[發明專利]一種基于射頻開關電路的單輻射體方向圖重構天線設計方法

在審

• 申請號: 201611140918.1
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108232455A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 張彪;王小飛;楊順;吳川;楊俊
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: H01Q3/34
• 分類號: H01Q3/34;H01Q15/24;H01Q13/22;H01Q21/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明為一種基于射頻開關電路的單輻射體方向圖重構天線設計方法，通過開關電路對天線中的射頻端口和注入方向進行選擇，天線采取雙端口對稱設計，利用不同端口工作時的極化方向不同，生成兩種不同極化的方向圖，利用單端口工作時的相位差，生成不同方向的方向圖。天線原理簡明、結構緊湊、輕便以加工，可以用于未來機載多極化方式、多方向鏈路通信等的射頻前端設計。

一、背景技術

傳統的天線極化方向圖重構技術通常采用對天線輻射單元的冗余設計實現。具體方式為水平極化方式設計一型輻射單元，垂直極化方式時再設計一型輻射單元，將兩個輻射單元集成在一起，通過單個或多個端口進行輸入，從而產生方向圖重構。其存在結構設計復雜、天線輻射單元之間隔離度不高、難以形成陣列、方向性增益低等缺點。

二、發明內容：發明目的、發明技術方案、積極效果

發明目的：

1.針對通過增加輻射器實現方向圖重構的方式，本發明采用單個天線輻射器形成不同的極化方式和方向性圖；

2.天線設計采用單個輻射器，不存在多個不同極化輻射器的隔離度設計問題，天線結構緊湊；

3.針對在輻射器內部增加開關器件以對方向圖進行控制，設計復雜度高的問題，本發明在天線輸入端采用射頻開關矩陣進行輸入方式選擇，形成可重構方向圖，結構簡單，容易實現；

4.本發明的天線輻射器采用陣列設計，便于擴展，易于對天線增益進行設計。

技術方案：

一種基于射頻開關電路的單輻射體方向圖重構天線設計方法，包括以下步驟：

1.天線設計采用在介質集成波導結構上開槽，形成縫隙天線陣的方式實現，其中縫隙與波導窄壁成45°角，為斜縫隙結構，此結構在波導的兩端進行射頻饋電，可分別產生45°和-45°輻射方向圖。

2.對介質集成波導進行對稱折疊設計，其中折疊后彎折處采用耦合結構，電磁波在耦合處形成180°相差，結合折疊后電磁波傳輸方向的180°相位差，折疊后整個陣列相位特征與不折疊時一致，陣列構成形式不變。以耦合處為分界線，利用兩部分介質集成波導縫隙天線陣輻射單元之間的90°夾角，當兩端同時輸入時，共同形成圓極化方向圖。

3.折疊式介質集成波導縫隙天線陣結構形式為對稱設計，在兩端端口處各自連接一段四分之一波長微帶線分支，分別擴展為2個相差90°的雙輸入端口，此時天線陣列輸入口共計4個。

4.擴展后的4個輸入端口，通過射頻開關陣列對多個輸入端口進行導通選擇控制，實現陣列方向圖重構。

5.開關陣列由一個雙刀雙擲開關和單刀雙擲開關，其中兩個單刀雙擲開管連接于雙刀雙擲開關后端。雙刀雙擲開關實現對天線陣列的上、下輸入端口進行選擇，單刀雙擲開關實現對0相差和90°相差兩種輸入方式的選擇。

6.當雙刀雙擲開關導通其中一個通道，對應的后端單刀雙擲任意閉合一個輸入端口，此時相當于輸入信號選擇上方或下方端口輸入，為單個端口輸入模式，可分別形成45°方向和-45°輻射方向性圖；

7.當雙刀雙擲開關同時導通兩個通道，后端兩個單刀雙擲開關一個選擇0 相差輸入，一個選擇90°相差輸入，此時陣列的上下兩個輸入端口的相位相差90°，可分別形成左旋圓極化和右旋圓極化方向圖。

積極效果：

通過對天線方向圖的重構，可以實現對不同方向、不同極化方式的設備進行定向通信。同時采用射頻開關陣列進行控制，實現快速的重構方向圖切換，從而實現同時多點通信。重構天線的陣列擴展性能，易于提高通信的定向性和安全性。該發明可以用于未來無人機編隊間的定向通信和數據傳輸。

三、附圖說明

圖1雙刀雙擲開關：DP2T，單刀雙擲開關：SP2T

圖2天線方向圖