質(zhì)板；每單元工字形結(jié)構(gòu)中添加微波二極 管，并在異向介質(zhì)板上端第一行每單元外加直流電壓，使每一列單元中的微波 二極管有相同的直流偏壓，每一列各單元之間為并聯(lián)關(guān)系；通過調(diào)整相鄰兩列 外加直流電壓的不同，使波束通過相鄰兩列的相位差相同，以實現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)； 其整體構(gòu)成工字形電控波束掃描天線罩。
所述的n個和m個單元的個數(shù)由天線罩后面的定向天線的大小來確定，使 天線罩大小能夠覆蓋定向天線的出射范圍。
所述的微波二極管采用Infineon公司的BAT15-03W微波二極管，且采用異 向介質(zhì)材料板單面焊接方式。
添加了微波二極管的工字形電控異向介質(zhì)新材料的等效電路如圖2所示。 其中c,為正反兩面金屬間的電容，丄為金屬條的電感，C2為微波二極管的電容。
天線罩設(shè)計工作頻率為9.1GHz。通過調(diào)整相鄰兩列外加直流電壓的不同， 控制每列二極管具有不同的電容值，使每列異向介質(zhì)具有不同的諧振頻率，從 而使定向天線的輻射場通過每一列產(chǎn)生不同的相位變化，如圖3所示，其中一 -2， A，……么為天線罩l至n列的相位變化值，以控制天線整體的輻射方向， 實現(xiàn)波束掃描。
通過每一列產(chǎn)生不同的相位變化，以控制天線整體的輻射方向的方法 設(shè)天線罩共分為n列，通過調(diào)整直流供電偏壓值，使相鄰列產(chǎn)生等差遞減 的相位差，即
<formula>formula see original document page 5</formula>其中《表示定向天線的輻射場通過第i列產(chǎn)生的相位變化。 定向天線的輻射場通過相鄰區(qū)域產(chǎn)生等差遞減的相位差，使輻射場的等相
位面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)每一區(qū)域的寬度為d，通過天線罩的輻射場的偏轉(zhuǎn)角為
其中 為相位差，；i為波長。
單元尺寸如圖4所示，其中單元長l=6mm，單元高h(yuǎn)=6mm，開槽長g=1.6mm， 兩端金屬條寬w產(chǎn)0.3mm，中間金屬條寬w2=lmm。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，天線罩沿橫向有n個單元，縱向有m個 單元。每列各單元之間為并聯(lián)直流偏壓供電結(jié)構(gòu)，直流偏壓接于縱向金屬條的 頂端，使每一列并聯(lián)二極管有相同的直流偏壓，以產(chǎn)生相同的相位差。每一區(qū) 域直流偏壓互不相同，以實現(xiàn)相鄰區(qū)域產(chǎn)生等差遞減的相位差。定向天線的輻 射場的電場為水平極化。采用列內(nèi)各單元并聯(lián)直流偏壓供電結(jié)構(gòu)便于供電，并 可減少所需直流偏壓的數(shù)量，有利于天線罩整體結(jié)構(gòu)的簡化和成本的降低。
在工作頻率變?nèi)莘秶蓾M足需要的微波二極管的選擇
根據(jù)所需輻射場的最大偏轉(zhuǎn)角及天線罩大小，確定所需最小相位差，根據(jù)
外加微波二極管的不同電容值對天線罩進(jìn)行仿真，確定與最小相位差對應(yīng)的最 小二極管電容值變化范圍，最后根據(jù)該范圍查找在工作頻率電容值變化范圍可 達(dá)到要求的微波二極管。
權(quán)利要求
1、一種利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描天線罩，其特征在于在FR4介質(zhì)板正反面印刷單元結(jié)構(gòu)為工字形的銅線，介質(zhì)板橫向和縱向分別印刷n個和m個單元長度，組成n×m個相同工字形結(jié)構(gòu)均勻分布的雙面對稱的異向介質(zhì)板；每單元工字形結(jié)構(gòu)中添加微波二極管，并在異向介質(zhì)板上端第一行每單元外加直流電壓，使每一列單元中的微波二極管有相同的直流偏壓，每一列各單元之間為并聯(lián)關(guān)系；通過調(diào)整相鄰兩列外加直流電壓的不同，使波束通過相鄰兩列的相位差相同，以實現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)；其整體構(gòu)成工字形電控波束掃描天線罩。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描 天線罩，其特征在于所述的n個和m個單元的個數(shù)由天線罩后面的定向天線的大小來確定，使天線罩大小能夠覆蓋定向天線的出射范圍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描 天線罩，其特征在于所述的微波二極管采用Infineon公司的BAT15-03W微波 二極管，且采用異向介質(zhì)材料板單面焊接方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用微波二極管構(gòu)建的工字形電控波束掃描天線罩。在FR4介質(zhì)板正反面印刷單元結(jié)構(gòu)為工字形的銅線，介質(zhì)板橫向和縱向分別印刷n個和m個單元長度，組成n×m個相同工字形結(jié)構(gòu)均勻分布的雙面對稱的異向介質(zhì)板；每單元工字形結(jié)構(gòu)中添加微波二極管，并在異向介質(zhì)板上端第一行每單元外加直流電壓，使每一列單元中的微波二極管有相同的直流偏壓，每一列各單元之間為并聯(lián)關(guān)系；通過調(diào)整相鄰兩列外加直流電壓的不同，使波束通過相鄰兩列的相位差相同，以實現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)。通過直流電壓控制二極管的電容，改變異向介質(zhì)的諧振頻率，達(dá)到掃描方向電控可調(diào)的目的。本發(fā)明電控電路簡單、電控可調(diào)性好、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、體積小、重量輕、制作簡單、成本低。
文檔編號H01Q3/34GK101378147SQ200810121479
公開日2009年3月4日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者冉立新, 濤 姜, 亮 彭, 王東興, 王志宇, 皇甫江濤 申請人:浙江大學(xué)