CN102570007A - 一种含法向振子的可重构广角天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含法向振子的可重构广角天线，包括左水平振子(1a)、右水平振子(1b)、上法向振子(2a)、下法向振子(2b)、馈电(3)、馈电组合开关、左调谐开关、右调谐开关、上调谐开关(12)、下调谐开关(13)和接地板(14)，所述的左水平振子(1a)通过馈电(3)与右水平振子(1b)连接，所述的左水平振子(1a)通过馈电组合开关分别与上法向振子(2a)、下法向振子(2b)连接，所述的右水平振子(1b)通过馈电组合开关分别与上法向振子(2a)、下法向振子(2b)连接。与现有技术相比，本发明具有能在保持高增益且方向图变化过程中增益变化不大的情况下实现的广角方向图可重构、适合相控阵宽角扫描应用等优点。

Description

一种含法向振子的可重构广角天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其是涉及一种含法向振子的可重构广角天线。

背景技术

当前，各种无线、雷达、通讯系统对容量、功能、带宽等性能要求越来越高。显然，提高系统容量、增加系统功能、扩展系统带宽，可以满足现实需求，但付出的代价是在同一无线系统平台上搭载的信息子系统数量将增加，作为无线电波发射和接收的必备装置天线而言，其数量也会必然相应地增加，这将会导致整个无线系统的成本增加、体积增大等不良影响。在这一背景下，可重构天线得到迅猛发展。可重构天线是一种将多个天线的功能融合到同一天线口径中，可以降低系统的整体成本、减轻重量、减小系统的雷达散射截面、实现良好的电磁兼容特性，用一个天线口径实现多个天线的功能的一种天线技术。

近几十年来，雷达天线技术迅猛发展，从锥扫天线到抛物面或变形的卡赛格伦天线，进而发展到平面波导型阵列天线。这些类型的雷达天线一定意义上解决很多现实问题，但它们的波束搜索均基于机械扫描技术完成，使得天线阵列扫描视角小、速度慢且系统体积重量大。

相控阵技术的出现为雷达系统的发展提供了新的契机。相控阵技术采用电控元相位的方法，以其独特的无惯性波束扫描、方便快捷的波束调整和能量管理等优势在雷达和通信等方面得到了广泛的应用。在集成化、轻量化发展趋势的驱动之下，具有易于集成、重量轻等优势的微带天线成为雷达天线很好的选择。为了扩大雷达系统的目标搜索范围和通信系统的容量，需要将相控阵天线的扫描角度范围覆盖比较大的空间，但由于微带天线本身的特性，使得现有的微带相控阵的扫描角度有限，分析其扫描角度窄的原因可以发现其受到两个方面的限制：其一是，天线单元之间互耦的存在；其二是，天线单元本身的有限辐射范围。一旦天线单元选定之后，就只有想办法减小天线间的互耦了，为此，人们提出了许多减小互耦的方法，如在天线单元之间扩大间距、加载DGS结构、EBG结构、左手材料结构等，这些方法从某种意义上减小了互耦，但也会带来很多负面效应，比如加大了尺寸，引入了较大的栅瓣，引起较强的后向辐射等。因此，改变天线单元的辐射方向图特性不失为另一种解决途径，方向图可重构天线由于具备多个方向图可调的特性受到国内外研究人员的青睐，其增加了天线设计的自由度，将这种天线单元组成相控阵时除了可以控制各个单元的相位之外，还可以控制每个天线单元的方向图指向，这样能够大大拓展扫描范围，且能很好的降低扫描方向图的栅瓣，因此在相控阵天线应用中极具潜力。

经对现有的技术文献检索发现，2010年Manuilov M.B.等人在Microwave &Telecommunication Technology(CriMico’2010)13-17 September，Sevastopol，Crimea，Ukraine上发表的“DEVELOPMENT OF MULTI-ELEMENT PAHSED ANTENNAARRAYS OF V-DIPOLES WITH WIDE-ANGLE SCANNING”以及20王真等人在2009年全国天线年会上发表的“一种宽角覆盖宽角扫描相控阵天线系统”中提出的天线系统可以实现E面和H面±60°宽角覆盖，但这种达到广角方式是以牺牲天线增益来的，单个天线单元的增益为5dB左右。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能在保持高增益且方向图变化过程中增益变化不大的情况下实现的广角方向图可重构、适合相控阵宽角扫描应用的含法向振子的可重构广角天线。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含法向振子的可重构广角天线，包括左水平振子、右水平振子、上法向振子、下法向振子、馈电、馈电组合开关、左调谐开关、右调谐开关、上调谐开关、下调谐开关和接地板，

所述的左水平振子通过馈电与右水平振子连接，所述的左水平振子通过馈电组合开关分别与上法向振子、下法向振子连接，所述的右水平振子通过馈电组合开关分别与上法向振子、下法向振子连接；

所述的左调谐开关设在左水平振子上，所述的右调谐开关设在右水平振子上，所述的上调谐开关设在上法向振子上，所述的下调谐开关设在下法向振子上；

所述的接地板设在左水平振子下方。

所述的馈电组合开关包括第一馈电开关、第二馈电开关、第三馈电开关和第四馈电开关，所述的第一馈电开关设在左水平振子、上法向振子之间，所述的第二馈电开关设在右水平振子、上法向振子之间；所述的第三馈电开关设在右水平振子、下法向振子之间；所述的第四馈电开关左水平振子、下法向振子之间。

所述的左调谐开关包括第一左调谐开关和第二左调谐开关；所述的右调谐开关包括第一右调谐开关和第二右调谐开关。

所述的第二左调谐开关和第一右调谐开关导通且其余开关皆为截止，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向图3dB角宽为75.5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向图3dB角宽为115.3°。

所述的第一馈电开关、第三馈电开关、第一左调谐开关、第二左调谐开关、上调谐开关、下调谐开关导通且其余开关截止，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是-40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向图3dB角宽为153.6°。

所述的第二馈电开关、第四馈电开关、第一右调谐开关、第二右调谐开关、上调谐开关、下调谐开关导通且其余开关截止，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是54°，H面方向图3dB角宽为153.5°。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、满足当今相控阵天线领域宽角扫描需求，并且能保持高增益(7dB)；

2、通过控制连接水平振子以及法向振子的馈电组合开关以及水平振子和法向振子上的调谐开关的导通情况来改变振子的连接状态，来获得不同的辐射结构，从而改变天线的辐射方向图，实现方向图的可重构，其辐射方向图的E面方向图3dB角宽达120°之上，H面方向图3dB角宽近120°；

3、该天线在方向图可重构的过程中，还能保持保持高达7dB的增益兼具有较低的副瓣电平；

4、满足阵中有效单元方向图3dB波束宽度要在90度以上的宽角以及高增益需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一工作状态示意图；

图3为本发明的第二工作状态示意图；

图4为本发明的第三工作状态示意图；

图5为本发明的第一工作状态的E面和H面方向图，其中(a)为E面方向图，(b)为H面方向图；

图6为本发明的第二工作状态的E面和H面方向图，其中(a)为E面方向图，(b)为H面方向图；

图7为本发明的第三工作状态的E面和H面方向图，其中(a)为E面方向图，(b)为H面方向图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种含法向振子的可重构广角天线，包括左水平振子(1a)、右水平振子1b、上法向振子2a、下法向振子2b、馈电3、馈电组合开关、左调谐开关、右调谐开关、上调谐开关12、下调谐开关13和接地板14，

所述的左水平振子1a通过馈电3与右水平振子1b连接，所述的左水平振子1a通过馈电组合开关分别与上法向振子2a、下法向振子2b连接，所述的右水平振子1b通过馈电组合开关分别与上法向振子2a、下法向振子2b连接；所述的左调谐开关设在左水平振子1a上，所述的右调谐开关设在右水平振子1b上，所述的上调谐开关12设在上法向振子2a上，所述的下调谐开关13设在下法向振子2b上；所述的接地板14设在左水平振子1a下方。

所述的馈电组合开关包括第一馈电开关4、第二馈电开关5、第三馈电开关6和第四馈电开关7，所述的第一馈电开关4设在左水平振子1a、上法向振子2a之间，所述的第二馈电开关5设在右水平振子1b、上法向振子2a之间；所述的第三馈电开关6设在右水平振子1b、下法向振子2b之间；所述的第四馈电开关7左水平振子1a、下法向振子2b之间。所述的左调谐开关包括第一左调谐开关8和第二左调谐开关9；所述的右调谐开关包括第一右调谐开关10和第二右调谐开关11。

如图2、图5所示，所述的第二左调谐开关9和第一右调谐开关10导通且其余开关皆为截止，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向图3dB角宽为75.5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向图3dB角宽为115.3°。

如图3、图6所示，所述的第一馈电开关4、第三馈电开关6、第一左调谐开关8、第二左调谐开关9、上调谐开关12、下调谐开关13导通且其余开关截止，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是-40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向图3dB角宽为153.6°。

如图4、图7所示，所述的第二馈电开关5、第四馈电开关7、第一右调谐开关10、第二右调谐开关11、上调谐开关12、下调谐开关13导通且其余开关截止，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是54°，H面方向图3dB角宽为153.5°。

三种不同辐射结构可获得三种不同的辐射方向图，使得总的辐射方向图的E面3dB角宽达120°之上，而H面3dB角宽近120°，且是在保持高增益(7dB)的情况下实现的方向图可重构。

Claims (6)

1.一种含法向振子的可重构广角天线，包括左水平振子(1a)、右水平振子(1b)、上法向振子(2a)、下法向振子(2b)、馈电(3)、馈电组合开关、左调谐开关、右调谐开关、上调谐开关(12)、下调谐开关(13)和接地板(14)，其特征在于，

所述的左水平振子(1a)通过馈电(3)与右水平振子(1b)连接，所述的左水平振子(1a)通过馈电组合开关分别与上法向振子(2a)、下法向振子(2b)连接，所述的右水平振子(1b)通过馈电组合开关分别与上法向振子(2a)、下法向振子(2b)连接；

所述的左调谐开关设在左水平振子(1a)上，所述的右调谐开关设在右水平振子(1b)上，所述的上调谐开关(12)设在上法向振子(2a)上，所述的下调谐开关(13)设在下法向振子(2b)上；

所述的接地板(14)设在左水平振子(1a)下方。

2.根据权利要求1所述的一种含法向振子的可重构广角天线，其特征在于，所述的馈电组合开关包括第一馈电开关(4)、第二馈电开关(5)、第三馈电开关(6)和第四馈电开关(7)，所述的第一馈电开关(4)设在左水平振子(1a)、上法向振子(2a)之间，所述的第二馈电开关(5)设在右水平振子(1b)、上法向振子(2a)之间；所述的第三馈电开关(6)设在右水平振子(1b)、下法向振子(2b)之间；所述的第四馈电开关(7)左水平振子(1a)、下法向振子(2b)之间。

3.根据权利要求2所述的一种含法向振子的可重构广角天线，其特征在于，所述的左调谐开关包括第一左调谐开关(8)和第二左调谐开关(9)；所述的右调谐开关包括第一右调谐开关(10)和第二右调谐开关(11)。

4.根据权利要求3所述的一种含法向振子的可重构广角天线，其特征在于，所述的第二左调谐开关(9)和第一右调谐开关(10)导通且其余开关皆为截止，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向图3dB角宽为75.5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向图3dB角宽为115.3°。

5.根据权利要求3所述的一种含法向振子的可重构广角天线，其特征在于，所述的第一馈电开关(4)、第三馈电开关(6)、第一左调谐开关(8)、第二左调谐开关(9)、上调谐开关(12)、下调谐开关(13)导通且其余开关截止，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是-40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向图3dB角宽为153.6°。

6.根据权利要求3所述的一种含法向振子的可重构广角天线，其特征在于，所述的第二馈电开关(5)、第四馈电开关(7)、第一右调谐开关(10)、第二右调谐开关(11)、上调谐开关(12)、下调谐开关(13)导通且其余开关截止，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是40°，E面方向图3dB角宽为56.1°，H面主瓣角方向是54°，H面方向图3dB角宽为153.5°。

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