CN104157980B - 可重构微带八木天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可重构微带八木天线，包括介质基片、接地板和辐射贴片组，接地板用于与馈电探针接触，辐射贴片组位于介质基片的上表面；其中，辐射贴片组包括一个圆形贴片和四个形状相同的类半圆形贴片，圆形贴片位于所述上表面的中心处，四个类半圆形贴片对称设置于圆形贴片的前、后、左、右，且四个类半圆形贴片的缺口处均朝向圆形贴片，圆形贴片具有至少一个馈电端口，圆形贴片作为激励贴片，类半圆形贴片作为寄生贴片；四个寄生贴片中的每个贴片上的相同位置都开有一矩形槽缝，每个矩形槽缝的两端都分别设置有一个开关，通过控制所述开关的通断来切割寄生贴片表面的电流，从而获得不同的方向图。适合在天线技术领域推广应用。

Description

可重构微带八木天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种可重构微带八木天线。
背景技术
重构天线是通过在天线上加载开关来改变天线结构的，其能够改变天线表面的电流分布，从而实现对天线特性的改变，如工作频率、辐射方向图、极化方式等。根据天线的重构特性将可重构天线分为以下四种类型：频率可重构天线、方向图可重构天线、极化可重构天线、多种参数可重构天线。重构天线可应用在高频卫星通信系统、移动通信系统、电子情报、雷达和地面移动目标识别(GMTI)等诸多领域。
通常改变天线方向图的方法采用的是相控阵天线技术，其通过调节单元的输入幅度和相位来实现，但相控阵天线的具有一定的缺点，如阵列结构复杂，成本高等。而方向图可重构天线则能够克服上述缺点，方向图可重构天线通过调整方向图的最大辐射方向，使方向图主瓣对准来波方向，旁瓣和后瓣对准干扰源，不仅结构简单，还大大提高了系统的容量和安全性。
现有技术中存在一种方向图可重构天线，如图1所示，由五个贴片天线组成，其中一个为激励单元，其它四个为寄生单元，通过同轴对正中间激励单元进行馈电，在寄生单元上开了缝隙，并且在缝隙上安装三个开关，通过开关的通断来实现寄生贴片的引向或反射作用。当寄生贴片上槽缝正中间的开关断开，而另外两个开关闭合时，寄生贴片作引向器；而当寄生贴片上的三个开关都断开时，寄生贴片作反射器。当激励单元某一侧的两个贴片状态都为引向器，而另一侧靠近激励元的贴片为反射器，就可以让辐射方向图向引向器方向偏转。离激励单元较远的寄生对方向图的影响不明显。该天线可实现三种方式的方向图可重构。但是，该可重构天线的通过改变寄生贴片尺寸的方式实现不同的方向图，从而使得有些情况下天线尺寸较大，另外，由于辐射贴片是矩形，因此只能沿一个平面内的四个方向实现方向图重构。
现有技术中存在另一种方向图可重构天线，如图2所示，由一个中心圆形贴片、一个环及八个对称分布的微带单极子组成。八个微带单极子到圆盘中心的距离约为介质中心天线工作频率的四分之一波长，每个单极子与圆环之间的间隙用于安装PIN开关，共计八个开关(k1-k8)。通过控制这八个开关的通断来实现方向图的可重构，天线的中心工作频率为4.5GHz频带范围为4.3GHz-6.4GHz，八个开关可以得到八个状态，在每一个开关中连续3个开关导通，连续5个开关截止，如状态一：3个开关k1-k3导通，k4-k8截止。由结构的对称性可得方向图稳定性。仿真和测试的方向图结果看，主波束在方位面有宽角度的3dB波束，通过改变天线的状态，可实现在水平面内的全部覆盖。但是，该可重构天线的方向图扫描只限于水平面。
另外，现有的方向图可重构天线所能够实现的方向图较少，远远达不到实现方向图扫描的效果。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供可重构微带八木天线，包括介质基片、接地板和辐射贴片组，接地板位于介质基片的下表面，接地板用于与馈电探针接触，辐射贴片组位于介质基片的上表面；
其中，辐射贴片组包括一个圆形贴片和四个形状相同的类半圆形贴片，圆形贴片位于所述介质基片上表面的中心处，四个类半圆形贴片对称设置于圆形贴片的前、后、左、右，且四个类半圆形贴片的缺口处均朝向圆形贴片，圆形贴片具有至少一个馈电端口，圆形贴片作为激励贴片，类半圆形贴片作为寄生贴片；
四个寄生贴片中的每个贴片上的相同位置都开有一矩形槽缝，每个矩形槽缝的两端都分别设置有一个开关，通过控制所述开关的通断来切割寄生贴片表面的电流，从而获得不同的方向图。
进一步的，在所述寄生贴片的由所述矩形槽缝包围的矩形贴片上加载有至少一个短路钉，短路钉的上部与寄生贴片接通，短路钉的下部与地接通。
进一步的，所述激励贴片的馈电方式为同轴背馈。
进一步的，所述激励贴片的馈电点位于第一方向，其中，激励贴片的中心与任意一个类半圆形贴片的中心所构成的直线与第一方向的夹角呈45°。
进一步的，所述开关为PIN开关。
本发明的有益效果是：通过圆形贴片作为激励贴片，四个对称环绕在圆形贴片前后左右的类半圆形贴片作为寄生贴片，寄生贴片上开有矩形槽缝，每个槽缝中设置有两个开关，开关接通和断开的不同组合，能够实现多种方向图的可重构，本申请的可重构微带八木天线尺寸小，所能够实现的方向图种类多，并且不限于水平面的方向图扫描，能够实现大范围的方向图扫描；又，在所述寄生贴片的由所述矩形槽缝包围的矩形贴片上加载有至少一个短路钉，短路钉能够增强波束偏转的效果。
附图说明
图1是现有技术中第一种可重构天线的结构图，；
图2是现有技术中第二种可重构天线的结构图；
图3是本发明的可重构微带八木天线的俯视图；
图4是本发明的开关设置位置的示意图；
图5是本发明一实施例的第一种模式下的方向图；
图6是本发明一实施例的第二种模式下的方向图；
图7是本发明一实施例的第三种模式下的方向图；
其中，1为介质基片，2为圆形贴片，3为类半圆形贴片，4为矩形槽缝，5为短路钉，6为馈电点，7为开关。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。
本申请的可重构微带八木天线，包括介质基片1、接地板和辐射贴片组，接地板位于介质基片1的下表面，接地板用于与馈电探针接触，辐射贴片组位于介质基片1的上表面；其中，辐射贴片组包括一个圆形贴片2和四个形状相同的类半圆形贴片3，圆形贴片2位于所述介质基片1上表面的中心处，四个类半圆形贴片3对称设置于圆形贴片2的前、后、左、右，且四个类半圆形贴片3的缺口处均朝向圆形贴片2，圆形贴片2具有至少一个馈电端口，圆形贴片2作为激励贴片，类半圆形贴片3作为寄生贴片；四个寄生贴片中的每个贴片上的相同位置都开有一矩形槽缝4，每个矩形槽缝4的两端都分别设置有一个开关7，通过控制所述开关7的通断来切割寄生贴片表面的电流，从而获得不同的方向图。
通过圆形贴片2作为激励贴片，四个对称环绕在圆形贴片2前后左右的类半圆形贴片3作为寄生贴片，寄生贴片上开有矩形槽缝4，每个槽缝中设置有两个开关，开关接通和断开的不同组合，能够实现多种方向图的可重构，本申请的可重构微带八木天线尺寸小，所能够实现的方向图种类多，并且不限于水平面的方向图扫描，能够实现大范围的方向图扫描。
在本申请中，可重构微带八木天线，包括介质基片1、接地板(未图示)和辐射贴片组，接地板位于介质基片1的下表面，所述天线通过接地板与馈电探针接触，辐射贴片组位于介质基片1的上表面，所述天线的俯视图如图3所示。
其中，辐射贴片组包括一个圆形贴片2和四个形状相同的类半圆形贴片3，圆形贴片2位于介质基片1上表面的中心处，四个类半圆形贴片3对称设置于圆形贴片2的前、后、左、右，具体的，位于圆形贴片2前和后的两个类半圆形贴片3以圆形贴片2的圆心中心对称，位于圆形贴片2左和右的两个类半圆形贴片3同样以圆形贴片2的圆心中心对称，四个类半圆形贴片3与圆形贴片2的间距相同，且，四个类半圆形贴片3的缺口处均朝向圆形贴片2，从而，辐射贴片组的形状呈类花瓣状。
进一步的，圆形贴片2具有至少一个馈电端口，圆形贴片2作为激励贴片，而四个类半圆形贴片3没有馈电端口，其作为寄生贴片。激励贴片的馈电方式为同轴背馈，激励贴片的馈电点6位于第一方向，其中，激励贴片的中心与任意一个类半圆形贴片3的中心所构成的直线与第一方向的夹角呈45°。
在本申请中，四个寄生贴片中的每个贴片上的相同位置都开有一矩形槽缝4，每个矩形槽缝4的两端都分别设置有一个开关7，如图4所示，因此，每个寄生贴片都包含两个开关7，通过控制开关7的通断来切割寄生贴片表面的电流，从而获得不同的方向图。
通过切割寄生贴片表面的电流，进而改变寄生贴片等效电感和等效电容，可以实现寄生贴片由感性到容性的变化，使得寄生贴片起到引向器或反射器的作用，从而实现方向图的可重构。具体的，寄生贴片的开关7接通或断开时，都可以改变寄生贴片的表面电流，从而实现方向图的转变，通常情况下，当一组开关7断开时，寄生贴片起到引向器的作用，但是当馈电点6不是位于天线的中心位置时，中心的激励贴片对四个贴片的耦合程度也不相同，由于馈电点位于第一方向，因此，第一方向附近的寄生贴片的耦合电流要强得多，可见，方向的偏转不仅依靠开关的通断，还有四个寄生贴片综合作用的结果，从而能够实现更多的方向图的变化。另外，由于有四组开关7，因此每组开关单独断开或者几组开关以排列组合形式接通或断开都可以实现不同的方向图的变化。
在一具体实施中，本申请仅给出典型的三种模式，但不限于该三种模式，在该实施例中，馈电点6位于以o为坐标原点包括x轴、y轴和z轴的极坐标系下的与x轴成45°的位置处：
在第一种模式中，当激励贴片前方的寄生贴片的一组开关7均处于断开状态，而其他三个寄生贴片的三组开关7均处于接通状态时，天线的最大辐射方向图位于x轴的正半轴方向，如图5所示，且该图为xoz面的方向图。
在第二种模式中，当激励贴片下方的寄生贴片的一组开关7均处于断开状态，而其他三个寄生贴片的三组开关7均处于接通状态时，天线的方向图位于y轴负半轴方向上，如图6所示，且该图为yoz面的方向图。
在第三种模式中，当四个寄生贴片的四组开关7同时处于接通状态时，天线处于主模工作状态，辐射方向图波束指向激励贴片正上方，如图7所示，且该图为xoz面的方向图。
优选的，所述开关为PIN开关。
另外，在本申请中，通过增加馈电端口的数量，还能够实现更多的方向图，例如，增加增加两个馈电端口，可实现最少七种较为理想的模式的转变，从而实现波束的上半空间的扫描。
进一步的，在本申请中，在所述寄生贴片的由所述矩形槽缝4包围的矩形贴片上加载有至少一个短路钉5，短路钉5的上部与寄生贴片接通，短路钉5的下部与地接通，短路钉5的下部与地接通。短路钉5能够增强波束偏转的效果，短路钉5可以设置一个，也可以均匀排布几个短路钉5。
本申请的可重构微带八木天线在不同模式下，工作频率基本保持不变，方向图波束可以根据需要，向不同方向偏转，指向需要通信的用户，也能够避开干扰源。与全辐射方向的天线相比，它能够提供更高的定向性，这一特性使这一天线能够在许多方面得到应用。该天线尺寸小，剖面低，能与载体表面共形，也能够组成阵列，实现方向图在大范围内扫描。

Claims (5)

1.可重构微带八木天线，其特征在于：包括介质基片(1)、接地板和辐射贴片组，接地板位于介质基片(1)的下表面，接地板用于与馈电探针接触，辐射贴片组位于介质基片(1)的上表面；
其中，辐射贴片组包括一个圆形贴片(2)和四个形状相同的类半圆形贴片(3)，圆形贴片(2)位于所述介质基片(1)上表面的中心处，四个类半圆形贴片(3)对称设置于圆形贴片(2)的前、后、左、右，且四个类半圆形贴片(3)的缺口处均朝向圆形贴片(2)，圆形贴片(2)具有至少一个馈电端口，圆形贴片(2)作为激励贴片，类半圆形贴片(3)作为寄生贴片；
四个寄生贴片中的每个贴片上的相同位置都开有一矩形槽缝(4)，所述矩形槽缝(4)为矩形的环状的槽隙，每个矩形槽缝(4)的两端都分别设置有一个开关(7)，通过控制所述开关(7)的通断来切割寄生贴片表面的电流，从而获得不同的方向图。
2.如权利要求1所述的可重构微带八木天线，其特征在于：在所述寄生贴片的由所述矩形槽缝(4)包围的矩形贴片上加载有至少一个短路钉(5)，短路钉(5)的上部与寄生贴片接通，短路钉(5)的下部与地接通。
3.如权利要求1所述的可重构微带八木天线，其特征在于：所述激励贴片的馈电方式为同轴背馈。
4.如权利要求3所述的可重构微带八木天线，其特征在于：所述激励贴片的馈电点(6)位于第一方向，其中，激励贴片的中心与任意一个类半圆形贴片(3)的中心所构成的直线与第一方向的夹角呈45°。
5.如权利要求1所述的可重构微带八木天线，其特征在于：所述开关(7)为PIN开关(7)。
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