CN101834349A - 一种方向图可重构微带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
一种方向图可重构微带贴片天线，属于天线技术领域，涉及微带贴片天线。包括位于介质板下表面的金属接地板和位于介质板上表面的辐射贴片；辐射贴片由正方形主辐射贴片单元和前后左右等距离处的四个寄生贴片单元组成；每个寄生贴片单元由一个电子开关连接的两个矩形贴片构成；每个电子开关分别通过一个开关控制器控制。本发明通过不同状态的开关组合控制不同的寄生贴片参与能量辐射，能够实现多种多工作模式的方向图；同时具有交叉极化小、体积小、增益高的特点。本发明可用于不同的天线阵列，以实现波束形成和波束扫描。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及微带贴片天线，尤其是方向图可重构微带贴片天线。
背景技术
随着雷达技术和航空航天技术的迅猛发展，经典的单模式(单一方向图)天线已经愈发不能满足雷达，飞行器对波束赋形，波束电控快速扫描等的要求，这就使得方向图可重构天线应运而生，并得到了越来越多的重视和发展。目前已经有许多种方向图可重构天线单元存在，但普遍存在可选模式少，交叉极化大，波束宽度不理想等问题。微带贴片方向图可重构天线是方向图可重构天线的一个重要组成部分，具有易加工，易共形等优点。
文献“Pattern Reconfigurable Patch Antenna with Iwo Orthogonal Quasi-Yagi Arrays”(Xue-Song Yang*，Bing-Zhong Wang，and Weixia Wu Institute of Applied Physics，University ofElectronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，People′s Republic of China)报道了一种基于八木天线理论的微带方向图可重构天线，其方向图重构效果明显。但是由于采用双同轴线馈电，馈电系统对天线影响严重；天线尺寸较大，不利于高频应用。
文献“A Pattem Reconfigurable Microstrip Parasitic Array”(S.Zhang，G.H.Huff，J.Feng，andJ.T.Bernhard IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，VOL.52，NO.10，OCTOBER 2004)提供了一种新型的方向图可重构微带天线，实现了三个方向的波束扫描，但是其辐射的交叉极化较大，不适宜做阵列辐射单元。
文献“On the Applications for a Radiation Reconfigurable Antenna”(Second NASA/ESAConference on Adaptive Hardware and Systems(AHS2007))利用微带线设计了一种可重构天线，具有比较理想的辐射特性，但是其只能向两个方向辐射，工作模式较少，不能很好的满足可重构天线的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提出一种交叉极化小，可以向大于四个方向辐射，具有多工作模式的方向图可重构天线。同时，该天线具有小型化，高增益的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种方向图可重构微带贴片天线，如图1至图3所示，包括位于介质板下表面的金属接地板和位于介质板上表面的辐射贴片。
所述辐射贴片包括一个正方形主辐射贴片单元和位于正方形主辐射贴片单元前后左右等距离处的四个寄生贴片单元；每个寄生贴片单元包括两个矩形贴片和一个将两个矩形贴片连接在一起的电子开关；所有寄生贴片单元中矩形贴片的长度与正方形主辐射贴片单元边长相等；整个辐射贴片图形关于正方形主辐射贴片单元的几何中心点呈左右对称和前后对称。
所述金属接地板下表面具有四个开关控制器，每个开关控制器的控制连接线穿过金属接地板和介质板与对应的电子开关相连，以控制电子开关的通断；金属接地板中间具有同轴馈电线，同轴馈电线外导体与金属接地板相连，同轴馈电线内导体穿过金属接地板和介质板和辐射贴片中的正方形主辐射贴片单元相连。
本发明提供的方向图可重构微带贴片天线，对四个开关进行不同的组合开关时，就可以使天线在不同的模式下工作。当四个开关全“开”时，可实现1种工作模式；当四个开关全“关”时，可实现1种工作模式；当四个开关全一“开”三“关”时，可实现4种工作模式；当四个开关二“开”二“关”时，可实现6种工作模式；当四个开关三“开”一“关”时，可实现4种工作模式。因为四个开关不同的组合开关状态总共有16种情况，所以该天线具有总共16种工作模式，即对应有16种不同的辐射方向图。其中主要的工作模式有6种：当四个开关任选一个接通而其余三个断开时，可以形成四种工作模式，分别实现向四个方向辐射的要求；当四个开关中任意相对的两个开关接通而另外的两个断开时，可以形成两种工作模式，实现两种双向端射的辐射要求。
本发明的有益效果是：
本发明提供的方向图可重构微带贴片天线，通过不同状态的开关组合控制不同的寄生贴片参与能量辐射，能够实现多种多工作模式的方向图；同时具有交叉极化小、体积小、增益高的特点。本发明可用于不同的天线阵列，以实现波束形成和波束扫描。
附图说明
图1是本发明提供的方向图可重构微带贴片天线的辐射贴片(正面)结构示意图。
图2是本发明提供的方向图可重构微带贴片天线的金属接地板(反面)结构示意图。
图3是本发明提供的方向图可重构微带贴片天线的纵向剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种方向图可重构微带贴片天线，如图1至图3所示，包括位于介质板下表面的金属接地板和位于介质板上表面的辐射贴片。
所述辐射贴片包括一个正方形主辐射贴片单元和位于正方形主辐射贴片单元前后左右等距离处的四个寄生贴片单元；每个寄生贴片单元包括两个矩形贴片和一个将两个矩形贴片连接在一起的电子开关；所有寄生贴片单元中矩形贴片的长度与正方形主辐射贴片单元边长相等；整个辐射贴片图形关于正方形主辐射贴片单元的几何中心点呈左右对称和前后对称。
所述金属接地板下表面具有四个开关控制器，每个开关控制器的控制连接线穿过金属接地板和介质板与对应的电子开关相连，以控制电子开关的通断；金属接地板中间具有同轴馈电线，同轴馈电线外导体与金属接地板相连，同轴馈电线内导体穿过金属接地板和介质板和辐射贴片中的正方形主辐射贴片单元相连。
本发明提供的方向图可重构微带贴片天线，当四个开关任选一个接通而其余三个断开时，可以形成四种工作模式，分别实现向四个方向辐射的要求；当四个开关中任意相对的两个开关接通而另外的两个断开时，可以形成两种工作模式，实现两种双向端射的辐射要求。可采用数字技术控制四个开关的通断，以实现不同工作模式的切换。
上述技术方案中，四个电子开关可以采用半导体(MOS)开关，也可采用微机械(MEMS)电子开关。四个开关控制器可采用多通道模拟开关控制器，保证对每一通道独立控制；也可以采用数字开关控制器，通过编码保证对每一通道独立控制。
本发明提供的方向图可重构微带贴片天线，对四个开关进行不同的组合开关时，就可以使天线在不同的模式下工作。当四个开关全“开”时，可实现1种工作模式；当四个开关全“关”时，可实现1种工作模式；当四个开关全一“开”三“关”时，可实现4种工作模式；当四个开关二“开”二“关”时，可实现6种工作模式；当四个开关三“开”一“关”时，可实现4种工作模式。因为四个开关不同的组合开关状态总共有16种情况，所以该天线具有总共16种工作模式，即对应有16种不同的辐射方向图。
确定相关参数为：介质板厚度为0.254mm，介质板相对介电常数为3；正方形主辐射贴片单元边长为2.54mm，四个寄生贴片单元距离正方形主辐射贴片单元0.2mm；位于正方形主辐射贴片单元左右两边的两个寄生贴片单元中，距离正方形主辐射贴片单元较近的两个矩形贴片的尺寸为2.54mm×2.24mm，距离正方形主辐射贴片单元较远的两个矩形贴片的尺寸为2.54mm×2.53mm；位于正方形主辐射贴片单元前后两边的两个寄生贴片单元中，距离正方形主辐射贴片单元较近的两个矩形贴片的尺寸为2.54mm×2.10mm，距离正方形主辐射贴片单元较远的两个矩形贴片的尺寸为2.54mm×6.65mm。在确定上述相关参数情况下，经电磁仿真，该天线可实现的主要6种工作模式如下(其他模式省略)：
模式一：基本状态，其方向图基本垂直朝向正上方。最大辐射出现在(phi＝226°，theta＝2°)处。在35GHz时S11＝-27.1dB。
模式二：偏转状态1，最大辐射出现在(phi＝359°，theta＝10°)处。在35GHz时S11＝-20.0dB。
模式三：偏转状态2，最大辐射出现在(phi＝188°，theta＝10°)处。在35GHz时S11＝-23.1dB。
模式四：偏转状态3，最大辐射出现在(phi＝91°，theta＝26°)处。在35GHz时S11＝-22.9dB。
模式五：偏转状态4，最大辐射出现在(phi＝266°，theta＝29°)处。在35GHz时S11＝-26.1dB。
模式六：端射状态，最大辐射有个两个，分别出现在(phi＝269°，theta＝42°)和(phi＝93°，theta＝35°)。在35GHz时S11＝-24.1dB。
Claims (5)
1.一种方向图可重构微带贴片天线，包括位于介质板下表面的金属接地板和位于介质板上表面的辐射贴片；
其特征在于：
所述辐射贴片包括一个正方形主辐射贴片单元和位于正方形主辐射贴片单元前后左右等距离处的四个寄生贴片单元；每个寄生贴片单元包括两个矩形贴片和一个将两个矩形贴片连接在一起的电子开关；所有寄生贴片单元中矩形贴片的长度与正方形主辐射贴片单元边长相等；整个辐射贴片图形关于正方形主辐射贴片单元的几何中心点呈左右对称和前后对称；
所述金属接地板下表面具有四个开关控制器，每个开关控制器的控制连接线穿过金属接地板和介质板与对应的电子开关相连，以控制电子开关的通断；金属接地板中间具有同轴馈电线，同轴馈电线外导体与金属接地板相连，同轴馈电线内导体穿过金属接地板和介质板和辐射贴片中的正方形主辐射贴片单元相连。
2.根据权利要求1所述的方向图可重构微带贴片天线，其特征在于，所述四个电子开关为半导体开关。
3.根据权利要求1所述的方向图可重构微带贴片天线，其特征在于，所述四个电子开关为微机械电子开关。
4.根据权利要求2或3所述的方向图可重构微带贴片天线，其特征在于，所述四个开关控制器为多通道模拟开关控制器。
5.根据权利要求2或3所述的方向图可重构微带贴片天线，其特征在于，所述四个开关控制器为数字开关控制器。
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