專利名稱：一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線，尤其是涉及一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，各種無線、雷達(dá)、通訊系統(tǒng)對容量、功能、帶寬等性能要求越來越高。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，但付出的代價是在同一無線系統(tǒng)平臺上搭載的信息子系統(tǒng)數(shù)量將增加，作為無線電波發(fā)射和接收的必備裝置天線而言，其數(shù)量也會必然相應(yīng)地增加，這將會導(dǎo)致整個無線系統(tǒng)的成本增加、體積增大等不良影響。在這一背景下，可重構(gòu)天線得到迅猛發(fā)展。可重構(gòu)天線是一種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)多個天線的功能的一種天線技術(shù)。近幾十年來，雷達(dá)天線技術(shù)迅猛發(fā)展，從錐掃天線到拋物面或變形的卡賽格倫天線，進(jìn)而發(fā)展到平面波導(dǎo)型陣列天線。這些類型的雷達(dá)天線一定意義上解決很多現(xiàn)實問題， 但它們的波束搜索均基于機(jī)械掃描技術(shù)完成，使得天線陣列掃描視角小、速度慢且系統(tǒng)體積重量大。相控陣技術(shù)的出現(xiàn)為雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。相控陣技術(shù)采用電控元相位的方法，以其獨(dú)特的無慣性波束掃描、方便快捷的波束調(diào)整和能量管理等優(yōu)勢在雷達(dá)和通信等方面得到了廣泛的應(yīng)用。在集成化、輕量化發(fā)展趨勢的驅(qū)動之下，具有易于集成、重量輕等優(yōu)勢的微帶天線成為雷達(dá)天線很好的選擇。為了擴(kuò)大雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)搜索范圍和通信系統(tǒng)的容量，需要將相控陣天線的掃描角度范圍覆蓋比較大的空間，但由于微帶天線本身的特性，使得現(xiàn)有的微帶相控陣的掃描角度有限，分析其掃描角度窄的原因可以發(fā)現(xiàn)其受到兩個方面的限制其一是，天線單元之間互耦的存在；其二是，天線單元本身的有限輻射范圍。一旦天線單元選定之后，就只有想辦法減小天線間的互耦了，為此，人們提出了許多減小互耦的方法，如在天線單元之間擴(kuò)大間距、加載DGS結(jié)構(gòu)、EBG結(jié)構(gòu)、左手材料結(jié)構(gòu)等，這些方法從某種意義上減小了互耦，但也會帶來很多負(fù)面效應(yīng)，比如加大了尺寸，引入了較大的柵瓣，引起較強(qiáng)的后向輻射等。因此，改變天線單元的輻射方向圖特性不失為另一種解決途徑，方向圖可重構(gòu)天線由于具備多個方向圖可調(diào)的特性受到國內(nèi)外研究人員的青睞，其增加了天線設(shè)計的自由度，將這種天線單元組成相控陣時除了可以控制各個單元的相位之外，還可以控制每個天線單元的方向圖指向，這樣能夠大大拓展掃描范圍，且能很好的降低掃描方向圖的柵瓣，因此在相控陣天線應(yīng)用中極具潛力。經(jīng)對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，2010年Manuilov M. B.等人在Microwave &Telecommunication Technology(CriMico' 2010)13-17 September,Sevastopol, Crimea, Ukraine 上發(fā)表的“DEVELOPMENT OF MULTI-ELEMENT PAHSED ANTENNMRRAYS OF V-DIP0LES WITH WIDE-ANGLE SCANNING”以及20王真等人在2009年全國天線年會上發(fā)表的“一種寬角覆蓋寬角掃描相控陣天線系統(tǒng)”中提出的天線系統(tǒng)可以實現(xiàn)E面和H面士60°寬角覆蓋， 但這種達(dá)到廣角方式是以犧牲天線增益來的，單個天線單元的增益為5dB左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能在保持高增益且方向圖變化過程中增益變化不大的情況下實現(xiàn)的廣角方向圖可重構(gòu)、適合相控陣寬角掃描應(yīng)用的含法向振子的可重構(gòu)廣角天線。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，包括左水平振子、右水平振子、上法向振子、 下法向振子、饋電、饋電組合開關(guān)、左調(diào)諧開關(guān)、右調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)、下調(diào)諧開關(guān)和接地板，所述的左水平振子通過饋電與右水平振子連接，所述的左水平振子通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子、下法向振子連接，所述的右水平振子通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子、下法向振子連接；所述的左調(diào)諧開關(guān)設(shè)在左水平振子上，所述的右調(diào)諧開關(guān)設(shè)在右水平振子上，所述的上調(diào)諧開關(guān)設(shè)在上法向振子上，所述的下調(diào)諧開關(guān)設(shè)在下法向振子上；所述的接地板設(shè)在左水平振子下方。所述的饋電組合開關(guān)包括第一饋電開關(guān)、第二饋電開關(guān)、第三饋電開關(guān)和第四饋電開關(guān)，所述的第一饋電開關(guān)設(shè)在左水平振子、上法向振子之間，所述的第二饋電開關(guān)設(shè)在右水平振子、上法向振子之間；所述的第三饋電開關(guān)設(shè)在右水平振子、下法向振子之間；所述的第四饋電開關(guān)左水平振子、下法向振子之間。所述的左調(diào)諧開關(guān)包括第一左調(diào)諧開關(guān)和第二左調(diào)諧開關(guān)；所述的右調(diào)諧開關(guān)包括第一右調(diào)諧開關(guān)和第二右調(diào)諧開關(guān)。所述的第二左調(diào)諧開關(guān)和第一右調(diào)諧開關(guān)導(dǎo)通且其余開關(guān)皆為截止，構(gòu)成第一工作狀態(tài)，在第一工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向圖3dB角寬為75. 5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向圖3dB角寬為115.3°。所述的第一饋電開關(guān)、第三饋電開關(guān)、第一左調(diào)諧開關(guān)、第二左調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)、下調(diào)諧開關(guān)導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第二工作狀態(tài)，在第二工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是-40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向圖3dB 角寬為153.6°。所述的第二饋電開關(guān)、第四饋電開關(guān)、第一右調(diào)諧開關(guān)、第二右調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)、下調(diào)諧開關(guān)導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第三工作狀態(tài)，在第三工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是，H面方向圖3dB 角寬為153. 5°。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、滿足當(dāng)今相控陣天線領(lǐng)域?qū)捊菕呙栊枨?，并且能保持高增?7dB)；2、通過控制連接水平振子以及法向振子的饋電組合開關(guān)以及水平振子和法向振子上的調(diào)諧開關(guān)的導(dǎo)通情況來改變振子的連接狀態(tài)，來獲得不同的輻射結(jié)構(gòu)，從而改變天線的輻射方向圖，實現(xiàn)方向圖的可重構(gòu)，其輻射方向圖的E面方向圖3dB角寬達(dá)120°之上， H面方向圖3dB角寬近120° ；3、該天線在方向圖可重構(gòu)的過程中，還能保持保持高達(dá)7dB的增益兼具有較低的副瓣電平；4、滿足陣中有效單元方向圖3dB波束寬度要在90度以上的寬角以及高增益需求。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的第一工作狀態(tài)示意圖；圖3為本發(fā)明的第二工作狀態(tài)示意圖；圖4為本發(fā)明的第三工作狀態(tài)示意圖；圖5為本發(fā)明的第一工作狀態(tài)的E面和H面方向圖，其中(a) 為H面方向圖；圖6為本發(fā)明的第二工作狀態(tài)的E面和H面方向圖，其中(a) 為H面方向圖；圖7為本發(fā)明的第三工作狀態(tài)的E面和H面方向圖，其中(a) 為H面方向圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例如圖1所示，一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，包括左水平振子(Ia)、右水平振子lb、上法向振子2a、下法向振子2b、饋電3、饋電組合開關(guān)、左調(diào)諧開關(guān)、右調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)12、下調(diào)諧開關(guān)13和接地板14，所述的左水平振子Ia通過饋電3與右水平振子Ib連接，所述的左水平振子Ia通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子加、下法向振子2b連接，所述的右水平振子Ib通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子加、下法向振子2b連接；所述的左調(diào)諧開關(guān)設(shè)在左水平振子Ia 上，所述的右調(diào)諧開關(guān)設(shè)在右水平振子Ib上，所述的上調(diào)諧開關(guān)12設(shè)在上法向振子加上， 所述的下調(diào)諧開關(guān)13設(shè)在下法向振子2b上；所述的接地板14設(shè)在左水平振子Ia下方。所述的饋電組合開關(guān)包括第一饋電開關(guān)4、第二饋電開關(guān)5、第三饋電開關(guān)6和第四饋電開關(guān)7，所述的第一饋電開關(guān)4設(shè)在左水平振子la、上法向振子加之間，所述的第二饋電開關(guān)5設(shè)在右水平振子lb、上法向振子加之間；所述的第三饋電開關(guān)6設(shè)在右水平振子lb、下法向振子2b之間；所述的第四饋電開關(guān)7左水平振子la、下法向振子2b之間。所述的左調(diào)諧開關(guān)包括第一左調(diào)諧開關(guān)8和第二左調(diào)諧開關(guān)9 ；所述的右調(diào)諧開關(guān)包括第一右調(diào)諧開關(guān)10和第二右調(diào)諧開關(guān)11。如圖2、圖5所示，所述的第二左調(diào)諧開關(guān)9和第一右調(diào)諧開關(guān)10導(dǎo)通且其余開關(guān)皆為截止，構(gòu)成第一工作狀態(tài)，在第一工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向圖 3dB角寬為75. 5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向圖3dB角寬為115. 3°。如圖3、圖6所示，所述的第一饋電開關(guān)4、第三饋電開關(guān)6、第一左調(diào)諧開關(guān)8、第二左調(diào)諧開關(guān)9、上調(diào)諧開關(guān)12、下調(diào)諧開關(guān)13導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第二工作狀態(tài)， 在第二工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是-40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向圖3dB角寬為153.6°。
為E面方向圖，(b) 為E面方向圖，(b) 為E面方向圖，(b)
如圖4、圖7所示，所述的第二饋電開關(guān)5、第四饋電開關(guān)7、第一右調(diào)諧開關(guān)10、第二右調(diào)諧開關(guān)11、上調(diào)諧開關(guān)12、下調(diào)諧開關(guān)13導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第三工作狀態(tài)， 在第三工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是，H面方向圖3dB角寬為153. 5°。三種不同輻射結(jié)構(gòu)可獲得三種不同的輻射方向圖，使得總的輻射方向圖的E面 3dB角寬達(dá)120°之上，而H面3dB角寬近120°，且是在保持高增益(7池)的情況下實現(xiàn)的方向圖可重構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，包括左水平振子(la)、右水平振子(lb)、上法向振子( )、下法向振子(2b)、饋電(3)、饋電組合開關(guān)、左調(diào)諧開關(guān)、右調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)(12)、下調(diào)諧開關(guān)(13)和接地板(14)，其特征在于，所述的左水平振子(Ia)通過饋電C3)與右水平振子(Ib)連接，所述的左水平振子 (Ia)通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子( )、下法向振子Ob)連接，所述的右水平振子 (Ib)通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子( )、下法向振子Ob)連接；所述的左調(diào)諧開關(guān)設(shè)在左水平振子(Ia)上，所述的右調(diào)諧開關(guān)設(shè)在右水平振子(Ib) 上，所述的上調(diào)諧開關(guān)(1 設(shè)在上法向振子Oa)上，所述的下調(diào)諧開關(guān)(1 設(shè)在下法向振子(2b)上；所述的接地板(14)設(shè)在左水平振子(Ia)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，其特征在于，所述的饋電組合開關(guān)包括第一饋電開關(guān)G)、第二饋電開關(guān)(5)、第三饋電開關(guān)(6)和第四饋電開關(guān) (7)，所述的第一饋電開關(guān)(4)設(shè)在左水平振子(la)、上法向振子Qa)之間，所述的第二饋電開關(guān)( 設(shè)在右水平振子(lb)、上法向振子Qa)之間；所述的第三饋電開關(guān)(6)設(shè)在右水平振子(lb)、下法向振子Qb)之間；所述的第四饋電開關(guān)(7)左水平振子(la)、下法向振子(2b)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，其特征在于，所述的左調(diào)諧開關(guān)包括第一左調(diào)諧開關(guān)(8)和第二左調(diào)諧開關(guān)(9)；所述的右調(diào)諧開關(guān)包括第一右調(diào)諧開關(guān)(10)和第二右調(diào)諧開關(guān)(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，其特征在于，所述的第二左調(diào)諧開關(guān)(9)和第一右調(diào)諧開關(guān)(10)導(dǎo)通且其余開關(guān)皆為截止，構(gòu)成第一工作狀態(tài)， 在第一工作狀態(tài)下，其E面主瓣角方向是-6°，E面方向圖3dB角寬為75. 5°，H面主瓣角方向是16°，H面方向圖3dB角寬為115. 3°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，其特征在于，所述的第一饋電開關(guān)(4)、第三饋電開關(guān)(6)、第一左調(diào)諧開關(guān)(8)、第二左調(diào)諧開關(guān)(9)、上調(diào)諧開關(guān) (12)、下調(diào)諧開關(guān)(13)導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第二工作狀態(tài)，在第二工作狀態(tài)下，其E 面主瓣角方向是-40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是-54°，H面方向圖3dB角寬為153.6°。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，其特征在于，所述的第二饋電開關(guān)(5)、第四饋電開關(guān)(7)、第一右調(diào)諧開關(guān)(10)、第二右調(diào)諧開關(guān)(11)、上調(diào)諧開關(guān)(12)、下調(diào)諧開關(guān)(13)導(dǎo)通且其余開關(guān)截止，構(gòu)成第三工作狀態(tài)，在第三工作狀態(tài)下，其 E面主瓣角方向是40°，E面方向圖3dB角寬為56. 1°，H面主瓣角方向是，H面方向圖3dB角寬為153.5°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含法向振子的可重構(gòu)廣角天線，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)、饋電(3)、饋電組合開關(guān)、左調(diào)諧開關(guān)、右調(diào)諧開關(guān)、上調(diào)諧開關(guān)(12)、下調(diào)諧開關(guān)(13)和接地板(14)，所述的左水平振子(1a)通過饋電(3)與右水平振子(1b)連接，所述的左水平振子(1a)通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子(2a)、下法向振子(2b)連接，所述的右水平振子(1b)通過饋電組合開關(guān)分別與上法向振子(2a)、下法向振子(2b)連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能在保持高增益且方向圖變化過程中增益變化不大的情況下實現(xiàn)的廣角方向圖可重構(gòu)、適合相控陣寬角掃描應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01Q1/36GK102570007SQ20121000233
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張耀, 汪秀, 祝平, 袁斌 申請人:上海交通大學(xué)