專利名稱：一種方向圖可重構的介質諧振天線及其相控陣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于天線技術領域，涉及到一種方向圖可重構天線及其構成的大角度掃描 相控陣。
背景技術：
當前，各種無線系統(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)數量將增加，作為無線信息的出入口天線而言，其數量也會必然相 應地增加，這將會導致整個無線系統(tǒng)的成本增加、體積增大和電磁兼容增強等負面影響。在 這一背景下，可重構天線得到迅猛發(fā)展，它將多個天線的功能融合到同一天線口徑中，通過 切換安裝在天線上的微波開關的工作狀態(tài)，可以獲得實際所需要的天線的工作特性，從降 低系統(tǒng)的整體成本、減輕重量、減小系統(tǒng)的雷達散射截面、實現(xiàn)良好的電磁兼容特性等方面 而言，可重構天線是一個很好的解決途徑。近幾十年來，雷達天線技術迅猛發(fā)展，從錐掃天線到拋物面或變態(tài)卡塞格倫天線， 進而發(fā)展到平面波導型陣列天線。這些類型的雷達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械掃描技術完成，使得天線陣列掃描視角小、速度慢且系統(tǒng)體積
重量大。相控陣技術的出現(xiàn)為雷達系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的契機。相控陣技術采用電控陣元 相位的方法，以其獨特的無慣性波束掃描、方便快捷的波束調度和能量管理等優(yōu)勢在雷達 和通信等方面得到了廣泛的應用。在集成化、輕量化發(fā)展趨勢的驅動之下，具有易于集成、 重量輕等獨特優(yōu)勢的微帶天線成為雷達天線很好的選擇。為了擴大雷達系統(tǒng)的目標搜索范 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全空間，但由于微帶天線本 身的特性，使得現(xiàn)有的微帶相控陣掃描角度受到兩個條件的限制其一是由于天線單元間 互耦的存在，使天線陣向靠近端射方向的一定角度范圍內掃描時陣列反射系數較大而無法 輻射電磁能量，在某些方向上能量甚至被全反射而導致掃描盲點的出現(xiàn)；其二是由于天線 單元本身的能量輻射只能限制在有限的空間角度范圍內，使得其構成的陣列無法將能量輻 射到全空間區(qū)域。另外，寬角度掃描相控陣通常采用寬波束天線，但是該類相控陣容易出現(xiàn) 無法容忍的柵瓣
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種方向圖可重構介質諧振天線，該天線具有輻射方向圖的可調性， 一副天線能夠實現(xiàn)兩幅天線的功能，其輻射方向圖的最大值分別指向士45°。同時，本發(fā)明 還提供基于該方向圖可重構天線的一維相控陣，相對于傳統(tǒng)相控陣而言，該相控陣具有波 束掃描角度大大擴展、方向圖的副瓣電平較低，增益平穩(wěn)度較高等優(yōu)勢。本發(fā)明技術方案涉及兩方面的內容一是方向圖可重構介質諧振天線，二是基于 這種天線單元構成的一維相控陣。
本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線實際上等效于兩個可以單獨工作的單 極子天線加上一塊用于反射電磁波的金屬擋板構成，且外面罩了一層高介電常數(￡ >6) 的介質半球，其起到聚焦電磁波的作用。其技術方案如下一種方向圖可重構介質諧振天線，如圖1、2所示，包括輻射體和饋電結構。
所述輻射體包括第一 1/4介質球la和第二 1/4介質球lb、第一單極子天線2a和 第二單極子天線2b以及一塊金屬擋板3 ；兩個1/4介質球緊靠在一起形成一個介質半球， 中間夾著金屬擋板3 ；兩個單極子天線相對于金屬檔板3呈鏡面對稱地包覆于1/4介質球 中，并漏出底端與饋電結構進行電連接。所述的饋電結構包括一個饋電電路支撐層和一個饋電電路，其中饋電電路支撐層 包括第一層介質板4a和第二層介質板4b，饋電電路包括第一 PIN開關二極管9a和第二 PIN 二極管％、同軸饋電探針6和微帶線7。第一層介質板4a的上表面具有金屬層5a，第二層 介質板4b的下表面具有金屬層5b。饋電電路中的兩個PIN開關二極管9a、9b和微帶線7 位于第一層介質板4a和第二層介質板4b之間。所述微帶線7由第一段微帶線71、第二段 微帶線72a、第三段微帶線72b、第一 1/4波長接地線73a和第二 1/4波長接地線73b構成， 整個微帶線7相對于第一段微帶線71的幾何中心點呈鏡面對稱結構。同軸饋電探針6穿過 第二層介質板4b及其下表面金屬層5b與第一段微帶線71的幾何中心區(qū)域71a相連。第一 段微帶線71的一端與第一 PIN開關二極管9a的正極相連，另一端與第二 PIN 二極管9b的 負極相連；第一 PIN開關二極管9a的負極與第二段微帶線72a的首端相連，第二段微帶線 72a的末端與第一 1/4波長接地線73a的首端相連，第一 1/4波長接地線73a的末端73al 通過第一金屬化過孔8a與第二層介質板4b下表面的金屬層5b相連；第二 PIN開關二極管 9a的正極與第三段微帶線72b的首端相連，第三段微帶線72b的末端與第二 1/4波長接地 線73b的首端相連，第二 1/4波長接地線73b的末端73bl通過第二金屬化過孔8b與第二 層介質板4b下表面的金屬層5b相連。第一單極子天線2a的底端與第二段微帶線72a的 末端連接區(qū)域72a0相連；第二單極子天線2b的底端與第三段微帶線72b的末端連接區(qū)域 72b0相連。 上述技術方案中，所述1/4介質球材料的介電常數大于等于6，所述第一層介質板 4a和第二層介質板4b材料的介電常數小于等于3。本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線工作時，射頻信號和直流PIN開關二極 管控制信號均施加于同軸饋電探針6上，第二層介質板4b下表面的金屬層5b接地；其中 當直流PIN開關二極管控制信號為正時，第一 PIN開關二極管9a導通，第二 PIN 二極管9b 截至，此時射頻信號經第一 PIN開關二極管9a并通過第一單極子天線2a向外輻射；當直流 PIN開關二極管控制信號為負時，第一 PIN開關二極管9a截至，第二 PIN 二極管9b導通，此 時射頻信號經第二 PIN開關二極管9b并通過第二單極子天線2b向外輻射。直流偏置回路 中采用了 1/4波長接地線，目的是盡量保證在金屬接地板5b和第二、三段微帶線之間，射頻 信號相當于開路，以降低直流偏置線對天線性能的影響。該天線實際上相當于兩個獨立的 單極子天線，通過二極管開關控制實現(xiàn)兩個單極子天線交替進行工作，從而實現(xiàn)輻射方向 圖的可調性。輻射體中的金屬擋板3的作用是將試圖輻射到擋板另一端的電磁能量強行反射 回來，以增強天線的輻射性能。輻射體中的1/4介質球的作用是將從單極子輻射出來的能量聚焦于遠場。本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線輻射方向圖的最大值可以分別指向 士45° ；工作頻率可調，使用不同介電常數的介質半球，就可以得到不同工作頻率的天線， 且天線的輻射特性不變。本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線相控陣為采用若干上述方向圖可重構 介質諧振天線按照稀疏陣的布陣方式組成的一維線陣，其技術方案如下一種方向圖可重構介質諧振天線相控陣，如圖6及圖1、2所示，由N個相同的方向 圖可重構介質諧振天線單元組成。N個方向圖可重構介質諧振天線單元組成直線型相控陣， 第n+1個天線單元的幾何中心與第一個天線單元幾何中心之間的間距Xn為 其中，r = (X^-Xn-2)/(X2-Xi)，L為直線型相控陣的總長度，1彡η彡N。所述方向圖可重構介質諧振天線單元，如圖1、2所示，包括輻射體和饋電結構。所述輻射體包括第一 1/4介質球Ia和第二 1/4介質球lb、第一單極子天線2a和 第二單極子天線2b以及一塊金屬擋板3 ；兩個1/4介質球緊靠在一起形成一個介質半球， 中間夾著金屬擋板3 ；兩個單極子天線相對于金屬檔板3呈鏡面對稱地包覆于1/4介質球 中，并漏出底端與饋電結構進行電連接。所述的饋電結構包括一個饋電電路支撐層和一個饋電電路，其中饋電電路支撐層 包括第一層介質板4a和第二層介質板4b，饋電電路包括第一 PIN開關二極管9a和第二 PIN 二極管％、同軸饋電探針6和微帶線7。第一層介質板4a的上表面具有金屬層5a，第二層 介質板4b的下表面具有金屬層5b。饋電電路中的兩個PIN開關二極管9a、9b和微帶線7 位于第一層介質板4a和第二層介質板4b之間。所述微帶線7由第一段微帶線71、第二段 微帶線72a、第三段微帶線72b、第一 1/4波長接地線73a和第二 1/4波長接地線73b構成， 整個微帶線7相對于第一段微帶線71的幾何中心點呈鏡面對稱結構。同軸饋電探針6穿過 第二層介質板4b及其下表面金屬層5b與第一段微帶線71的幾何中心區(qū)域71a相連。第一 段微帶線71的一端與第一 PIN開關二極管9a的正極相連，另一端與第二 PIN 二極管9b的 負極相連；第一 PIN開關二極管9a的負極與第二段微帶線72a的首端相連，第二段微帶線 72a的末端與第一 1/4波長接地線73a的首端相連，第一 1/4波長接地線73a的末端73al 通過第一金屬化過孔8a與第二層介質板4b下表面的金屬層5b相連；第二 PIN開關二極管 9a的正極與第三段微帶線72b的首端相連，第三段微帶線72b的末端與第二 1/4波長接地 線73b的首端相連，第二 1/4波長接地線73b的末端73bl通過第二金屬化過孔8b與第二 層介質板4b下表面的金屬層5b相連。第一單極子天線2a的底端與第二段微帶線72a的 末端連接區(qū)域72a0相連；第二單極子天線2b的底端與第三段微帶線72b的末端連接區(qū)域 72b0相連。本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線相控陣，由于采用的天線單元的輻射方 向圖的最大值可以分別指向士45°。根據陣列天線的方向圖相乘原理可知，由于陣因子給 定，而該天線具有輻射方向圖的可調性，且指向偏離天線的法線方向，因而將其組成相控陣 時，能夠實現(xiàn)較大角度的波束掃描。同時，該相控陣采用加權稀疏陣的布陣方式，稀疏陣的 天線單元之間的間距是遞增的，也就是說，越往后面，天線單元之間的間距越大，相互之間的能量耦合就會越來越??；另外，加權稀疏陣可以降低掃描方向圖的副瓣電平。


圖1是本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線的剖面圖。圖2是本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線的饋電結構中微帶線7的放大 圖。圖3是本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線端口的回波損耗曲線。圖4是本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線工作在開關狀態(tài)I的E面和H面 輻射方向圖。圖5是本發(fā)明提供的方向圖可重構介質諧振天線工作在開關狀態(tài)II的E面和H 面輻射方向圖。圖6是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣的結構示意 圖。圖7是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中前六個單 元的端口反射系數曲線。圖8是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中后六個單 元的端口反射系數曲線。圖9是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中前七個單 元相鄰兩兩之間的耦合系數曲線。圖10是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中后六個單 元相鄰兩兩之間的耦合系數曲線。圖11是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣所有單元工 作在開關狀態(tài)I時的E面掃描方向圖。圖12是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中所有單元 工作在開關狀態(tài)I時的H面掃描方向圖。圖13是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中所有單元 工作在開關狀態(tài)II時的E面掃描方向圖。圖14是本發(fā)明提供的一種具體的方向圖可重構介質諧振天線相控陣中所有單元 工作在開關狀態(tài)II時的H面掃描方向圖。
具體實施方案結合實施例及附圖，下面對本發(fā)明作進一步說明，同時應該理解，此處所描述的具 體實施例僅僅是示例性的，此發(fā)明的實施方式不限于此。本發(fā)明涉及到的天線可以單獨使用，也可以用于陣列天線中。實施例一一種方向圖可重構介質諧振天線，如圖1、2所示，包括輻射體和饋電結構。所述輻射體包括介電常數￡ ！ = 6、半徑為7. 2mm的兩個1/4介質球第一 1/4介 質球la和第二 1/4介質球lb ；兩個半徑為0. 7mm、高度為3. 8mm的單極子天線第一單極子 天線2a和第二單極子天線2b ；—塊半徑為7. 2mm的金屬擋板3。兩個1/4介質球緊靠在一起形成一個介質半球，中間夾著金屬擋板3 ；兩個單極子天線相對于金屬檔板3呈鏡面對稱 地包覆于1/4介質球中，并漏出底端與饋電結構進行電連接。所述的饋電結構包括一個饋電電路支撐層和一個饋電電路，其中饋電電路支撐層 包括兩層介電常數ε 2 = 2、厚度為0. 8mm的介質板第一層介質板4a和第二層介質板4b ； 饋電電路包括第一 PIN開關二極管9a和第二 PIN 二極管％、同軸饋電探針6和微帶線7。 第一層介質板4a的上表面具有金屬層5a，第二層介質板4b的下表面具有金屬層5b。饋電 電路中的兩個PIN開關二極管9a、9b和微帶線7位于第一層介質板4a和第二層介質板4b 之間。所述微帶線7由第一段微帶線71、第二段微帶線72a、第三段微帶線72b、第一 1/4波 長接地線73a和第二 1/4波長接地線73b構成，整個微帶線7相對于第一段微帶線71的幾 何中心點呈鏡面對稱結構。同軸饋電探針6穿過第二層介質板4b及其下表面金屬層5b與 第一段微帶線71的幾何中心區(qū)域71a相連。第一段微帶線71的一端與第一 PIN開關二極 管9a的正極相連，另一端與第二 PIN 二極管9b的負極相連；第一 PIN開關二極管9a的負 極與第二段微帶線72a的首端相連，第二段微帶線72a的末端與第一 1/4波長接地線73a 的首端相連，第一 1/4波長接地線73a的末端73al通過第一金屬化過孔8a與第二層介質 板4b下表面的金屬層5b相連；第二 PIN開關二極管9a的正極與第三段微帶線72b的首端 相連，第三段微帶線72b的末端與第二 1/4波長接地線73b的首端相連，第二 1/4波長接地 線73b的末端73bl通過第二金屬化過孔8b與第二層介質板4b下表面的金屬層5b相連。 第一單極子天線2a的底端與第二段微帶線72a的末端連接區(qū)域72a0相連；第二單極子天 線2b的底端與第三段微帶線72b的末端連接區(qū)域72b0相連。
直流PIN開關二極管控制信號從饋電探針6輸入，進入第一段微帶線71，并經過 PIN 二極管9a或者9b和第一 1/4波長接地線73a或第二 1/4波長接地線73b，最終接地形 成直流的回路，為PIN 二極管提供偏壓。當直流PIN開關二極管控制信號為正電壓時，第一 PIN開關二極管9a導通，第二 PIN開關二極管9b截止，定義此時的開關狀態(tài)為SI ；當直流 PIN開關二極管控制信號為負電壓時，第一 PIN開關二極管9a截止，第二 PIN開關二極管 9b導通，定義此時的開關狀態(tài)為SII。在開關狀態(tài)SI情況下，射頻信號從同軸饋電探針6進入第一段微帶線71的電磁 能量就由第二段微帶線72a傳遞到第一單極子天線2a，最后通過第一單極子天線2a輻射到 第一 1/4介質球la，再經過第一 1/4介質球Ia與空氣的交界面以及金屬擋板3的折射和反 射等一系列過程，最終將電磁能量輻射到遠場區(qū)。同理，在開關狀態(tài)SII情況下，射頻信號 從同軸饋電探針6進入第一段微帶線71的電磁能量就由第三段微帶線72b傳遞到第二單 極子天線2b，最后通過第二單極子天線2b輻射到第二 1/4介質球lb，再經過第二 1/4介質 球Ib與空氣的交界面以及金屬擋板3的折射和反射等一系列過程，最終將電磁能量輻射到 遠場區(qū)。經仿真測試，上述實施例提供的方向圖可重構介質諧振天線的中心工作頻率為 9. 45GHz，其1/4波長接地線的長度為8mm左右。由于接地線的長度為1/4波長，射頻信號 從直流回路中泄漏的能量非常少，幾乎可以忽略不計。上述實施例中，通過切換PIN 二極管9a和9b的工作狀態(tài)，就可以切換天線的輻射 方向圖；在所有尺寸不變的情況下，通過改變1/4介質球Ia和Ib的介電常數值，就可以調 整天線的工作頻率，且天線的輻射性能不變。
兩個PIN開關二極管采用型號為MA4GP905的二極管，根據MA4GP905 二極管的 工作參數可知，該型號的二極管導通時相當于一個4ohm的小電阻，斷開時相當于一個 0.025pF的小電容。由于模擬仿真只能采取靜態(tài)的參數設定，因此，為了更為精確地描述天 線的各項特性，當PIN 二極管導通時，選擇一個4ohm的小電阻進行模擬仿真，PIN 二極管斷 開時，選擇一個0. 025pF的小電容進行模擬仿真。圖3示出了該天線工作開關狀態(tài)SI時的回波損耗曲線，選擇適合的天線尺寸，該 天線工作在f = 9. 4GHz。圖4分別示出了該天線工作開關狀態(tài)SI時的E面和H面輻射方向圖。可以看到， 該天線的E面方向圖的最大值偏離天線的法線朝向2a的一方45°，由于該結構的對稱性， 當該天線工作在開關狀態(tài)SII時，該天線的E面方向圖的最大值將會偏離天線的法線朝向 2b的一方45°，如圖5所示。實施例二一種方向圖可重構介質諧振天線相控陣，如圖6所示，由N個實施例一所提供的方 向圖可重構介質諧振天線為天線單元組成；N個方向圖可重構介質諧振天線單元組成直線 型相控陣，第n+1個天線單元的幾何中心與第一個天線單元幾何中心之間的間距Xn為 其中，r = (Xh-Xm)/(X2-X1)，L為直線型相控陣的總長度，1彡η彡N。取N = 12，L = 8λ，其中λ = 31. 7mm，得到一種具體的方向圖可重構介質諧振天 線相控陣，通過計算，該天線相控陣相鄰天線單元之間的間距如表1所示表1 相鄰天線單元之間的間距(單位mm) 該天線相控陣掃描角度θ η與各天線單元之間的相位差△隊可以通過下式算出 通過改變八％，就可以得到所需要的掃描角θ η，實現(xiàn)相位控制掃描方向圖。圖7示出了該天線相控陣前六個單元的HFSS仿真的回波損耗曲線，可以看出，各 個端口的匹配都很好，由于越往后面，天線單元之間間距越大，因此能量耦合越小，從而對 天線單元端口回波損耗的影響越小，所以后面的單元的回波損耗優(yōu)于前六個單元的回波損 耗，如圖8所示。圖9給出了該天線相控陣前七個單元兩兩之間的HFSS仿真的耦合系數曲線，可以 看出，在天線工作頻率附近，隨著天線單元間距的遞增，耦合系數越來越小，且每兩個單元 之間的耦合系數都小于-15dB以下，圖10更好地驗證了這種結果。圖11和圖12分別示出了該天線相控陣在開關狀態(tài)SI時的E面和H面輻射方向圖。可以看到，通過改變各個天線單元的相位，可以調節(jié)該陣列的掃描方向圖，從圖11可以看出，該陣列的所有單元工作在開關狀態(tài)SI時，E面方向圖主瓣最大能夠掃描到-76°，3dB 波束可以掃描到-85°。圖13和圖14分別示出了該天線相控陣工作在開關狀態(tài)SII時的E面和H面輻射 方向圖。可以看到，該陣列的所有單元工作在開關狀態(tài)SII時，E面方向圖主瓣最大能夠掃 描到+74°，3dB波束可以掃描到+85°。由于結構的對稱性，開關狀態(tài)SI和開關狀態(tài)SII的掃描方向圖應該也是對稱的， 但從圖11-14可以看到，兩個狀態(tài)的掃描方向圖基本對稱，但最大掃描角度相差兩度，這主 要是軟件的計算誤差引起的。通過調節(jié)饋電結構上的PIN開關二極管的工作狀態(tài)，就可以使得該相控陣在 士74°之間進行E面方向圖主瓣的波束掃描，相對于普通相控陣的士50°以下的掃描能力 而言，該天線相控陣具有更大角度波束掃描的能力。傳統(tǒng)的相控陣隨著掃描角度的增加，副瓣電平會越來越高，甚至無法接受，而且增 益會隨著掃描角度的增大而減小，這滿足陣列的方向圖相乘原理。從圖10可以看出，用可 重構天線組成相控陣時，隨著掃描角度的不斷增加，E面掃描方向圖的增益基本不變，而且 具有較低的副瓣電平，這主要是由單元方向圖的偏離法線和方向圖可調的特性共同決定 的。相對于傳統(tǒng)的相控陣而言，本發(fā)明提供的基于方向圖可重構天線的相控陣具有幾 大優(yōu)勢1、具有大角度的波束掃描能力。2、掃描方向圖具有較低的副瓣電平。3、隨著掃描角度的增加，掃描方向圖的增益基本不變。
權利要求
一種方向圖可重構介質諧振天線，包括輻射體和饋電結構；其特征在于，所述輻射體包括第一1/4介質球1a和第二1/4介質球(1b)、第一單極子天線(2a)和第二單極子天線(2b)以及一塊金屬擋板(3)；兩個1/4介質球緊靠在一起形成一個介質半球，中間夾著金屬擋板(3)；兩個單極子天線相對于金屬檔板(3)呈鏡面對稱地包覆于1/4介質球中，并漏出底端與饋電結構進行電連接；所述的饋電結構包括一個饋電電路支撐層和一個饋電電路，其中饋電電路支撐層包括第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)，饋電電路包括第一PIN開關二極管(9a)和第二PIN二極管(9b)、同軸饋電探針(6)和微帶線(7)；第一層介質板(4a)的上表面具有金屬層(5a)，第二層介質板(4b)的下表面具有金屬層(5b)；饋電電路中的兩個PIN開關二極管(9a、9b)和微帶線(7)位于第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)之間；所述微帶線(7)由第一段微帶線(71)、第二段微帶線(72a)、第三段微帶線(72b)、第一1/4波長接地線(73a)和第二1/4波長接地線(73b)構成，整個微帶線(7)相對于第一段微帶線(71)的幾何中心點呈鏡面對稱結構；同軸饋電探針(6)穿過第二層介質板(4b)及其下表面金屬層(5b)與第一段微帶線(71)的幾何中心區(qū)域(71a)相連；第一段微帶線(71)的一端與第一PIN開關二極管(9a)的正極相連，另一端與第二PIN二極管(9b)的負極相連；第一PIN開關二極管(9a)的負極與第二段微帶線(72a)的首端相連，第二段微帶線(72a)的末端與第一1/4波長接地線(73a)的首端相連，第一1/4波長接地線(73a)的末端(73a1)通過第一金屬化過孔(8a)與第二層介質板(4b)下表面的金屬層(5b)相連；第二PIN開關二極管(9a)的正極與第三段微帶線(72b)的首端相連，第三段微帶線(72b)的末端與第二1/4波長接地線(73b)的首端相連，第二1/4波長接地線(73b)的末端(73b1)通過第二金屬化過孔(8b)與第二層介質板(4b)下表面的金屬層(5b)相連；第一單極子天線(2a)的底端與第二段微帶線(72a)的末端連接區(qū)域(72a0)相連；第二單極子天線(2b)的底端與第三段微帶線(72b)的末端連接區(qū)域(72b0)相連。
2.根據權利要求1所述的方向圖可重構介質諧振天線，其特征在于，所述1/4介質球材 料的介電常數大于等于6，所述第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)材料的介電常數小 于等于3。
3.根據權利要求1所述的方向圖可重構介質諧振天線，其特征在于，所述PIN開關二極 管采用型號為MA4GP905的二極管。
4.一種方向圖可重構介質諧振天線相控陣，由N個相同的方向圖可重構介質諧振天線 單元組成；其特征在于，N個方向圖可重構介質諧振天線單元組成直線型相控陣，第n+1個 天線單元的幾何中心與第一個天線單元幾何中心之間的間距xn為 其中，r = (XN_「XN_2)/(X2-Xl)，L為直線型相控陣的總長度，1彡n彡N ；所述方向圖可重構介質諧振天線單元包括輻射體和饋電結構；所述輻射體包括第一 1/4介質球la和第二 1/4介質球(lb)、第一單極子天線(2a)和第二單極子天線(2b)以及一塊金屬擋板(3)；兩個1/4介質球緊靠在一起形成一個介質半球，中間夾著金屬擋板(3)；兩個單極子天線相對于金屬檔板(3)呈鏡面對稱地包覆于1/4介質球中，并漏出底端與饋電結構進行電連接；所述的饋電結構包括一個饋電電路支撐層和一個饋電電路，其中饋電電路支撐層包括 第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)，饋電電路包括第一 PIN開關二極管(9a)和第二 PIN 二極管(9b)、同軸饋電探針(6)和微帶線(7)；第一層介質板(4a)的上表面具有金屬 層(5a)，第二層介質板(4b)的下表面具有金屬層(5b)；饋電電路中的兩個PIN開關二極 管(9a、9b)和微帶線(7)位于第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)之間；所述微帶線 (7)由第一段微帶線(71)、第二段微帶線(72a)、第三段微帶線(72b)、第一 1/4波長接地線 (73a)和第二 1/4波長接地線(73b)構成，整個微帶線(7)相對于第一段微帶線(71)的幾 何中心點呈鏡面對稱結構；同軸饋電探針(6)穿過第二層介質板(4b)及其下表面金屬層 (5b)與第一段微帶線(71)的幾何中心區(qū)域(71a)相連；第一段微帶線(71)的一端與第一 PIN開關二極管(9a)的正極相連，另一端與第二 PIN 二極管(9b)的負極相連；第一 PIN開 關二極管(9a)的負極與第二段微帶線(72a)的首端相連，第二段微帶線(72a)的末端與第 一 1/4波長接地線(73a)的首端相連，第一 1/4波長接地線(73a)的末端(73al)通過第一 金屬化過孔(8a)與第二層介質板(4b)下表面的金屬層(5b)相連；第二 PIN開關二極管 (9a)的正極與第三段微帶線(72b)的首端相連，第三段微帶線(72b)的末端與第二 1/4波 長接地線(73b)的首端相連，第二 1/4波長接地線(73b)的末端(73bl)通過第二金屬化過 孔(8b)與第二層介質板(4b)下表面的金屬層(5b)相連；第一單極子天線(2a)的底端與 第二段微帶線(72a)的末端連接區(qū)域(72a0)相連；第二單極子天線(2b)的底端與第三段 微帶線(72b)的末端連接區(qū)域(72b0)相連。
5.根據權利要求4所述的方向圖可重構介質諧振天線相控陣，其特征在于，所述1/4介 質球材料的介電常數大于等于6，所述第一層介質板(4a)和第二層介質板(4b)材料的介電 常數小于等于3。
6.根據權利要求4所述的方向圖可重構介質諧振天線相控陣，其特征在于，所述PIN開 關二極管采用型號為MA4GP905的二極管。
全文摘要
一種方向圖可重構的介質諧振天線及其相控陣，屬于天線技術領域。所提供的方向圖可重構的介質諧振天線的輻射體包括兩個可單獨工作的單極子天線、一塊金屬擋板和外罩的高介電常數介質半球；其饋電結構采用同軸饋電、微帶電路和PIN開關二極管實現(xiàn)直流PIN開關控制信號和射頻信號的同時輸入以及單極子天線工作狀態(tài)的切換。所提供的天線相控陣為若干所述方向圖可重構的介質諧振天線為天線單元組成的直線型相控陣。本發(fā)明提供的方向圖可重構的介質諧振天線具有輻射方向圖和工作頻率可調的特性；所提供的天線相控陣具有輻射方向圖和工作頻率可調的特性，能夠實現(xiàn)較大角度的波束掃描，降低掃描方向圖的副瓣電平，且隨著掃描角度的增加，掃描方向圖的增益基本不變。
文檔編號H01Q15/23GK101872894SQ201010137268
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權日2010年4月1日
發(fā)明者丁卓富, 柏艷英, 王秉中, 肖紹球 申請人:電子科技大學