一種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有五個主波束輻射方向的天線。包括帶饋電輸入口的絕緣基板及設(shè)于基板底面的接地金屬板、設(shè)于基板上表面的引向振子及驅(qū)動振子。驅(qū)動振子為基本驅(qū)動振子與可調(diào)驅(qū)動振子垂直交叉而成的“十”字型驅(qū)動振子，交叉點為饋電點，四組引向振子分別位于驅(qū)動振子的四個夾角內(nèi)，每組引向振子由兩條平行的且中間設(shè)有開關(guān)的金屬條構(gòu)成，金屬接地板為一個與驅(qū)動振子對應(yīng)的“十”字型接地板。本發(fā)明中，各工作模式除輻射方向不一致外，其余技術(shù)參數(shù)具有高度的一致性，所以本發(fā)明設(shè)計完成了一種具有五個主波束輻射方向且各個工作狀態(tài)穩(wěn)定的平面微帶天線。
【專利說明】—種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有五個主波束輻射方向的可重構(gòu)平面微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以無線傳輸方式傳遞信息的現(xiàn)代移動通信、衛(wèi)星通信、各種軍/民用雷達(dá)和飛行器等，在國民經(jīng)濟(jì)及國防領(lǐng)域中的地位變得越來越重要。天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，它能接收和發(fā)射無線電波而傳遞信息，因此天線的工作特性將直接影響整個無線通信系統(tǒng)的性能，這使得天線技術(shù)的發(fā)展成為無線信息技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。當(dāng)前，各種無線系統(tǒng)對容量、功能、帶寬等性能的要求越來越高。顯然，提高系統(tǒng)容量、增加系統(tǒng)功能、擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬，可以滿足現(xiàn)實需求，但這將使得在同一無線系統(tǒng)平臺上搭載的信息子系統(tǒng)數(shù)量增加，從而使得天線的數(shù)量也必然相應(yīng)地增加?？芍貥?gòu)天線將多個天線的功能融合到同一天線口徑中，可以降低系統(tǒng)的整體成本、減輕重量、減小系統(tǒng)的雷達(dá)散射截面、實現(xiàn)良好的電磁兼容特性，用一個天線口徑實現(xiàn)多個天線的功能。
[0003]文獻(xiàn)“一種微帶寄生振子結(jié)構(gòu)的方向圖可重構(gòu)天線”(“A Pattern ReconfigurableMicrostrip Parasitic Array”.1EEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL.52，N0.10, OCTOBER 2004，pp.2773 - 2776.)。將八木天線寄生振子結(jié)構(gòu)改進(jìn)到微帶結(jié)構(gòu)中，設(shè)計成微帶八木結(jié)構(gòu)的主波束可重構(gòu)天線。如圖1所示，天線本體包括帶饋電輸入口的絕緣基板、相互平行設(shè)于基板上的與同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體連接的驅(qū)動振子和分別帶有兩個二極管開關(guān)的寄生振子，設(shè)于基板底面的接地金屬板，同軸電纜；同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體與驅(qū)動振子偏心連接，工作時電流由較長的一端流向較短的一端，作為寄生振子的兩側(cè)金屬條分別在兩端通過開關(guān)連接一延長段，當(dāng)兩端開關(guān)接通時則該寄生振子為引向振子、當(dāng)兩端開關(guān)斷開時該寄生振子即為反射振子；工作時各寄生振子上的兩個開關(guān)狀態(tài)一致，通過調(diào)節(jié)寄生振子開關(guān)連接狀態(tài)使其功能在引向振子與反射振子之間轉(zhuǎn)換，當(dāng)兩側(cè)引向振子的開關(guān)連接狀態(tài)不同時，主波束輻射方向偏向開關(guān)連接的引向振子一側(cè)，當(dāng)開關(guān)連接狀態(tài)相同，主波束垂直于天線基板向上輻射。該天線雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于只有一條驅(qū)動振子且激勵電流流向固定，加之驅(qū)動振子兩側(cè)均只設(shè)有一條寄生振子，因而工作時主波束輻射方向只有三個角度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線，以實現(xiàn)具有五個可選擇的主波束輻射方向的目的。
[0005]本發(fā)明是在【背景技術(shù)】微帶八木天線基本原理上的改進(jìn)設(shè)計，本發(fā)明天線的主體部分包括帶饋電輸入口的絕緣基板及設(shè)于基板底面的接地金屬板、設(shè)于基板上表面的引向振子及驅(qū)動振子，其特征在于所述驅(qū)動振子為基本驅(qū)動振子與可調(diào)驅(qū)動振子交叉固定而成的“十”字交叉形驅(qū)動振子，兩者交叉點為天線饋電點，基本驅(qū)動振子饋電點兩側(cè)長度不相等，而可調(diào)驅(qū)動振子則包括振子主體及位于兩端的延長段、以及將振子主體兩端分別與延長段固定連接成一體的開關(guān)，可調(diào)驅(qū)動振子兩側(cè)相對于饋電點對稱設(shè)置，其中任一側(cè)的長度等于基本驅(qū)動振子較長的一段、振子主體位于饋電點兩側(cè)的長度均與基本驅(qū)動振子較短的一段相等；所述引向振子為結(jié)構(gòu)相同的四組引向振子，每組引向振子由兩條平行的且中間設(shè)有開關(guān)的金屬條構(gòu)成，各組引向振子分別位于基本驅(qū)動振子及可調(diào)驅(qū)動振子所形成的四個夾角內(nèi)，其延長線與兩側(cè)驅(qū)動振子金屬條呈45°角；所述金屬接地板為一個與驅(qū)動振子對應(yīng)的“十”字交叉形接地板，接地板的四條邊長度及寬度相同、其中心與同軸電纜外導(dǎo)體連接，同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體則穿過絕緣基板與驅(qū)動振子上的饋電點連接。
[0006]其中，驅(qū)動振子、引向振子、金屬接地板均通過傳統(tǒng)的印刷或刻蝕等方式設(shè)置于絕緣基板，所有開關(guān)為PIN 二極管開關(guān)或者M(jìn)EMS開關(guān)，開關(guān)通過焊接的方式固定連接。
[0007]本發(fā)明的天線對不同頻段有不同的尺寸取值范圍。如在頻段3GHz至IOGHz范圍內(nèi)，基本驅(qū)動振子交叉點兩側(cè)的長度分別為0.25-0.35 A和0.2-0.3A (A為工作頻段中心頻點處的波長)；各引向振子的長度為0.1-0.5 A ,其中各個內(nèi)側(cè)引向振子距中心饋電點的距離均為0.1-0.5入，各外側(cè)引向振子距內(nèi)側(cè)引向振子的距離均為0.05-0.15 A ;驅(qū)動振子及引向振子的寬度全部一致，其寬度按照阻抗80-120歐姆微帶線取值。
[0008]本發(fā)明中，驅(qū)動振子由基本驅(qū)動振子與可調(diào)驅(qū)動振子垂直交叉構(gòu)成，改變可調(diào)驅(qū)動振子上開關(guān)的連接狀態(tài)即改變該驅(qū)動振子的長度，驅(qū)動振子上的電流由較長的一端流向較短的一端，切換開關(guān)連接狀態(tài)、即實現(xiàn)了對激勵電流不同流向的選擇。引向振子分別設(shè)置于基本驅(qū)動振子及可調(diào)驅(qū)動振子所形成的四個夾角內(nèi)，每個引向振子中間加載一個開關(guān)，且每組引向振子中開關(guān)的連接狀態(tài)一致，改變開關(guān)的連接狀態(tài)、即選擇寄生電流的產(chǎn)生或切斷。天線工作時，可調(diào)驅(qū)動振子上的兩個開關(guān)總是一開一關(guān)，激勵電流就有兩種不同流向，分為激勵模式一與激勵模式二，此時，只有在兩側(cè)驅(qū)動振子長度不同的夾角內(nèi)的引向振子才對波束產(chǎn)生作用，選擇不同的激勵電流的流向、即選擇不同的兩組引向振子對波束產(chǎn)生影響，這兩組引向振子上開關(guān)的不同組合，共有三種不同角度的主波束輻射方向，所以本發(fā)明天線共有六種輻射模式，其中有兩種輻射模式的主波束輻射角度相同、為垂直于基板向上輻射，其余四種輻射模式的主波束輻射方向與天線基板所在平面有30° -50°的偏離。所以本發(fā)明具有五個可選擇的主波束指向；另外，本發(fā)明在整體結(jié)構(gòu)上具有很高的對稱性，各工作模式除輻射方向不一致外，其余技術(shù)參數(shù)(如S11，輻射增益等)都具有高度的一致性，所以本發(fā)明天線的各個工作狀態(tài)穩(wěn)定。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計實現(xiàn)了一種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為【背景技術(shù)】的天線示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明天線的正面圖；
[0011]圖3為本發(fā)明天線的背面圖；
[0012]圖4為本發(fā)明實施例中，開關(guān)K9斷開，KlO連接時驅(qū)動振子上的電流方向；
[0013]圖5為本發(fā)明實施例中，開關(guān)KlO斷開，K9連接時驅(qū)動振子上的電流方向；
[0014]圖6為本發(fā)明實施例中，六種輻射模式下的Sll參數(shù)曲線；
[0015]圖7為本發(fā)明實施例中，第一種輻射模式的3D及切面方向圖；
[0016]圖8為本發(fā)明實施例中，第二種輻射模式的3D及切面方向圖；[0017]圖9為本發(fā)明實施例中，第三種輻射模式的3D及切面方向圖；
[0018]圖10為本發(fā)明實施例中，第四種輻射模式的3D及切面方向圖；
[0019]圖11為本發(fā)明實施例中，第五種輻射模式的3D及切面方向圖；
[0020]圖12為本發(fā)明實施例中，第六種輻射模式的3D及切面方向圖。
[0021]附圖標(biāo)號說明:
[0022]1.絕緣基板；2-1.驅(qū)動振子；2_2~3.寄生振子；3_1~4.開關(guān)；4.絕緣基板；5-1.基本驅(qū)動振子；5-2.可調(diào)驅(qū)動振子；6-1~4.引向振子；7-1 ;開關(guān)Kl、K2 ;7_2.開關(guān)K3、K4;7-3.開關(guān) K5、K6;7-4.開關(guān) K7、K8;7_5.開關(guān) K9;7_6.開關(guān) KlO ;8.金屬接地板；9同軸電纜饋電輸入口。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明以工作在5.9GHz的天線為實施例加以說明。
[0024]如圖2所示，基板為厚度為1mm，相對介電常數(shù)e ^ = 2.2的R06010板材，驅(qū)動振子、引向振子、金屬接地板刻蝕或印刷于基板正面。驅(qū)動振子中，可調(diào)驅(qū)動振子主體的長度為15_，延長段長度均為1.7_，基本驅(qū)動振子饋電點兩側(cè)的長度分別為9.7_及7.5_。每組引向振子中，內(nèi) 側(cè)引向振子距離饋電點的距離為6.5mm，長度為7mm，外側(cè)引向振子距離饋電點的距離為10mm，長度為10.5mm。驅(qū)動振子及引向振子的寬度均為1mm。如圖3所示，接地金屬板設(shè)置于基板背面，與驅(qū)動振子相對應(yīng)，金屬接地板中，四金屬條的長度均為
11.2mm，寬度均為4mm，其中心焊接50歐姆同軸電纜外導(dǎo)體，同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體則穿過絕緣基板與驅(qū)動振子上的饋電點連接。
[0025]驅(qū)動振子上的開關(guān)用于調(diào)節(jié)激勵電流的流向，開關(guān)K9、KlO在天線工作時一個連接一個斷開。當(dāng)開關(guān)K9斷開、KlO連接時，電流流向如圖4所示，該模式為激勵模式一；當(dāng)K9連接、KlO斷開時，電流流向如圖5所示，該模式為激勵模式二。
[0026]在激勵模式一時，只有平行于Y軸的引向振子才會對輻射波束產(chǎn)生引向作用，因此調(diào)節(jié)開關(guān)Kl、K2與K5、K6連接狀態(tài)即可實現(xiàn)在ZOX平面上的三種輻射模式；同理，在激勵模式二時，只有平行于X軸的引向振子才會對輻射波束產(chǎn)生引向作用，因此調(diào)節(jié)開關(guān)K3、K4與K7、K8的連接狀態(tài)即可實現(xiàn)ZOY平面上的三種輻射模式。其中每組引向振子中兩個開關(guān)的連接狀態(tài)保持一致。
[0027]附圖7至附圖12別給出了天線六個輻射模式下的3D及切面方向圖，現(xiàn)將開關(guān)連接狀態(tài)及相應(yīng)仿真參數(shù)列至下表，供以比對，其每個模式中未標(biāo)明的開關(guān)的連接狀態(tài)對此工作模式基本不產(chǎn)生影響。
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線，包括帶饋電輸入口的絕緣基板及設(shè)于基板底面的接地金屬板、設(shè)于基板上表面的引向振子及驅(qū)動振子，其特征在于所述驅(qū)動振子為基本驅(qū)動振子與可調(diào)驅(qū)動振子交叉固定而成的“十”字交叉形驅(qū)動振子，兩者交叉點為天線饋電點，基本驅(qū)動振子饋電點兩側(cè)長度不相等，而可調(diào)驅(qū)動振子則包括振子主體及位于兩端的延長段、以及將振子主體兩端分別與延長段固定連接成一體的開關(guān)，可調(diào)驅(qū)動振子兩側(cè)相對于饋電點對稱設(shè)置，其中任一側(cè)的長度等于基本驅(qū)動振子較長的一段、振子主體位于饋電點兩側(cè)的長度均與基本驅(qū)動振子較短的一段相等；所述引向振子為結(jié)構(gòu)相同的四組引向振子，每組引向振子由兩條平行的且中間設(shè)有開關(guān)的金屬條構(gòu)成，各組引向振子分別位于基本驅(qū)動振子及可調(diào)驅(qū)動振子所形成的四個夾角內(nèi)，其延長線與兩側(cè)驅(qū)動振子金屬條呈45°角；所述金屬接地板為一個與驅(qū)動振子對應(yīng)的“十”字交叉形接地板，接地板的四條邊長度及寬度相同、其中心與同軸電纜外導(dǎo)體連接，同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體則穿過絕緣基板與驅(qū)動振子上的饋電點連接。
2.如權(quán)利要求1所述的多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線，其特征在于所述開關(guān)為PIN 二極管開關(guān)或者M(jìn)EMS開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的多角度主波束指向可重構(gòu)的平面微帶天線，其特征在于在頻段3GHz至IOGHz范圍內(nèi)，所述基本驅(qū)動振子交叉點兩側(cè)的長度分別為0.25-0.35入和.0.2-0.3 A ;各引向振子的長度為0.1-0.5 X，其中各個內(nèi)側(cè)引向振子距中心饋電點的距離均為0.1-0.5入，各外側(cè)引向振子距內(nèi)側(cè)引向振子的距離均為0.05-0.15 A ;驅(qū)動振子及引向振子的寬度全部一致，其寬度按照阻抗80-120歐姆微帶線取值。
【文檔編號】H01Q13/08GK103682645SQ201310641951
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】溫亞慶, 王秉中, 丁霄 申請人:電子科技大學(xué)