本發(fā)明涉及天線技術(shù)領域，具體地，涉及一種方向圖可重構(gòu)的端射電小天線。

背景技術(shù)：

雷達和衛(wèi)星在搜素信號時需要不斷改變波束掃描方向，獲取某一方向的信號，抑制來自其它方向的噪聲干擾，因此在這些通信系統(tǒng)中需要使用具有適時方向選擇性的天線，方向圖可重構(gòu)天線就滿足這一要求，可以在相同頻段內(nèi)，通過控制開關來實現(xiàn)天線方向圖的可重構(gòu)。此外，電小天線由于所占空間小，易于集成等優(yōu)點而倍受關注，但是電小天線由于電小尺寸的限制，導致方向性很差，更不要說可重構(gòu)的特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方向圖可重構(gòu)的端射電小天線，該天線能夠在同一工作頻段內(nèi)實現(xiàn)方向圖的快速轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)簡單、反應迅速、制作成本低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種方向圖可重構(gòu)的端射電小天線，包括：第一介質(zhì)基板；第二介質(zhì)基板，位于所述第一介質(zhì)基板的下方，與所述第一介質(zhì)基板平行設置且彼此隔開；磁偶極子，貼設于所述第一介質(zhì)基板的上表面；激勵源，貼設于所述第一介質(zhì)基板的下表面；接地板，貼設于所述第二介質(zhì)基板的上表面，包括沿所述第二介質(zhì)基板的圓周方向布置的三個扇形金屬片，相鄰兩個所述扇形金屬片之間具有第一間隙，每個所述第一間隙處設置有PIN開關二極管；同軸電纜，穿設于所述第二介質(zhì)基板并連接至所述激勵源。

可選地，所述磁偶極子包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的三個弧形金屬片，相鄰兩個弧形金屬片的端部之間具有第二間隙，每個弧形金屬片的端部形成有朝向所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)的中心延伸的金屬枝節(jié)。

可選地，所述弧形金屬片的內(nèi)徑為13mm-16mm，所述弧形金屬片的外徑為18mm-22mm，所述第二間隙的距離為0.6mm-1mm，所述金屬枝節(jié)的長度為13mm-16mm，所述金屬枝節(jié)的寬度為0.2mm-0.6mm。

可選地，所述激勵源包括沿所述第一介質(zhì)基板的圓周方向間隔布置的三對激勵條帶，每對激勵條帶包括平行設置的第一激勵條帶和第二激勵條帶，所述第一激勵條帶和所述第二激勵條帶從所述第一介質(zhì)基板的中央沿所述第一介質(zhì)基板的徑向延伸，所述同軸電纜的內(nèi)導體與每個所述第一激勵條帶的內(nèi)端相連，所述同軸電纜的外導體與每個所述第二激勵條帶的內(nèi)端相連。

可選地，所述第一激勵條帶和所述第二激勵條帶間隔距離為1.1mm-1.5mm，所述第一激勵條帶的長度為10mm-12mm，所述第一激勵條帶的寬度為0.4mm-0.8mm，第二激勵條帶的尺寸與第一激勵條帶的尺寸相等。

可選地，每個所述扇形金屬片上設置有沿圓周方向交替布置的三個外側(cè)矩形孔和兩個內(nèi)側(cè)矩形孔，每個外側(cè)矩形孔從所述扇形金屬片的外邊緣向內(nèi)徑向延伸，每個內(nèi)側(cè)矩形孔從所述扇形金屬片的內(nèi)邊緣向外徑向延伸。

可選地，所述扇形金屬片的外徑26mm-30mm，內(nèi)徑為5mm-9mm，外側(cè)矩形孔的長為12mm-15mm，寬為1mm-4mm，內(nèi)側(cè)矩形孔的長為17mm-20mm，寬為2mm-5mm。

可選地，每個所述扇形金屬片上的三個外側(cè)矩形孔中位于中間的一個外側(cè)矩形孔處設置有電感和矩形金屬條帶，所述矩形金屬條帶沿所述外側(cè)矩形孔的長度方向延伸，所述電感設置在所述矩形金屬條帶的內(nèi)端。

可選地，所述矩形金屬條帶長為13mm-15mm，寬為0.4mm-1mm。

可選地，所述第一介質(zhì)基板和所述第二介質(zhì)基板為圓形結(jié)構(gòu)，所述第一介質(zhì)基板的半徑為19mm-22mm，厚度為0.3mm-0.9mm，所述第二介質(zhì)基板的半徑為26mm-28mm，厚度為0.5mm-0.9mm?？蛇x地，所述矩形金屬條帶長為13mm-15mm，寬為0.4mm-1mm。

通過上述技術(shù)方案，一方面，該天線結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，易于集成到無線通訊系統(tǒng)中；另一方面，利用近場耦合寄生諧振技術(shù)，利用激勵源對磁偶極子和彎曲結(jié)構(gòu)的接地板進行激勵，同時在接地板上加載三個PIN開關二極管，通過加載直流偏置電路實現(xiàn)天線方向圖的可重構(gòu)，使天線在同一頻段內(nèi)，迅速切換為三種輻射模式，對應于三種輻射方向圖，通過控制開關可以使方向圖掃描水平空間全覆蓋，具有較高的增益和輻射效率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線磁偶極子的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線激勵源的仰視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線接地板的俯視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線反射系數(shù)|S₁₁|和頻率的關系曲線圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線0deg輻射場方向圖

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線120deg輻射場方向圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的方向圖可重構(gòu)的端射電小天線240deg輻射場方向圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種方向圖可重構(gòu)的端射電小天線，包括相互平行設置的第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2，第二介質(zhì)基板2位于第一介質(zhì)基板1的下方，并且與第一介質(zhì)基板1間隔設置，這里，第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2均為圓形板，并且第二介質(zhì)基板2的直徑大于第一介質(zhì)基板1的直徑，第一介質(zhì)基板1的上表面貼設有磁偶極子11，第一介質(zhì)基板1的下表面貼設有激勵源12，另外，第二介質(zhì)基板2的上表面還貼設有接地板21，這里，接地板21為沿著第二介質(zhì)基板2的圓周方向間隔布置的三個扇形金屬片211，相鄰兩個扇形金屬片211之間具有第一間隙212，第一間隙212處設置有PIN開關二極管6，該天線還包括同軸電纜3，穿設于第二介質(zhì)基板2并連接至激勵源12。通過上述技術(shù)方案，一方面，該天線結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，易于集成到無線通訊系統(tǒng)中；另一方面，利用近場耦合寄生諧振技術(shù)，利用激勵源對磁偶極子11和彎曲結(jié)構(gòu)的接地板21進行激勵，同時在接地板21上加載三個PIN開關二極管6，通過加載直流偏置電路實現(xiàn)天線方向圖的可重構(gòu)，使天線迅速切換為三種輻射模式，對應三個方向的輻射方向圖，通過控制PIN開關二極管6的通斷可以實現(xiàn)方向圖掃描水平空間全覆蓋，具有較高的增益和輻射效率。

具體地，磁偶極子11包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的三個弧形金屬片111，相鄰兩個弧形金屬片111的端部之間具有第二間隙112，由于產(chǎn)生磁偶極子11的條件需要有環(huán)形電流，并且為了使得電流流經(jīng)的路徑較為平滑，將磁偶極子11的結(jié)構(gòu)形式設計成三個弧形金屬片111的形式；另外，電流路徑的平滑也有助于拓展電小天線的帶寬，每個弧形金屬片111的端部形成有朝向弧形結(jié)構(gòu)的中心延伸的金屬枝節(jié)113，這里，形成金屬枝節(jié)113是為了與激勵源12的三對激勵條帶相互作用，從而激勵起環(huán)形電流。

進一步地，如圖3所示，激勵源包括沿第一介質(zhì)基板1的圓周方向間隔布置的三對激勵條帶，每對激勵條帶包括平行設置的第一激勵條帶121和第二激勵條帶122，第一激勵條帶121和第二激勵條帶122從第一介質(zhì)基板1的中央沿第一介質(zhì)基板1的徑向延伸，同軸電纜3的內(nèi)導體與每個第一激勵條帶121的內(nèi)端相連，同軸電纜3的外導體與每個第二激勵條帶122的內(nèi)端相連。

如圖4所示，在本發(fā)明提供的一個實施方式中，扇形金屬片211上的設置有沿圓周方向交替布置的三個外側(cè)矩形孔213和兩個內(nèi)側(cè)矩形孔214，這里，在扇形金屬貼片211上加工出矩形結(jié)構(gòu)，一方面，是為了延長電流路徑，保證電小天線的小型化、緊湊化；另一方面，矩形孔可以減少接地板21與磁偶極子11的正對面，從而減小接地板21與磁偶極子11之間的耦合。具體地，每個外側(cè)矩形孔213從扇形金屬片211的外邊緣向內(nèi)徑向延伸，每個內(nèi)側(cè)矩形孔214從扇形金屬片211的內(nèi)邊緣向外徑向延伸，每個扇形金屬片211上的三個外側(cè)矩形孔213中位于中間的一個外側(cè)矩形孔213處設置有電感4和矩形金屬條帶5，矩形金屬條帶5沿外側(cè)矩形孔213的長度方向延伸，電感4設置在矩形金屬條帶5的內(nèi)端，這里，矩形金屬條帶5的外端可以連接導線，用于在PIN開關二極管6兩端接入直流電源控制開關的通斷，矩形金屬條帶5的內(nèi)端所接電感4是可以防止交流信號進入直流偏置電路中，引起干擾。當其中一個PIN開關二極管6兩端接上1.4V直流電源導通時，另外兩個PIN開關二極管6可以處于斷開狀態(tài)，等效于兩個扇形金屬貼片211相連接形成的一條比較長的條帶以與另一個扇形金屬貼片211形成的短條帶形成二元陣子，通過調(diào)整該二元陣子之間的距離和相位差，得到最佳的端射輻射性能。

另外，磁偶極子11、接地板21、矩形金屬條帶5、第一激勵條帶121、第二激勵條帶122均為厚度相同的覆銅薄膜。

具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的一個實施方式，為了更為方便地通過近場耦合技術(shù)來保證電小天線的輻射特性，本發(fā)明中，第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2為圓形結(jié)構(gòu)，并且，第一介質(zhì)基板1的半徑為19mm-22mm，厚度為0.3mm-0.9mm，第二介質(zhì)基板2的半徑為26mm-28mm，厚度為0.5mm-0.9mm，呈圓環(huán)結(jié)構(gòu)磁偶極子11的內(nèi)徑為13mm-16mm，外徑為18mm-22mm，第二間隙112的距離為0.6mm-1mm，金屬枝節(jié)113的長度為13mm-16mm，金屬枝節(jié)113的寬度為0.2mm-0.6mm，第一激勵條帶121和第二激勵條帶122間隔距離為1.1mm-1.5mm，第一激勵條帶121的長度為10mm-12mm，寬度為0.4mm-0.8mm，扇形金屬片211的外徑26mm-30mm，內(nèi)徑為5mm-9mm，外側(cè)矩形孔213的長度為12mm-15mm，寬度為1mm-4mm，內(nèi)側(cè)矩形孔214的長度為17mm-20mm，寬度為2mm-5mm，矩形金屬條帶5的長度為13mm-15mm，寬度為0.4mm-1mm。

本發(fā)明提供一個具體實施例，第一層介質(zhì)基板1和第二層介質(zhì)基板2的厚度為0.787mm，第一層介質(zhì)基板1的半徑為21.4mm，第二層介質(zhì)基板2的半徑為28mm，材料均選用了The Rogers Duroid 5880，相對介電常數(shù)為2.2，相對磁導率為1.0，損耗角正切為0.0009；扇形金屬貼片211的外徑為28mm，扇形金屬貼片211的內(nèi)徑為7mm，外側(cè)矩形孔213的長和寬分別為14.96mm和3mm，內(nèi)側(cè)矩形孔214的長和寬分別為18.16mm和3mm；第一間隙212的縫隙寬度為0.4mm，在縫隙中間位置加載PIN開關二極管6，矩形金屬條帶5的長和寬分別為14.2mm和0.8mm。

完成上述的初始設計之后，使用高頻電磁仿真軟件HFSS13.0進行仿真分析，經(jīng)過仿真優(yōu)化之后各參數(shù)最佳尺寸如表1所示，其中：R1代表第一層介質(zhì)基板1的外徑，R2代表弧形金屬片111的外徑，R3代表弧形金屬片111的內(nèi)徑，W1代表金屬枝節(jié)113的寬度，G1代表第二間隙112的寬度，R4代表第二層介質(zhì)基板2的半徑，R5代表扇形金屬片211的內(nèi)徑，G2代表第一間隙212的縫隙寬度，L3代表第一激勵條帶的長度，W6代表第一激勵條帶的寬度，W5代表第一激勵條帶121和第二激勵條帶122之間的縫隙寬度。L1代表外側(cè)矩形孔213的長度，L2代表內(nèi)側(cè)矩形孔214的長度，W2外側(cè)矩形孔213的寬度，W3代表內(nèi)側(cè)矩形孔214的寬度，W4矩形金屬條帶5的寬度。

表1本發(fā)明各參數(shù)最佳尺寸表

以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。