可重構微帶八木天線的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種可重構微帶八木天線，包括介質基片、接地板和輻射貼片組，接地板用于與饋電探針接觸，輻射貼片組位于介質基片的上表面；其中，輻射貼片組包括一個圓形貼片和四個形狀相同的類半圓形貼片，圓形貼片位于所述上表面的中心處，四個類半圓形貼片對稱設置于圓形貼片的前、后、左、右，且四個類半圓形貼片的缺口處均朝向圓形貼片，圓形貼片具有至少一個饋電端口，圓形貼片作為激勵貼片，類半圓形貼片作為寄生貼片；四個寄生貼片中的每個貼片上的相同位置都開有一矩形槽縫，每個矩形槽縫的兩端都分別設置有一個開關，通過控制所述開關的通斷來切割寄生貼片表面的電流，從而獲得不同的方向圖。適合在天線【技術領域】推廣應用。
【專利說明】可重構微帶八木天線
【技術領域】
[0001] 本發明涉及天線【技術領域】，尤其是涉及一種可重構微帶八木天線。
【背景技術】
[0002] 重構天線是通過在天線上加載開關來改變天線結構的，其能夠改變天線表面的電 流分布，從而實現對天線特性的改變，如工作頻率、輻射方向圖、極化方式等。根據天線的重 構特性將可重構天線分為以下四種類型：頻率可重構天線、方向圖可重構天線、極化可重構 天線、多種參數可重構天線。重構天線可應用在高頻衛星通信系統、移動通信系統、電子情 報、雷達和地面移動目標識別（GMTI)等諸多領域。
[0003] 通常改變天線方向圖的方法采用的是相控陣天線技術，其通過調節單元的輸入幅 度和相位來實現，但相控陣天線的具有一定的缺點，如陣列結構復雜，成本高等。而方向圖 可重構天線則能夠克服上述缺點，方向圖可重構天線通過調整方向圖的最大輻射方向，使 方向圖主瓣對準來波方向，旁瓣和后瓣對準干擾源，不僅結構簡單，還大大提高了系統的容 量和安全性。
[0004] 現有技術中存在一種方向圖可重構天線，如圖1所示，由五個貼片天線組成，其中 一個為激勵單元，其它四個為寄生單元，通過同軸對正中間激勵單元進行饋電，在寄生單元 上開了縫隙，并且在縫隙上安裝三個開關，通過開關的通斷來實現寄生貼片的引向或反射 作用。當寄生貼片上槽縫正中間的開關斷開，而另外兩個開關閉合時，寄生貼片作引向器； 而當寄生貼片上的三個開關都斷開時，寄生貼片作反射器。當激勵單元某一側的兩個貼片 狀態都為引向器，而另一側靠近激勵元的貼片為反射器，就可以讓輻射方向圖向引向器方 向偏轉。離激勵單元較遠的寄生對方向圖的影響不明顯。該天線可實現三種方式的方向圖 可重構。但是，該可重構天線的通過改變寄生貼片尺寸的方式實現不同的方向圖，從而使得 有些情況下天線尺寸較大，另外，由于輻射貼片是矩形，因此只能沿一個平面內的四個方向 實現方向圖重構。
[0005] 現有技術中存在另一種方向圖可重構天線，如圖2所示，由一個中心圓形貼片、一 個環及八個對稱分布的微帶單極子組成。八個微帶單極子到圓盤中心的距離約為介質中心 天線工作頻率的四分之一波長，每個單極子與圓環之間的間隙用于安裝PIN開關，共計八 個開關（kl-k8)。通過控制這八個開關的通斷來實現方向圖的可重構，天線的中心工作頻率 為4. 5GHz頻帶范圍為4. 3GHz-6. 4GHz，八個開關可以得到八個狀態，在每一個開關中連續3 個開關導通，連續5個開關截止，如狀態一 ：3個開關kl-k3導通，k4-k8截止。由結構的對 稱性可得方向圖穩定性。仿真和測試的方向圖結果看，主波束在方位面有寬角度的3dB波 束，通過改變天線的狀態，可實現在水平面內的全部覆蓋。但是，該可重構天線的方向圖掃 描只限于水平面。
[0006] 另外，現有的方向圖可重構天線所能夠實現的方向圖較少，遠遠達不到實現方向 圖掃描的效果。
【發明內容】
[0007] 為克服上述缺陷，本發明提供可重構微帶八木天線，包括介質基片、接地板和輻射 貼片組，接地板位于介質基片的下表面，接地板用于與饋電探針接觸，輻射貼片組位于介質 基片的上表面；
[0008] 其中，輻射貼片組包括一個圓形貼片和四個形狀相同的類半圓形貼片，圓形貼片 位于所述介質基片上表面的中心處，四個類半圓形貼片對稱設置于圓形貼片的前、后、左、 右，且四個類半圓形貼片的缺口處均朝向圓形貼片，圓形貼片具有至少一個饋電端口，圓形 貼片作為激勵貼片，類半圓形貼片作為寄生貼片；
[0009] 四個寄生貼片中的每個貼片上的相同位置都開有一矩形槽縫，每個矩形槽縫的兩 端都分別設置有一個開關，通過控制所述開關的通斷來切割寄生貼片表面的電流，從而獲 得不同的方向圖。
[0010] 進一步的，在所述寄生貼片的由所述矩形槽縫包圍的矩形貼片上加載有至少一個 短路釘，短路釘的上部與寄生貼片接通，短路釘的下部與地接通。
[0011] 進一步的，所述激勵貼片的饋電方式為同軸背饋。
[0012] 進一步的，所述激勵貼片的饋電點位于第一方向，其中，激勵貼片的中心與任意一 個類半圓形貼片的中心所構成的直線與第一方向的夾角呈45°。
[0013] 進一步的，所述開關為PIN開關。
[0014] 本發明的有益效果是：通過圓形貼片作為激勵貼片，四個對稱環繞在圓形貼片前 后左右的類半圓形貼片作為寄生貼片，寄生貼片上開有矩形槽縫，每個槽縫中設置有兩個 開關，開關接通和斷開的不同組合，能夠實現多種方向圖的可重構，本申請的可重構微帶八 木天線尺寸小，所能夠實現的方向圖種類多，并且不限于水平面的方向圖掃描，能夠實現大 范圍的方向圖掃描；又，在所述寄生貼片的由所述矩形槽縫包圍的矩形貼片上加載有至少 一個短路釘，短路釘能夠增強波束偏轉的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是現有技術中第一種可重構天線的結構圖，；
[0016] 圖2是現有技術中第二種可重構天線的結構圖；
[0017] 圖3是本發明的可重構微帶八木天線的俯視圖；
[0018] 圖4是本發明的開關設置位置的示意圖；
[0019] 圖5是本發明一實施例的第一種模式下的方向圖；
[0020] 圖6是本發明一實施例的第二種模式下的方向圖；
[0021] 圖7是本發明一實施例的第三種模式下的方向圖；
[0022] 其中，1為介質基片，2為圓形貼片，3為類半圓形貼片，4為矩形槽縫，5為短路釘， 6為饋電點,7為開關。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細描述。
[0024] 本申請的可重構微帶八木天線，包括介質基片1、接地板和輻射貼片組，接地板位 于介質基片1的下表面，接地板用于與饋電探針接觸，輻射貼片組位于介質基片1的上表 面；其中，輻射貼片組包括一個圓形貼片2和四個形狀相同的類半圓形貼片3,圓形貼片2 位于所述介質基片1上表面的中心處，四個類半圓形貼片3對稱設置于圓形貼片2的前、 后、左、右，且四個類半圓形貼片3的缺口處均朝向圓形貼片2,圓形貼片2具有至少一個饋 電端口，圓形貼片2作為激勵貼片，類半圓形貼片3作為寄生貼片；四個寄生貼片中的每個 貼片上的相同位置都開有一矩形槽縫4,每個矩形槽縫4的兩端都分別設置有一個開關7， 通過控制所述開關7的通斷來切割寄生貼片表面的電流，從而獲得不同的方向圖。
[0025] 通過圓形貼片2作為激勵貼片，四個對稱環繞在圓形貼片2前后左右的類半圓形 貼片3作為寄生貼片，寄生貼片上開有矩形槽縫4,每個槽縫中設置有兩個開關，開關接通 和斷開的不同組合，能夠實現多種方向圖的可重構，本申請的可重構微帶八木天線尺寸小， 所能夠實現的方向圖種類多，并且不限于水平面的方向圖掃描，能夠實現大范圍的方向圖 掃描。
[0026] 在本申請中，可重構微帶八木天線，包括介質基片1、接地板（未圖示）和輻射貼片 組，接地板位于介質基片1的下表面，所述天線通過接地板與饋電探針接觸，福射貼片組位 于介質基片1的上表面，所述天線的俯視圖如圖3所示。
[0027] 其中，輻射貼片組包括一個圓形貼片2和四個形狀相同的類半圓形貼片3,圓形貼 片2位于介質基片1上表面的中心處，四個類半圓形貼片3對稱設置于圓形貼片2的前、后、 左、右，具體的，位于圓形貼片2前和后的兩個類半圓形貼片3以圓形貼片2的圓心中心對 稱，位于圓形貼片2左和右的兩個類半圓形貼片3同樣以圓形貼片2的圓心中心對稱，四個 類半圓形貼片3與圓形貼片2的間距相同，且，四個類半圓形貼片3的缺口處均朝向圓形貼 片2,從而，輻射貼片組的形狀呈類花瓣狀。
[0028] 進一步的，圓形貼片2具有至少一個饋電端口，圓形貼片2作為激勵貼片，而四個 類半圓形貼片3沒有饋電端口，其作為寄生貼片。激勵貼片的饋電方式為同軸背饋，激勵貼 片的饋電點6位于第一方向，其中，激勵貼片的中心與任意一個類半圓形貼片3的中心所構 成的直線與第一方向的夾角呈45°。
[0029] 在本申請中，四個寄生貼片中的每個貼片上的相同位置都開有一矩形槽縫4,每個 矩形槽縫4的兩端都分別設置有一個開關7,如圖4所示，因此，每個寄生貼片都包含兩個開 關7,通過控制開關7的通斷來切割寄生貼片表面的電流，從而獲得不同的方向圖。
[0030] 通過切割寄生貼片表面的電流，進而改變寄生貼片等效電感和等效電容，可以實 現寄生貼片由感性到容性的變化，使得寄生貼片起到引向器或反射器的作用，從而實現方 向圖的可重構。具體的，寄生貼片的開關7接通或斷開時，都可以改變寄生貼片的表面電 流，從而實現方向圖的轉變，通常情況下，當一組開關7斷開時，寄生貼片起到引向器的作 用，但是當饋電點6不是位于天線的中心位置時，中心的激勵貼片對四個貼片的耦合程度 也不相同，由于饋電點位于第一方向，因此，第一方向附近的寄生貼片的耦合電流要強得 多，可見，方向的偏轉不僅依靠開關的通斷，還有四個寄生貼片綜合作用的結果，從而能夠 實現更多的方向圖的變化。另外，由于有四組開關7,因此每組開關單獨斷開或者幾組開關 以排列組合形式接通或斷開都可以實現不同的方向圖的變化。
[0031] 在一具體實施中，本申請僅給出典型的三種模式，但不限于該三種模式，在該實施 例中，饋電點6位于以〇為坐標原點包括X軸、y軸和z軸的極坐標系下的與X軸成45°的 位置處：
[0032] 在第一種模式中，當激勵貼片前方的寄生貼片的一組開關7均處于斷開狀態，而 其他三個寄生貼片的三組開關7均處于接通狀態時，天線的最大輻射方向圖位于X軸的正 半軸方向，如圖5所示，且該圖為xoz面的方向圖。
[0033] 在第二種模式中，當激勵貼片下方的寄生貼片的一組開關7均處于斷開狀態，而 其他三個寄生貼片的三組開關7均處于接通狀態時，天線的方向圖位于y軸負半軸方向上， 如圖6所示，且該圖為yoz面的方向圖。
[0034] 在第三種模式中，當四個寄生貼片的四組開關7同時處于接通狀態時，天線處于 主模工作狀態，輻射方向圖波束指向激勵貼片正上方，如圖7所示，且該圖為xoz面的方向 圖。
[0035] 優選的，所述開關為PIN開關。
[0036] 另外，在本申請中，通過增加饋電端口的數量，還能夠實現更多的方向圖，例如，增 加增加兩個饋電端口，可實現最少七種較為理想的模式的轉變，從而實現波束的上半空間 的掃描。
[0037] 進一步的，在本申請中，在所述寄生貼片的由所述矩形槽縫4包圍的矩形貼片上 加載有至少一個短路釘5,短路釘5的上部與寄生貼片接通，短路釘5的下部與地接通，短路 釘5的下部與地接通。短路釘5能夠增強波束偏轉的效果，短路釘5可以設置一個，也可以 均勻排布幾個短路釘5。
[0038] 本申請的可重構微帶八木天線在不同模式下，工作頻率基本保持不變，方向圖波 束可以根據需要，向不同方向偏轉，指向需要通信的用戶，也能夠避開干擾源。與全輻射方 向的天線相比，它能夠提供更高的定向性，這一特性使這一天線能夠在許多方面得到應用。 該天線尺寸小，剖面低，能與載體表面共形，也能夠組成陣列，實現方向圖在大范圍內掃描。
【權利要求】
1. 可重構微帶八木天線，其特征在于：包括介質基片（1)、接地板和輻射貼片組，接地 板位于介質基片（1)的下表面，接地板用于與饋電探針接觸，輻射貼片組位于介質基片（1) 的上表面； 其中，輻射貼片組包括一個圓形貼片（2)和四個形狀相同的類半圓形貼片（3)，圓形貼 片（2)位于所述介質基片（1)上表面的中心處，四個類半圓形貼片（3)對稱設置于圓形貼 片（2)的前、后、左、右，且四個類半圓形貼片（3)的缺口處均朝向圓形貼片（2)，圓形貼片 ⑵具有至少一個饋電端口，圓形貼片（2)作為激勵貼片，類半圓形貼片（3)作為寄生貼 片； 四個寄生貼片中的每個貼片上的相同位置都開有一矩形槽縫（4)，每個矩形槽縫（4) 的兩端都分別設置有一個開關（7)，通過控制所述開關（7)的通斷來切割寄生貼片表面的 電流，從而獲得不同的方向圖。
2. 如權利要求1所述的可重構微帶八木天線，其特征在于：在所述寄生貼片的由所述 矩形槽縫（4)包圍的矩形貼片上加載有至少一個短路釘（5)，短路釘（5)的上部與寄生貼片 接通，短路釘（5)的下部與地接通。
3. 如權利要求1所述的可重構微帶八木天線，其特征在于：所述激勵貼片的饋電方式 為同軸背饋。
4. 如權利要求3所述的可重構微帶八木天線，其特征在于：所述激勵貼片的饋電點（6) 位于第一方向，其中，激勵貼片的中心與任意一個類半圓形貼片（3)的中心所構成的直線 與第一方向的夾角呈45°。
5. 如權利要求1所述的可重構微帶八木天線，其特征在于：所述開關（7)為PIN開關 ⑵。
【文檔編號】H01Q1/38GK104157980SQ201410387847
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】肖紹球, 馬國明, 朱偉, 王秉中 申請人:電子科技大學