本发明涉及天线，特别是涉及一种1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元。
背景技术：
1、在卫星通信系统中，由于地球站与卫星相距遥远，传输损耗极大，要实现远距离无线传输，高增益天线是卫星通信系统中不可或缺的核心部件，但要在动中通情况下满足对星跟踪和卫星通信跨波束跨星切换的应用需求，以及保证良好的极化匹配，极化可重构以及波束扫描已成为卫通天线必不可少的功能，常见的机械扫描天线存在体积大，扫描速度慢，对星精度低的缺点。取而代之的砖式、瓦式和平板式相控阵天线则通过采用高比特量化的移相器进行相位量化实现扫描速度快，扫描精度高，结构共形程度高的特点。但是功耗和散热是常见相控阵天线工程实现及应用的一大难题。而新型数字电磁表面技术的发展为实现低功耗、低成本的高增益波束扫描天线提供了一条新的技术途径，可以有效解决功耗高、成本高以及散热大的问题。
2、参考专利申请cn114678702b《一种基于1-bit数字相控技术的零栅瓣平面相控阵天线》，该专利申请中辐射阵面集成了两个pin二极管(实际也可以是变容二极管、mems开关)，两个pin二极管的一端通过金属线和过孔连接到金属地层，另一端则连接到直流馈电层；控制单元需要在直流馈电层施加一定的正电压和负电压，通过反复切换正电压和负电压，让两个二极管分别处于导通和截止的状态，从而实现对射频信号1-bit的量化相位控制。但是卫星通信大多采用圆极化形式，为了保证良好的极化匹配，天线需要具备快速切换左右旋圆极化状态的能力。然而，该天线单元仅能实现单圆极化的1-bit相位控制，无法满足卫星通信系统对卫通天线左右旋圆极化的切换需求。
技术实现思路
1、在保证相控阵天线具有相位控制和左右旋圆极化可切换的前提下，为了解决传统相控阵天线因采用t/r组件而导致的成本过高以及天线控制单元电路复杂的问题，提出了一种1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元。
2、本发明公开了一种1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，从上到下分别包含辐射贴片金属层、第一射频金属地层、直流金属地层、直流参考金属层、第二射频金属地层、射频馈电金属层、第三射频金属地层、相位控制金属层；
3、辐射贴片金属层包括切角方形金属片、十字形金属贴片、第一数字控制开关、第二数字控制开关、第一偏置控制线、第一扇形金属枝节；切角方形金属片分别通过第一数字控制开关和第二数字控制开关与十字形金属贴片连接；切角方形金属片通过第一偏置控制线与第一偏置控制线连接；
4、直流参考金属层包括参考信号线、第二扇形金属枝节；十字形金属贴片通过第一金属过孔与参考信号线连接；第二扇形金属枝节旁接于参考信号线；参考信号线通过第一金属过孔与第一射频线连接；
5、相位控制金属层包括金属走线、第三数字控制开关、第四数字控制开关、第一射频线、第二射频线、第二偏置控制线、第三扇形金属枝节；第一射频线通过第二金属过孔与金属走线的一端连接；金属走线的另一端通过第三数字控制开关与第三金属过孔连接；第二金属过孔和第三金属过孔之间连接第四数字控制开关；第三金属过孔的两端分别与第二射频线和第二偏置控制线连接；第三扇形金属枝节旁接于第二偏置控制线。
6、进一步地，天线左右旋圆极化切换控制要求第一数字控制开关和第二数字控制开关在同一时刻，有且只有一个处于导通状态，另一个则处于截止状态，两者状态相反。
7、进一步地，第一数字控制开关的正极与切角方形金属片相连，负极与十字形金属贴片相连；第二数字控制开关的正极与十字形金属贴片相连，负极与切角方形金属贴片相连。
8、进一步地，当第一偏置控制线提供一个高电平的控制信号时，第一数字控制开关的正极为高电平，负极为参考电平，第一数字控制开关处于导通状态；同时第二数字控制开关的负极为高电平，正极为参考电平，第二数字控制开关处于截止状态，此时天线单元极化方式为右旋圆极化；当第一偏置控制线提供一个低电平的控制信号时，第一数字控制开关的正极为低电平，负极为参考电平，第一数字控制开关处于截止状态；同时第二数字控制开关的负极为低电平，正极为参考电平，第二数字控制开关处于导通状态，此时天线单元极化方式为左旋圆极化。
9、进一步地，天线1-bit量化相位切换控制要求第三数字控制开关和第四数字控制开关在同一时刻，有且只有一个处于导通状态，另一个则处于截止状态，两者状态相反。
10、进一步地，第三数字控制开关的正极与通过金属走线与第二金属过孔相连，负极与第二偏置控制线相连；第四数字控制开关的正极与第二偏置控制线相连，负极与第二金属过孔相连。
11、进一步地，当第二偏置控制线提供一个高电平的控制信号时，第四数字控制开关的正极为高电平，负极为参考电平，第四数字控制开关处于导通状态；同时第三数字控制开关的负极为高电平，正极为参考电平，第三数字控制开关处于截止状态，此时天线单元相位为第一状态；当第二偏置控制线提供一个低电平的控制信号时，第四数字控制开关的正极为低电平，负极为参考电平，第四数字控制开关处于截止状态；同时第三数字控制开关的负极为低电平，正极为参考电平，第三数字控制开关处于导通状态，此时天线单元相位为第二状态。
12、进一步地，通过控制金属走线的长度变换第一状态和第二状态。
13、进一步地，第一偏置控制线的源端连接到输出高/低电平直流控制信号的控制器io；直流参考金属层由电源电路提供一路直流参考电平信号；
14、第二偏置控制线的源端连接到输出高/低电平直流控制信号的控制器io。
15、进一步地，控制器io用于独立完成第一数字控制开关、第二数字控制开关、第三数字控制开关、第四数字控制开关的导通和截止的切换，从而独立实现天线左右旋圆极化切换和1-bit量化相位切换的控制。
16、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
17、1.与传统相控阵天线相比，本发明提出的天线单元不再需要移相器等t/r组件来进行相位控制和圆极化极化方式切换，从而降低天线的成本和功耗。
18、2.本发明提出的天线单元集成度高，更利于天线的小型化设计，为天线后端增加了独立设计的自由度。
19、3.本发明通过在天线的辐射贴片金属层和相位控制金属层加载数字控制开关器件实现了天线的左右旋圆极化可切换以及1-bit量化相位切换功能，相较于传统的相控阵天线少去了t/r组件从而达到了降低成本、减少功耗的目的。
1.一种1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，从上到下分别包含辐射贴片金属层、第一射频金属地层、直流金属地层、直流参考金属层、第二射频金属地层、射频馈电金属层、第三射频金属地层、相位控制金属层；
2.根据权利要求1所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，天线左右旋圆极化切换控制要求第一数字控制开关和第二数字控制开关在同一时刻，有且只有一个处于导通状态，另一个则处于截止状态，两者状态相反。
3.根据权利要求1或2所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，第一数字控制开关的正极与切角方形金属片相连，负极与十字形金属贴片相连；第二数字控制开关的正极与十字形金属贴片相连，负极与切角方形金属贴片相连。
4.根据权利要求1所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，当第一偏置控制线提供一个高电平的控制信号时，第一数字控制开关的正极为高电平，负极为参考电平，第一数字控制开关处于导通状态；同时第二数字控制开关的负极为高电平，正极为参考电平，第二数字控制开关处于截止状态，此时天线单元极化方式为右旋圆极化；当第一偏置控制线提供一个低电平的控制信号时，第一数字控制开关的正极为低电平，负极为参考电平，第一数字控制开关处于截止状态；同时第二数字控制开关的负极为低电平，正极为参考电平，第二数字控制开关处于导通状态，此时天线单元极化方式为左旋圆极化。
5.根据权利要求1所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，天线1-bit量化相位切换控制要求第三数字控制开关和第四数字控制开关在同一时刻，有且只有一个处于导通状态，另一个则处于截止状态，两者状态相反。
6.根据权利要求1或5所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，第三数字控制开关的正极与通过金属走线与第二金属过孔相连，负极与第二偏置控制线相连；第四数字控制开关的正极与第二偏置控制线相连，负极与第二金属过孔相连。
7.根据权利要求1所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，当第二偏置控制线提供一个高电平的控制信号时，第四数字控制开关的正极为高电平，负极为参考电平，第四数字控制开关处于导通状态；同时第三数字控制开关的负极为高电平，正极为参考电平，第三数字控制开关处于截止状态，此时天线单元相位为第一状态；当第二偏置控制线提供一个低电平的控制信号时，第四数字控制开关的正极为低电平，负极为参考电平，第四数字控制开关处于截止状态；同时第三数字控制开关的负极为低电平，正极为参考电平，第三数字控制开关处于导通状态，此时天线单元相位为第二状态。
8.根据权利要求7所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，通过控制金属走线的长度变换第一状态和第二状态。
9.根据权利要求1所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，第一偏置控制线的源端连接到输出高/低电平直流控制信号的控制器io；直流参考金属层由电源电路提供一路直流参考电平信号；
10.根据权利要求9所述的1-bit左右旋可切换的强馈型数字电磁表面天线单元，其特征在于，控制器io用于独立完成第一数字控制开关、第二数字控制开关、第三数字控制开关、第四数字控制开关的导通和截止的切换，从而独立实现天线左右旋圆极化切换和1-bit量化相位切换的控制。
