CN108963472A - 一种方向图、极化可重构天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方向图、极化可重构天线，包括四个天线单元和四个与天线单元一一对应的开关，每个天线单元具有两对可控的微扰部分，两对可控的微扰部分分别与所在天线单元对应的开关相连，开关用于控制微扰部分的状态从而改变对电流的扰动；每个天线单元包括三个馈电端口，各天线单元的馈电端口分别由馈电探针经传输线与所在天线单元对应的开关相连；所述传输线经过第一等相位等幅度功率分配器分成两部分，每一部分再分别经过一个第二等相位等幅度功率分配器分成两部分，最终分成的四部分分别连接四个开关。本发明能够实现不同的方向图，还能实现左旋圆极化和右旋圆极化。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术，特别是涉及一种方向图、极化可重构天线。
背景技术
无线通信技术的快速发展对系统需求提出了更高要求，传统的单功能天线并不能很好的满足当前的需要，并成为制约系统性能发展的瓶颈。可重构天线的提出和发展给这些问题提供了很好的解决方案。可重构天线可以通过频率复用来增加系统的容量，并且能够解决通信中的极化失配的问题，从而提高通信质量。
由于现代单层PCB工艺十分成熟，在不是十分高的频段内，加工精度也十分有保证，同时加工的产品可以拥有低轮廓、小体积、高集成度的特性，有利于天线的大规模生产与应用。因此，使用单层PCB工艺的极化可重构基片集成波导缝隙天线在低轮廓、高集成度以及降低成本上都有很现实的意义。
现有的多波束天线一般可以由一些波束形成网络实现，比如巴特尔矩阵网络。然而这些波束形成网络的面积远远大于天线辐射单元的面积。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效减小天线面积的方向图、极化可重构天线。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的方向图、极化可重构天线，包括四个天线单元和四个与天线单元一一对应的开关，每个天线单元具有两对可控的微扰部分，两对可控的微扰部分分别与所在天线单元对应的开关相连，开关用于控制微扰部分的状态从而改变对电流的扰动；每个天线单元包括三个馈电端口，各天线单元的馈电端口分别由馈电探针经传输线与所在天线单元对应的开关相连；所述传输线经过第一等相位等幅度功率分配器分成两部分，每一部分再分别经过一个第二等相位等幅度功率分配器分成两部分，最终分成的四部分分别连接四个开关。
进一步，所述天线包括由下往上依次设置的馈电介质基片、中间层介质基片和上层寄生介质基片，传输线所在层为下馈电金属层，下馈电金属层设于馈电介质基片的下表面，馈电介质基片的上表面设有金属地层，中间层介质基片的上表面设有中间辐射金属贴片层，上层寄生介质基片的上表面设有上寄生金属贴片层，馈电探针依次贯穿下馈电金属层、馈电介质基片、金属地层、中间层介质基片以及中间辐射金属贴片层，且馈电探针的上端与中间辐射金属贴片层的上表面连接，馈电探针的下端与下馈电金属层的下表面连接。
有益效果：本发明公开了一种方向图、极化可重构天线，相比现有技术，具有以下有益效果：
1、整个天线主要有金属层和金属化通孔组成，整个结构可以用传统的PCB或LTCC工艺来实现；
2、该天线能通过改变每个天线单元的馈电端口实现不同的方向图；
3、该天线具有两种不同的极化特性：左旋圆极化和右旋圆极化，同时满足较好的极化特性，较好的驻波特性，且增益波动小、轮廓低、体积小、实现简单，易于集成。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中天线的馈电层结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中天线的金属地层结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中天线的中间辐射金属贴片层结构示意图；
图4为本发明具体实施方式中天线的寄生金属贴片层结构示意图；
图5为本发明具体实施方式中天线仿真和测试得到的左旋圆极化状态的回波损耗；
图6为本发明具体实施方式中天线仿真和测试得到的右旋圆极化状态的回波损耗；
图7为本发明具体实施方式中天线测试在左旋圆极化、频率4.9GHz时不同波束方向图；
图8为本发明具体实施方式中天线测试在右旋圆极化、频率4.9GHz时不同波束方向图；
图9为本发明具体实施方式中在最大辐射方向上，天线测试在左旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图；
图10为本发明具体实施方式中在最大辐射方向上，天线测试在右旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种方向图、极化可重构天线，如图1所示，包括四个天线单元和四个与天线单元一一对应的开关，每个天线单元具有两对可控的微扰部分，两对可控的微扰部分分别与所在天线单元对应的开关相连，开关用于控制微扰部分的状态从而改变对电流的扰动。如图3所示，以左下角的天线单元为例，其中的两对可控的微扰部分包括第一可控微扰部分411、第二可控微扰部分412、第三可控微扰部分413和第四可控微扰部分414，第一可控微扰部分411和第二可控微扰部分412组成第一对可控的微扰部分，第三可控微扰部分413和第四可控微扰部分414组成第二对可控的微扰部分。采用寄生贴片结构拓展带宽。每个天线单元包括三个馈电端口，各天线单元的馈电端口分别由馈电探针3经传输线6与所在天线单元对应的开关相连。传输线6经过第一等相位等幅度功率分配器51分成两部分，每一部分再分别经过一个第二等相位等幅度功率分配器分成两部分，最终分成的四部分分别连接四个开关。如图1所示，第一个第二等相位等幅度功率分配器52分成的两部分连接上面两个开关，第二个第二等相位等幅度功率分配器53分成的两部分连接下面两个开关。
如图1、2、3、4所示，天线包括由下往上依次设置的馈电介质基片11、中间层介质基片12和上层寄生介质基片13，传输线6所在层为下馈电金属层，下馈电金属层设于馈电介质基片11的下表面，馈电介质基片11的上表面设有金属地层21，中间层介质基片12的上表面设有中间辐射金属贴片层22，上层寄生介质基片13的上表面设有上寄生金属贴片层23，馈电探针3依次贯穿下馈电金属层、馈电介质基片11、金属地层21、中间层介质基片12以及中间辐射金属贴片层22，且馈电探针3的上端与中间辐射金属贴片层22的上表面连接，馈电探针3的下端与下馈电金属层的下表面连接。中间辐射金属贴片层22作为激励贴片，上寄生金属贴片层23作为辐射贴片。三组可控馈电端口3分别与开关相连，开关用于控制天线单元的馈电端口状态，从而改变天线阵列的方向图。两对可控微扰部分4分别与开关相连，开关用于控制微扰部分4的状态改变对电流的扰动，即可形成两种不同的极化波：左旋圆极化和右旋圆极化波。
基于本发明思想，利用PCB工艺制作方向图、极化可重构天线，并进行相关测试：图5为天线仿真和测试的方向图、极化可重构天线在左旋圆极化状态的回波损耗；图6为天线仿真和测试的方向图、极化可重构天线在右旋圆极化状态的回波损耗；图7为天线测试在左旋圆极化、频率4.9GHz时不同波束方向图；图8为天线测试在右旋圆极化、频率4.9GHz时不同波束方向图；图9为在最大辐射方向上，天线测试在左旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图；图10为在最大辐射方向上，天线测试在右旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图。测试表明，该天线具有不同的方向图以及两种不同的极化：左旋圆极化和右旋圆极化，同时满足较好的极化特性，较好的驻波特性，且增益波动小、轮廓低、体积小、实现简单，易于集成。
Claims (2)
1.一种方向图、极化可重构天线，其特征在于：包括四个天线单元和四个与天线单元一一对应的开关，每个天线单元具有两对可控的微扰部分，两对可控的微扰部分分别与所在天线单元对应的开关相连，开关用于控制微扰部分的状态从而改变对电流的扰动；每个天线单元包括三个馈电端口，各天线单元的馈电端口分别由馈电探针(3)经传输线(6)与所在天线单元对应的开关相连；所述传输线(6)经过第一等相位等幅度功率分配器(51)分成两部分，每一部分再分别经过一个第二等相位等幅度功率分配器分成两部分，最终分成的四部分分别连接四个开关。
2.根据权利要求1所述的方向图、极化可重构天线，其特征在于：所述天线包括由下往上依次设置的馈电介质基片(11)、中间层介质基片(12)和上层寄生介质基片(13)，传输线(6)所在层为下馈电金属层，下馈电金属层设于馈电介质基片(11)的下表面，馈电介质基片(11)的上表面设有金属地层(21)，中间层介质基片(12)的上表面设有中间辐射金属贴片层(22)，上层寄生介质基片(13)的上表面设有上寄生金属贴片层(23)，馈电探针(3)依次贯穿下馈电金属层、馈电介质基片(11)、金属地层(21)、中间层介质基片(12)以及中间辐射金属贴片层(22)，且馈电探针(3)的上端与中间辐射金属贴片层(22)的上表面连接，馈电探针(3)的下端与下馈电金属层的下表面连接。
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