CN115296028A - 一种水平面360度波束连续扫描天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平面360度波束连续扫描天线，包括相互联接的三极化辐射体和三路相移馈电网络，所述三极化辐射体用作天线的辐射体，实现波束的扫描切换；三路相移馈电网络用于激励三极化辐射体的馈电端口，同时对三端口的馈电相位进行控制。其提出一种新型的相控惠更斯辐射源结构，仅采用相位控制实现了波束在水平面的连续扫描以及波束的任意角度指向，同时还兼顾小型化和低成本的优点，满足智能无线通信***的应用需求。

Description

一种水平面360度波束连续扫描天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种水平面360度波束连续扫描天线。
背景技术
以5G为代表的智能无线通信***，在提供高速率、低时延以及大容量的无线通信服务的同时，也面临着日益复杂的无线信道环境和恶劣的通信场景，因此对天线提出了更高的性能要求。传统的固定波束或者固定模式天线，由于仅在单一不变的模式下收发电磁波信号，难以有效地在动态可变场景以及严重多径效应环境建立稳定的通信链路。波束可控天线能够动态的通过调整相位或切换开关元件等，对辐射模式进行控制，使得天线的波束能够进行多波束扫描以及动态对准。采用波束可控天线作为基站收发端，能够有效地改善多径效应和遮挡阻断问题，同时还能自适应选择波束指向，精准调控辐射覆盖。水平面360度波束可重构天线，作为一类经典的波束可控天线，能够在水平面上实现多波束的可重构和波束扫描覆盖，因此特别适合在空间受限场景的全空域覆盖通信，比如室内环境、大型场馆以及机场场景等。
目前，水平360度波束可重构天线，大致分为四类：加载开关的全向源可重构天线、多端口多波束天线、液态金属全向可重构天线以及幅相控制多模天线等。加载开关的全向源可重构天线，通过在中间的全向辐射单极子天线周围加载带有开关的寄生结构，对单极子的方向图进行定向反射。该方案需要使用大量的射频开关元件及其直流控制电路，因此存在结构复杂、损耗大(开关带来的损耗)以及波束切换步进大(波束精度低)等缺点；多端口多波束天线，利用多个端口激励不同的辐射部分，从而组合不同端口的辐射区域来实现水平全域覆盖。由于采用了多个馈电端口，因此出现波束切换灵活度差以及波束扫描分辨率低等问题；液态金属全向可重构天线，通过在全向天线周围构造类似八木结构的液态金属反射器，对波束金属选择性的定向反射，进而实现波束扫描切换。该方案为了控制液态金属，需要采用精密的机电伺服***，因此存在成本高、响应速度慢以及难以一体化集成的问题；幅相控制多模天线，通过对多模天线的每一个模式进行幅度和相位的调控，使其辐射波束沿着水平面进行连续扫描。虽然该方案能够实现高精度的连续波束扫描，但存在幅相控制***复杂和结构尺寸大等问题。
发明内容
本发明旨在提供一种水平面360度波束连续扫描天线，很好的解决了上述问题，其提出一种新型的相控惠更斯辐射源结构，仅采用相位控制实现了波束在水平面的连续扫描以及波束的任意角度指向，同时还兼顾小型化和低成本的优点，满足智能无线通信***的应用需求。
本发明的技术方案是一种水平面360度波束连续扫描天线，包括相互联接的三极化辐射体和三路相移馈电网络，所述三极化辐射体用作天线的辐射体，实现波束的扫描切换；三路相移馈电网络用于激励三极化辐射体的馈电端口，同时对三端口的馈电相位进行控制。
进一步的，所述三极化辐射体包括双面PCB介质基板、电磁超材料结构、介质谐振器、中心馈电探针、中心馈电微带线、I型馈电缝隙、微带90°电桥结构和馈电传输线，所述介质谐振器通过尼龙螺钉固定在双面PCB介质基板上，所述电磁超材料结构加载在介质谐振器上表面，所述中心馈电探针贯穿设置在介质谐振器中心位置，所述中心馈电探针一端与电磁超材料结构连接，所述中心馈电探针另一端与中心馈电微带线一端相连，所述中心馈电微带线另一端为馈电端口A，所述微带90°电桥结构的两个同侧输出端与正交的I型馈电缝隙耦合连接，所述馈电传输线一端与微带90°电桥结构相连，所述馈电传输线另一端具有两个输出端为馈电端口B和馈电端口C。
进一步的，所述中心馈电微带线印刷在双面PCB介质基板背面，所述I型馈电缝隙位于介质谐振器下方并腐刻在双面PCB介质基板的上表面，所述馈电传输线布置在双面PCB介质基板的背面。
进一步的，所述电磁超材料结构为周期性的金属贴片，所述尼龙螺钉有四个，均布在介质谐振器四周。
进一步的，所述双面PCB介质基板为薄层覆铜的双面介质板，为低损耗低介电常数介质板，I型馈电缝隙，为两对正交放置的I型缝隙。
进一步的，所述三路相移馈电网络包括一分三的等功分比威尔金森功分器和三个微带反射移相器，所述等功分比威尔金森功分器一侧的单端口为输入端口，所述等功分比威尔金森功分器另一侧的三个输出端口分别与三个微带反射移相器一端连接，所述三个微带反射移相器另一端分别为加载端口A、加载端口B、加载端口C。
进一步的，所述等功分比威尔金森功分器和微带反射移相器均印刷在双面介质基板上。
进一步的，还包括隔离电阻和可变电容，所述隔离电阻焊接在等功分比威尔金森功分器的四分之一波长变换线的两侧，所述可变电容焊接在微带反射移相器的加载端口上。
进一步的，所述微带反射移相器为反射式拓扑的移相器，所述双面介质基板为低损耗低介电常数基板，所述隔离电阻为普通的封装电阻，所述可变电容为变容管或可变电容芯片。
进一步的，所述加载端口A与馈电端口A连接，所述加载端口B与馈电端口B连接，所述加载端口C与馈电端口C连接。
本发明的有益效果是：本发明的一种水平面360度波束连续扫描天线采用电磁超材料加载技术，同时引入额外的并联右手电容和串联左手电容，使得天线在尺寸减小的同时，仍获得良好的辐射性能；本发明采用了介质谐振器，并利用了中心馈电探针和I型馈电缝隙同时引入奇模和偶模馈电，激励起介质谐振器的三极化辐射模式，并集成在介质谐振器中，实现了高效的辐射口径；本发明中，通过激励起介质谐振器的奇偶模，构造出惠更斯源的等效电偶极子和磁偶极子模式，高效地实现了方向图的塑形和定向控制，具有高效的优点；本发明中，基于线极化分解原理，通过构造出相位可调的双圆极化辐射形式，进而在介质谐振器中实现了任意极化角度可重构的线极化分量，具有控制简单的特点；本发明，将任意极化角度可重构的线极化分量，引入到惠更斯天线中，提出一种新型的相控惠更斯辐射源，通过调控相位，实现波束的定向辐射和水平面360度连续扫描，从传统步进式低精度切换提升为连续高精度扫描；本发明中，仅采用三路相移馈电网络对三极化辐射体进行馈电实现波束连续扫描，具有低成本和结构精简的优点，适合大规模的实际应用；本发明中，提出的相控惠更斯辐射源原理，也可以拓展到贴片天线、偶极子天线以及基片集成波导天线中实现类似的360度波束连续高精度扫描，具有设计灵活的优点。
附图说明
图1为本发明中三极化辐射体立体视图；
图2为本发明中三极化辐射体平面视图，(a)为有介质谐振器的俯视图，(b)为去掉介质谐振器的俯视图；
图3为本发明中三极化辐射体的阻抗带宽图；
图4为本发明中三极化不同端口对应的辐射性能图，其中(a)垂直极化模式，(b)右旋极化模式，(c)左旋极化模式；
图5为本发明中三路相移馈电网络结构图；
图6为本发明中三路相移馈电网络阻抗带宽图；
图7为本发明中三路相移馈电网络移相性能图；
图8为本发明中水平面360度波束连续扫描天线的结构图；
图9为本发明中水平面360度波束连续扫描天线不同扫描状态下对应的电场分布图，其中(a)波束指向Phi＝225°，(b)波束指向Phi＝180°，(c)波束指向Phi＝135°，(d)波束指向Phi＝90°，(e)波束指向Phi＝45°，(f)波束指向Phi＝0°，(g)波束指向Phi＝315°，(h)波束指向Phi＝270°；
图10为本发明中水平面360度波束连续扫描天线不同扫描状态下对应的辐射方向图，其中(a)波束指向Phi＝225°，(b)波束指向Phi＝180°，(c)波束指向Phi＝135°，(d)波束指向Phi＝90°，(e)波束指向Phi＝45°，(f)波束指向Phi＝0°，(g)波束指向Phi＝315°，(h)波束指向Phi＝270°。
图中：1、三极化辐射体；2、电磁超材料结构；3、介质谐振器；4、中心馈电探针；5、中心馈电微带线；6、I型馈电缝隙；7、微带90°电桥结构；8、馈电传输线；9、双面PCB介质基板；10、尼龙螺钉；11、三路相移馈电网络；12、威尔金森功分器；13、微带反射移相器；14、双面介质基板；15、隔离电阻；16、可变电容；17、馈电端口A；18、馈电端口B；19、馈电端口C；20、加载端口A；21、加载端口B；22、加载端口C；23、输入端口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-10所示，本发明公开了一种水平面360度波束连续扫描天线，包括相互联接的三极化辐射体1和三路相移馈电网络11，所述三极化辐射体1用作天线的辐射体，实现波束的扫描切换；三路相移馈电网络11用于激励三极化辐射体1的馈电端口，同时对三端口的馈电相位进行控制。
具体的三极化辐射体1详细结构如图1和2所示，包括电磁超材料结构2、介质谐振器3、中心馈电探针4、中心馈电微带线5、I型馈电缝隙6、微带90°电桥结构7、馈电传输线8、双面PCB介质基板9、和尼龙螺钉10。
三极化辐射体1，是由电磁超材料结构2和介质谐振器3组成，其中电磁超材料结构2，为周期性的金属贴片，加载到介质谐振器3的上表面；介质谐振器3，为高介电常数的介质材料，利用尼龙螺钉10贯穿，固定在双面PCB介质基板9上；中心馈电探针4，贯穿于介质谐振器3中，一端与电磁超材料结构2相连接，另外一端与中心馈电微带线5相连接；中心馈电微带线5，印刷在双面PCB介质基板9的背面，一端与中心馈电探针4相连接，另外一端作为馈电端口A17；I型馈电缝隙6，腐刻在双面PCB介质基板9的上表面，布置在介质谐振器3的下方；微带90°电桥结构7，印刷在双面PCB介质基板9的背面，其中两个同侧输出端与正交的I型馈电缝隙6耦合连接；馈电传输线8，布置在双面PCB介质基板9的背面，与微带90°电桥结构7相连接，两个输出端分别作为馈电端口B18和馈电端口C19；双面PCB介质基板9，为薄层覆铜的双面介质板，布置在介质谐振器3的下方，并通过尼龙螺钉10与介质谐振器3保持紧固；尼龙螺钉10，为公制尼龙螺钉10，布置在三极化辐射体1的四周。
加载电磁超材料结构2的三极化辐射体1如图1和2所示，天线上有三极化辐射体1，由电磁超材料结构2和介质谐振器3组成，为多模式天线辐射体，实现三极化的辐射即垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化；电磁超材料结构2，由周期性金属贴片组成，周期性金属贴片加载，增大了并联右手电容，使得天线尺寸缩减，同时引入串联左手缝隙电容，使得表面电场分布更加均匀，改善了辐射口径，实现了良好的辐射性能；介质谐振器3，由高介电常数介质材料组成，用作尺寸紧凑的能量辐射器；中心馈电探针4，由介质谐振器3中间的金属探针组成，激励起垂直方向上的偶模电场分布，用作激励起介质谐振器3的TM01δ模式，即等效的惠更斯源-电偶极子模式；中心馈电微带线5，为馈电连接线，用作将馈电信号接入到中心馈电探针4中；I型馈电缝隙6，为两对正交放置的I型缝隙，用作引入水平方向上的奇模激励源，激励起两个正交的介质谐振器3的TE111模式，即正交的双极化模式；微带90°电桥结构7，为90°微带电桥结构，用作激励两对正交的I型馈电缝隙6，利用电桥的正负90°相差，实现双圆极化辐射分量；馈电传输线8，用作对微带90°电桥进行馈电激励，通过调控馈电传输线8馈电端口B18和馈电端口C19之间的相差，将左旋圆极化分量和右旋圆极化分量进行矢量合成，实现一个极化角度随馈电相差可变的线极化波。同时新的极化可重构的线极化波，可等效为小环天线，即新的惠更斯源-磁偶极子模式；双面PCB介质基板9，为低损耗低介电常数介质板，用作天线的参考地板，同时作为微带馈电网络的载体；尼龙螺钉10，为普通尼龙绝缘螺钉，用作对天线的固定。通过将惠更斯源的等效电偶极子分量和磁偶极子分量合成在一起，能够对天线的辐射方向图进行塑形，形成特定指向的端射方向图。进一步，将其中固定极化的磁偶极子，由极化可重构的线极化分量代替，通过改变馈电相位，就可以使得辐射波束在水平面360度连续扫描和波束动态切换覆盖。
如图5所示为三路相移馈电网络11，其为三路相移连续可调馈电网络。具体的网络上一分三的等功分比威尔金森功分器12，微带反射移相器13，双面介质基板14，隔离电阻15和可变电容16。
三路相移馈电网络11，由一分三的等功分比威尔金森功分器121微带反射移相器132成，其中一分三的等功分比威尔金森功分器121印刷在双面介质基板143，一侧的单端口作为输入端口23，另外一侧的三个输出端口分别与三个微带反射移相器13相连接；微带反射移相器13，印刷在双面介质基板14上，一端与等功分比威尔金森功分器12相连接，另外一端作为输出端口，三个微带反射移相器13的三个输出端口分别为加载端口A20、加载端口、加载端口C22；双面介质基板14，作为相移网络的载体，布置在威尔金森功分器12和微带反射移相器13的下面；隔离电阻15，焊接在威尔金森功分器12的四分之一波长变换线的两侧；可变电容16，焊接在微带反射移相器13的加载端口上。
三路相移连续可调馈电网络如图5所示，由一分三的等功分比威尔金森功分器12和微带反射移相器13组成。一分三的等功分比的威尔金森功分器12，由三个一分二的功分器级联而成，用作将馈入信号三等分；微带反射移相器13，为反射式拓扑的移相器，用作提供360度的全象限移相，独立调整三个输出支路的相位相移；双面介质基板14，为低损耗低介电常数基板，用作馈电网络的印刷载体；隔离电阻15，为普通的封装电阻，用作吸收反射波，提高馈电网络各端口之间的隔离度；可变电容16，为变容管或可变电容16芯片，用作电调串入的电容值，控制移相器的相位响应。三路相移连续可调网络，用于激励三极化辐射体1，实现水平面波束连续扫描。
如图8所示为水平面360度波束连续扫描天线，具体的包括三极化辐射体1和三路相移馈电网络11。所述加载端口A20与馈电端口A17连接，所述加载端口B21与馈电端口B18连接，所述加载端口C22与馈电端口C19连接。
水平面360度波束连续扫描天线，由三极化辐射体1和三路相移馈电网络11组成。三极化辐射体1，用作天线的辐射体，实现波束的扫描切换；三路相移馈电网络11，用于激励三极化辐射体1的馈电端口，同时对三端口的馈电相位进行控制。通过对三个馈电端口的相位控制，水平面360度波束连续扫描天线不仅实现了任意线极化可重构，还实现了水平面全域高精度的波束扫描和任意指向的波束切换对准。
本发明的原理：
本发明基于惠更斯辐射原理、任意线极化合成技术和连续可调移相网络设计，提出了一种新型的相控惠更斯辐射源结构，并给出水平面360度波束连续扫描天线实施例。
如图1和2所示，基于惠更斯辐射原理和任意线极化合成技术，提出了一种新型的加载电磁超材料的介质谐振器3结构，并作为三极化辐射体1，用以实现水平面波束连续扫描。相控惠更斯辐射结构，由三极化辐射体1和三路相移馈电网络11组成，集成有垂直极化模式、左旋圆极化模式和右旋圆极化模式。三极化辐射体1，由电磁超材料结构2和介质谐振器3组成，安装在双面PCB介质基板9即将双面PCB介质基板9作为天线的参考地板上，用来作为天线的辐射体。电磁超材料结构2，为顶部的周期性金属贴片结构，一方面是用于引入并联容性加载实现介质谐振器3的尺寸缩减，另一方面引入串联缝隙电容结构实现更加均匀的表面电场分布(即改善辐射口径)；介质谐振器3，用于作为三个极化模式的辐射载体；中心馈电探针4和中心馈电微带线5馈电端口A17，用于对介质谐振器3的TM01δ模式激励，即通过中心馈电探针4在介质谐振器3的中间引入对称的馈电信号，从而在介质谐振器3中激励起类似单极子一样的偶模电场分布，实现垂直极化全向辐射模式的构造，并作为惠更斯辐射源中的等效电偶极子模式(电流源)；I型馈电缝隙6，用于激励起介质谐振器3的TE111模式，实现水平极化的侧射辐射，地板上对称正交布置的两组I型馈电缝隙6，用于激励起正交的双极化分量；地板背面的微带90°电桥结构7，用于同时馈电激励两组正交的I型馈电缝隙6，实现双圆极化模式辐射，当激励馈电端口B18时，对于两个正交的双极化分量引入超前的90°相差，实现右旋圆极化辐射，当激励馈电端口C19时，对于两个双极化分量引入滞后的90°相差，此时切换为左旋圆极化辐射。通过两两正交布置三个不同的馈电端口，三个不同的极化模式被分别激励起来(垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化)，集成在加载电磁超材料的介质谐振器3上，进而形成三极化辐射体1。一个线极化辐射波，可以矢量分解为两个等幅的左旋圆极化波和右旋圆极化波。基于线极化分解原则，通过对左旋圆极化和右旋圆极化分量进行相位控制，可以矢量合成一个任意角度上的线极化波。进一步地，通过调整馈电端口B18(左旋圆极化)和馈电端口C19(右旋圆极化)之间的馈电相差，一个极化角度可控的线极化模式被合成出来。由于线极化模式由介质谐振器3的两个正交的TE111模式合成而来，在介质谐振器3内部激励起环形电场分布，辐射出类似小环天线一样的侧射方向图，因此极化角度可控的线极化模式被等效为惠更斯源的磁偶极子模式(磁流源)。通过将垂直极化全向辐射的电偶极子模式和侧射的磁偶极子模式组合在一起，三极化辐射体1的其中一侧电场由于电流源和磁流源相位相反(180°)发生抵消，相对的一侧由于电流源和磁流源相位相同(0°)发生叠加增强，从而形成一个非平衡的定向场分布，实现一个端射的方向图。由于等效磁偶极子模式的极化方向任意可调，因此三极化辐射体1可以实现任意角度的非平衡的场分布，即端射方向图的主瓣指向任意可调。通过控制三极化辐射体1的三个馈电端口的馈电相位，辐射体可实现水平面上360度连续高精度的波束扫描和波束切换覆盖。馈电传输线8，用于对激励I型耦合馈电缝隙，实现对三极化辐射体1的信号馈入；双面PCB介质基板9，用作天线的参考地板以及馈电微带线的印刷载体；尼龙螺钉10，用作电磁超材料、介质谐振器3和双面PCB介质基板9之间的固定。图3为加载电磁超材料的三极化辐射体1对应的阻抗带宽性能，天线的-10dB阻抗带宽为3.50-3.70GHz，覆盖sub-6GHz主流频段，满足4G/5G通信和智能无线通信***的工作频段需求。图4为加载电磁超材料的三极化辐射体1三端口对应的辐射方向图。馈电端口A17对应着垂直极化的全向辐射方向图，馈电端口B18和馈电端口C19分别对应着左旋圆极化和右旋圆极化下的侧射方向图。通过对三个端口的馈电相位进行控制，天线可在水平面上实现360度连续波束扫描和任意角度波束指向。
图5为三路相移连续可调馈电网络的结构图，基于威尔金森功分器12和反射式移相器原理，提出了一种三路等功分比相移连续可调网络。三路相移连续可调网络，由一个一分三的等功分比的威尔金森功分器12和三个微带反射移相器13组成。一分三的等功分比威尔金森功分器12，由三个一分二的功分器级联而成，用于实现高隔离度的三路信号功分；微带反射移相器13，用于调整每一条支路上的相位，实现三路相位可调的输出；双面介质基板14，用作移相网络的载体以及参考地板；隔离电阻15，用作功分器的隔离电阻15，提高功分器输出支路之间的隔离度；可变电容16，用作电调反射式移相器的响应相位。图6和图7分别为三路等功分比移相馈电网络对于的阻抗带宽和相位响应图。移相网络各端口反射系数低于-15dB阻抗带宽为3.15-4.0GHz，端口传输系数优于-8.0dB的阻抗带宽为3.0-4.0GHz，完整覆盖5G-N78/LTE-B42/B43等主流sub 6GHz频段。此外带内各支路的相位0-360度任意连续可调，因此，该三路相位可调馈电网络能够适用于三极化天线进行360度波束连续扫描。
通过将图1中的三极化辐射体1和图5中的三路相移连续可调馈电网络的各端口依次连接在一起，并进行馈电和相位控制，实现相控惠更斯辐射源，即水平面360度波束连续扫描天线，如图8所示。水平面360度波束连续扫描天线，由三极化辐射体1和三路相移馈电网络11组成。三极化辐射体1，为图1和图2中的加载电磁超材料的三极化辐射结构，作为天线的辐射载体，用于辐射通过多模式合成的可重构波束；三路相移馈电网络11，为图5中的三路相位连续可调馈电网络，用于激励三极化辐射器的三端口，并对其馈电相位进行调控。图9和图10分别为水平面波束连续扫描天线在不同辐射模式下对应的电场分布和方向图。通过改变馈电相位，指向不同的非平衡电场分布以及端射方向图被合成。进而对三个端口的馈电相位进行连续调控，天线实现了360度连续的高精度波束扫描和切换覆盖。需要说明的是，图8和图9为了清晰展示波束扫描性能，仅给出了切换步进45度对应的电场分布图和辐射方向图。实际上，所提出的实施例的波束的扫描精度取决于移相器的步进。由于实施例采用的模拟移相器，因此所提出的实施例可以实现无限小步进的连续波束扫描即高精度。
本发明为了解决现有水平面360度波束可重构天线难以实现高精度波束连续扫描的局限，提出了一种新型的相控惠更斯辐射源结构，并给出了基于相控惠更斯辐射源的水平面360度波束连续扫描天线的实施例。实现了水平波束的高精度连续扫描和任意角度的波束指向，解决了传统波束可重构天线难以实现波束连续扫描的局限，以及波束切换步进大(波束扫描分辨率低)等问题；该发明的天线实现了小型化，解决了传统波束可重构天线存在的尺寸大和剖面高的问题；该发明的天线仅采用三路移相器网络实现波束的连续扫描，解决了传统方案存在的控制结构复杂以及难以集成的缺点；该发明的天线，其辐射结构和控制结构精简，有效地压缩了成本(即低成本)，解决了传统方案因结构复杂和成本高难以大规模应用的限制。除此之外，所提出的相控惠更斯辐射源结构及其实施例，也可根据不同的无线通信场景需求，对天线形式进行调整和拓展，即高的设计自由度。
本发明中，基于惠更斯辐射原理、任意线极化合成技术和连续可调移相网络设计，利用电磁超材料加载的介质谐振器3作为三极化辐射体1，提出了一种新型的相控惠更斯辐射源结构，并用于水平面360度波束连续扫描天线中，具有尺寸紧凑、低成本、波束高精度扫描覆盖(波束扫描分辨率高)以及设计灵活等优点，能够适用于智能无线通信应用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：包括相互联接的三极化辐射体(1)和三路相移馈电网络(11)，所述三极化辐射体(1)用作天线的辐射体，实现波束的扫描切换；三路相移馈电网络(11)用于激励三极化辐射体(1)的馈电端口，同时对三端口的馈电相位进行控制。
2.根据权利要求1所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述三极化辐射体(1)包括双面PCB介质基板(9)、电磁超材料结构(2)、介质谐振器(3)、中心馈电探针(4)、中心馈电微带线(5)、I型馈电缝隙(6)、微带90°电桥结构(7)和馈电传输线(8)，所述介质谐振器(3)通过尼龙螺钉(10)固定在双面PCB介质基板(9)上，所述电磁超材料结构(2)加载在介质谐振器(3)上表面，所述中心馈电探针(4)贯穿设置在介质谐振器(3)中心位置，所述中心馈电探针(4)一端与电磁超材料结构(2)连接，所述中心馈电探针(4)另一端与中心馈电微带线(5)一端相连，所述中心馈电微带线(5)另一端为馈电端口A(17)，所述微带90°电桥结构(7)的两个同侧输出端与正交的I型馈电缝隙(6)耦合连接，所述馈电传输线(8)一端与微带90°电桥结构(7)相连，所述馈电传输线(8)另一端具有两个输出端为馈电端口B(18)和馈电端口C(19)。
3.根据权利要求2所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述中心馈电微带线(5)印刷在双面PCB介质基板(9)背面，所述I型馈电缝隙(6)位于介质谐振器(3)下方并腐刻在双面PCB介质基板(9)的上表面，所述馈电传输线(8)布置在双面PCB介质基板(9)的背面。
4.根据权利要求2所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述电磁超材料结构(2)为周期性的金属贴片，所述尼龙螺钉(10)有四个，均布在介质谐振器(3)四周。
5.根据权利要求2所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述双面PCB介质基板(9)为薄层覆铜的双面介质板，为低损耗低介电常数介质板，I型馈电缝隙(6)为两对正交放置的I型缝隙。
6.根据权利要求2所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述三路相移馈电网络(11)包括一分三的等功分比威尔金森功分器(12)和三个微带反射移相器(13)，所述等功分比威尔金森功分器(12)一侧的单端口为输入端口(23)，所述等功分比威尔金森功分器(12)另一侧的三个输出端口分别与三个微带反射移相器(13)一端连接，所述三个微带反射移相器(13)另一端分别为加载端口A(20)、加载端口B(21)、加载端口C(22)。
7.根据权利要求6所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述等功分比威尔金森功分器(12)和微带反射移相器(13)均印刷在双面介质基板(14)上。
8.根据权利要求6所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：还包括隔离电阻(15)和可变电容(16)，所述隔离电阻(15)焊接在等功分比威尔金森功分器(12)的四分之一波长变换线的两侧，所述可变电容(16)焊接在微带反射移相器(13)的加载端口上。
9.根据权利要求6所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述微带反射移相器(13)为反射式拓扑的移相器，所述双面介质基板(14)为低损耗低介电常数基板，所述隔离电阻(15)为普通的封装电阻，所述可变电容(16)为变容管或可变电容(16)芯片。
10.根据权利要求6所述的水平面360度波束连续扫描天线，其特征在于：所述加载端口A(20)与馈电端口A(17)连接，所述加载端口B(21)与馈电端口B(18)连接，所述加载端口C(22)与馈电端口C(19)连接。
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