本技术涉及一种电控液晶的2‑bit可重构折叠反射阵天线,属于通信天线技术领域。该天线包括主反射阵、副反射阵以及位于主反射阵中间区域的微带贴片天线阵馈源。其中,主反射阵和副反射阵之间设置有尼龙柱进行支撑。所述主反射阵包括若干个周期性排列且相互独立的反射超表面单元,该反射超表面单元用于对入射电磁波进行极化转换和相位补偿。副反射阵包括周期性排列的副反射单元,用于透射与馈源不一致的极化波,反射与馈源一致的极化波。本发明提高了天线阵列的口径效率和调控精度,实现了在保持高口径效率和优异的二维扫描能力的同时,还可实现低剖面易集成等优点。此外,实现了折叠阵的结构,解决了天线辐射时馈源遮挡的问题。
背景技术
近年来,随着车联网(IoV)和智能电动汽车的快速发展,各类天线在车载通信和感知系统中广泛应用。早期车辆依赖驾驶员全程操控,对生命安全的直接关联性较弱;而在如今科技推动的自动驾驶和智能互联时代,车辆需要高度人机协同,且生命安全至关重要。这一发展趋势需要车载传感器持续监测环境、收集数据,通过互联网在车车、车路和车与障碍物之间实现数据交换和无线通信。然而,通信链路的激增可能引发数据包碰撞,从而导致更高的功耗和更低的网络效率。为应对这一挑战,可重构波束天线因能够将窄波束定向到特定方向,有效减少干扰、数据碰撞率和延迟,成为优先选择。此外,频谱资源的紧张及毫米波、太赫兹等高频段的传播损耗,使得车载网络等未来通信领域迫切需求具备高孔径效率和波束可重构能力的毫米波天线。
目前,对于波束可重构天线的研究已积累了丰富的方法。最常见的相控阵利用相邻天线单元间的相位差实现波束偏转,但此类天线通常馈电复杂,价格高昂,且密集的端口分布需更多的射频设备和移相器,导致成本攀升。紧凑的可重构阵列通过紧耦合方式降低了成本,但复杂的结构对制造精度要求极高,容易因微小误差而影响辐射和阻抗匹配。其它部分低成本方案采用PIN二极管、变容二极管、MEMS、液晶及石墨烯技术实现波束重构,但这些天线增益通常较低,因而设计高增益的波束可重构天线依然充满挑战。
透射阵或反射阵在实现高增益和高孔径效率方面较为常见,因其通过聚焦或同相反射来提升辐射性能。然而,这些天线通常缺乏可重构的波束方向。为提升波束重构性能,部分研究尝试在反射或透射阵列中引入相控方案,但普遍采用1-bit相位量化控制,尽管简单易行,却会导致增益和孔径效率下降。1-bit相位量化方案的无源控制器件多采用PIN二极管或RF MEMS开关,因相位误差大约损失3dB增益,从而显著降低天线效率。相对而言,2-bit相位量化方案可以显著提升相位精度,减少至0.8dB以内的损耗,但在不增加单元设计复杂度的前提下提升阵列相位精度依然具有挑战。同时这一部分天线通常剖面较高,且这类阵列天线通常采用喇叭馈电,剖面高度进一步增加且集成性不佳。因此,设计一款具备高增益、低剖面和波束重构能力的天线,仍是当前和未来通信应用中的关键需求。
实现思路