[實用新型]一種方向圖具有多種可重構特性的天線

有效

• 申請號: 201320437093.5
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN203339303U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 林先其;張瑾;于家偉;靳俊葉;張榕
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q3/24
• 分類號: H01Q3/24;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/12
• 代理公司: 成都科奧專利事務所(普通合伙) 51101
• 代理人: 王蔚

技術領域

本實用新型涉及一種可重構天線，尤其涉及一種方向圖具有多種可重構特性的天線。

背景技術

可重構天線是當前天線領域研究的前沿課題，也是未來天線的發展方向。隨著無線通信系統的快速發展，天線系統的設計需要滿足高信道容量、高傳輸速率等要求，為了降低系統設計的復雜度、簡化電磁環境、節約能源，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。方向圖可重構天線是可重構天線的一大研究方向，通過方向圖的掃描、旋轉等可以將電磁能量集中于需要覆蓋的范圍，既能實現能量和空間資源的有效利用、改善系統增益，又能提高通信安全性、避免噪聲干擾，因此，方向圖可重構天線是可重構天線研究的熱點。

實現方向圖可重構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移動等，這種方法需要復雜的控制系統，成本較高且不利于系統的小型化；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計復雜的饋電網絡。因此，通過簡單的控制電路實現方向圖的全向掃描成為方向圖可重構天線的難點。

PIN二極管具有便于控制，價格低廉等優點，國內外已有許多科研人員將其應用于方向圖可重構天線的設計中。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，可以調節其諧振頻率，從而在需要輻射的方向構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量的PIN二極管，且饋電網絡比較復雜。再如Xiaotao?Cai等人采用平面結構實現的六波束全向可重構天線，通過PIN二極管選擇不同方向的枝節進行輻射[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。本實用新型首次提出了微帶貼片天線貼片與地可互換的概念，并由此設計出方向圖全向可重構天線。由于本實用新型基于微帶貼片天線進行設計，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，同時本實用新型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、低成本等優點，具有重要的應用前景。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種方向圖具有多種可重構特性的天線。在性能上具備方向圖全向可重構的同時，還可以根據需要提高掃描精度和多種工作模式，并且控制及饋電網絡比較簡單，以克服傳統全向波束可重構天線饋電結構復雜、增益有限、掃描精度不足等缺點。

實現本實用新型目的的技術方案是：一種方向圖具有多種可重構特性的天線，包括輻射單元、底座和饋電網絡；所述輻射單元由印刷在基板上均勻分布的N（N為自然數，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二極管構成；微帶貼片，金屬條均附著在介質基板的外表面上，介質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；所述饋電網絡包括直流控制電路、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，其外導體與底座下表面焊接在一起，內導體穿過底座中央的圓孔與金屬圓柱塊相連。

與現有的技術相比，本實用新型具有以下優點：