[發(fā)明專利]一種方向圖具有多種可重構(gòu)特性的天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310308544.X
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103390795A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林先其;張瑾;于家偉;靳俊葉;張榕
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q3/24
• 分類號: H01Q3/24;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/12
• 代理公司: 成都科奧專利事務(wù)所(普通合伙) 51101
• 代理人: 王蔚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可重構(gòu)天線，尤其涉及一種方向圖具有多種可重構(gòu)特性的天線。

背景技術(shù)

可重構(gòu)天線是當前天線領(lǐng)域研究的前沿課題，也是未來天線的發(fā)展方向。隨著無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，天線系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足高信道容量、高傳輸速率等要求，為了降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度、簡化電磁環(huán)境、節(jié)約能源，往往要求一個天線具有多種不同的工作模式，并且能夠方便地在不同模式之間進行切換。方向圖可重構(gòu)天線是可重構(gòu)天線的一大研究方向，通過方向圖的掃描、旋轉(zhuǎn)等可以將電磁能量集中于需要覆蓋的范圍，既能實現(xiàn)能量和空間資源的有效利用、改善系統(tǒng)增益，又能提高通信安全性、避免噪聲干擾，因此，方向圖可重構(gòu)天線是可重構(gòu)天線研究的熱點。

實現(xiàn)方向圖可重構(gòu)的方法主要有機械掃描和電掃描兩種，機械掃描是通過機械控制天線進行旋轉(zhuǎn)移動等，這種方法需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，成本較高且不利于系統(tǒng)的小型化；電掃描最常用的方法是采用相控陣天線，然而相控陣天線又受到掃描角度的限制并且需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)。因此，通過簡單的控制電路實現(xiàn)方向圖的全向掃描成為方向圖可重構(gòu)天線的難點。

PIN二極管具有便于控制，價格低廉等優(yōu)點，國內(nèi)外已有許多科研人員將其應(yīng)用于方向圖可重構(gòu)天線的設(shè)計中。如Mahmoud?Niroo?Jazi等人采用頻率選擇表面圍成一個圓柱形包裹在偶極子天線的外部，在頻率選擇表面的諧振單元上加載PIN二極管，通過控制PIN二極管的通斷，可以調(diào)節(jié)其諧振頻率，從而在需要輻射的方向構(gòu)造出電磁波透射窗口，在不需要輻射的方向則等效為反射面[見N.?Jazi,?T.?A.?Denidni,?“Agile?Radiation-pattern?Antenna?Based?on?Active?Cylindrical?Frequency?Selective?Surfaces,”?IEEE?Antennas?and?Wireless?Propagation?Letters,?Vol.?9,?2010.]，不過這種方法需要較多數(shù)量的PIN二極管，且饋電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜。再如Xiaotao?Cai等人采用平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的六波束全向可重構(gòu)天線，通過PIN二極管選擇不同方向的枝節(jié)進行輻射[X.?T.?Cai,?A.?G.?Wang,?N.?Ma,?W.?Leng,?“A?Novel?Planar?Parasitic?Array?Antenna?with?Reconfigurable?Azimuth?Pattern,”?IEEE?IEEE?Antennas?and?Wireless?Propagation?Letters,?Vol.?11,?2012]，然而其只能向六個方向輻射，掃描精度不高，增益也只有4?dB。本發(fā)明首次提出了微帶貼片天線貼片與地可互換的概念，并由此設(shè)計出方向圖全向可重構(gòu)天線。由于本發(fā)明基于微帶貼片天線進行設(shè)計，相比于已有文獻中采用的單極子或偶極子形式的輻射單元增益更高，同時本發(fā)明所涉及的天線具有多種工作模式，提高了掃描精度和靈活性，同時具有饋電方式簡單、便于控制、低成本等優(yōu)點，具有重要的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種方向圖具有多種可重構(gòu)特性的天線。在性能上具備方向圖全向可重構(gòu)的同時，還可以根據(jù)需要提高掃描精度和多種工作模式，并且控制及饋電網(wǎng)絡(luò)比較簡單，以克服傳統(tǒng)全向波束可重構(gòu)天線饋電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、增益有限、掃描精度不足等缺點。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種方向圖具有多種可重構(gòu)特性的天線，包括輻射單元、底座和饋電網(wǎng)絡(luò)；所述輻射單元由印刷在基板上均勻分布的N（N為自然數(shù)，且N≥2）個長方形微帶貼片、分布在微帶貼片周圍的接地金屬條以及2N個PIN二極管構(gòu)成；微帶貼片，金屬條均附著在介質(zhì)基板的外表面上，介質(zhì)基板首尾相接圍成一個圓柱形，并且微帶貼片與接地金屬條之間的縫隙具有相同的寬度；PIN二極管的陽極焊接在微帶貼片窄邊的正中央，陰極焊接在接地金屬條上；所述底座是一個中間有圓孔的金屬圓盤，該圓盤位于接地金屬條下方，并且與接地金屬條焊接在一起；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括直流控制電路、金屬圓柱塊以及同軸線；直流控制電路通過直流導(dǎo)線連接到每個微帶貼片對PIN二極管進行控制；金屬圓柱塊位于輻射單元的內(nèi)部，并且與輻射單元的中心軸線重合；同軸線的阻抗為50歐姆，其外導(dǎo)體與底座下表面焊接在一起，內(nèi)導(dǎo)體穿過底座中央的圓孔與金屬圓柱塊相連。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：