專利名稱：基于雙開口諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種天線，具體涉及ー種方向圖可重構(gòu)天線。
背景技術(shù)：
天線作為一種用來發(fā)射或接收無線電波的部件，在無線通信系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用，是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。隨著高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)、雷達(dá)、無線通信系統(tǒng)，尤其是全球3G和4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)天線的要求也越來越高。一方面，需要使天線能夠工作在多個(gè)頻帯，具有多種工作模式并具有良好的傳輸性能。另ー方面，又要減輕天線的重量、減小天線體積并降低成本。天線的主要功能分為兩方面一方面，天線可以將能量轉(zhuǎn)換；另一方面，天線用來發(fā)射或者接收電磁波，形成空間無線互聯(lián)。在無線通信 應(yīng)用領(lǐng)域中，為了提高信道的容量，展寬通信的帶寬，増加系統(tǒng)的功能，在同一個(gè)系統(tǒng)中人們不得不應(yīng)用多個(gè)用于發(fā)射和接收的天線。這樣ー來，多個(gè)天線之間的隔離問題又?jǐn)[在了研究人員的眼前?？梢哉f解決這樣問題的方法有兩種一種是在多個(gè)天線之間加入隔離裝置，但是系統(tǒng)的復(fù)雜性被大大的提高，而且隔離器會(huì)影響收發(fā)天線之間的信號(hào)強(qiáng)度；另ー種方法是將多個(gè)天線融合為ー種天線，使得一個(gè)天線能完成多項(xiàng)任務(wù)，這便是可重構(gòu)天線。可重構(gòu)天線是利用單個(gè)天線，或者多個(gè)天線的天線陣，通過改變天線的物理尺寸來改變天線表面電流，從而實(shí)現(xiàn)天線性能的可重構(gòu)，這種方法有別于多個(gè)不同的天線共用ー個(gè)基本的物理模型?？芍貥?gòu)天線按照功能分類可以分為頻率可重構(gòu)天線(其中包括實(shí)現(xiàn)多頻帶或者實(shí)現(xiàn)寬頻帶)、方向圖可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線和多電磁參數(shù)可重構(gòu)天線。通過改變可重構(gòu)天線的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)天線的頻率、方向圖、極化方式等多種工作模式，有利于在通信的傳輸中實(shí)現(xiàn)多種性能的有效分集。但是，現(xiàn)有的可重構(gòu)天線基于機(jī)械轉(zhuǎn)軸的理念利用移相器實(shí)現(xiàn)方向圖掃描，這種天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，重量大，而且，這種天線在多個(gè)不同的頻率下不能同時(shí)工作，如果應(yīng)用某ー個(gè)頻率模式，另ー個(gè)工作頻率模式必須停止エ作，否則兩種模式將相互影響干擾，相互制約，不能滿足天線在多個(gè)頻帶和多種工作模式下的傳輸性能的需要，通訊系統(tǒng)的功能受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的可重構(gòu)天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及不能在多個(gè)不同的頻率下同時(shí)工作的問題，進(jìn)而提供一種基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線包括第一金屬片、圓金屬形饋電片、介質(zhì)板、四個(gè)第二金屬片、四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)和八個(gè)開關(guān)，介質(zhì)板的下表面附著有ー層金屬片，介質(zhì)板的上表面的中部附著有圓形金屬饋電片，四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)陣列附著圍繞于圓形金屬饋電片的周圍，所述每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)為圓形的同心內(nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu)，姆個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的圓心附著有ー個(gè)第二金屬片，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)具有兩個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的外環(huán)具有兩個(gè)外環(huán)開ロ，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的兩個(gè)內(nèi)環(huán)開口和兩個(gè)外環(huán)開ロ的開ロ方向均相同，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的其中一個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的與另一個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ相鄰的外環(huán)開ロ處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)上設(shè)置的兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)開關(guān)處的電流方向相反，所述每個(gè)開關(guān)均為能用外置電路來控制的變?nèi)荪藰O管。本發(fā)明的有益效果是一、本發(fā)明利用加載ニ極管開關(guān)的形式，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性，不同于以往的形式，這種加載ニ極管的雙開ロ環(huán)結(jié)構(gòu)可以更容易的實(shí)現(xiàn)方向圖可重構(gòu)，本發(fā)明天線遠(yuǎn)沒有需要移相器的天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，體積小，重量輕，易于加エ，由于相對(duì)剖面相對(duì)很低，容易大批量生產(chǎn)以及集成；ニ、轉(zhuǎn)換速度快，本發(fā)明使用是由外置的偏置電路來控制不同ニ極管的開與關(guān)，通過容值的變換實(shí)現(xiàn)方向圖的微調(diào)，以及對(duì)天線諧振狀態(tài)的調(diào)整，各個(gè)方向的波瓣掃描速度要遠(yuǎn)快于帶有移相器結(jié)構(gòu)的械轉(zhuǎn)軸的速度；三、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)方向圖和頻率同時(shí)可重構(gòu)的天線。本發(fā)明能在7. 5-7. 8GHz和 8. 10-8. 20GHz多個(gè)不同的頻率下同時(shí)工作，不同頻率的工作模式互不影響，互不干擾，在方向圖可重構(gòu)的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了頻率可重構(gòu)，解決了現(xiàn)有的可重構(gòu)天線在多個(gè)不同的頻率不能同時(shí)工作的問題；四、本發(fā)明的多頻方向圖可重構(gòu)天線的單元結(jié)構(gòu)基于左手介質(zhì)中的雙開ロ環(huán)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了天線的小型化設(shè)計(jì)，單元結(jié)構(gòu)小型化40%。


圖I是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖I的俯視圖，圖3是本發(fā)明天線的基本工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖4是本發(fā)明天線的下端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖5是本發(fā)明天線的上端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖6是本發(fā)明天線的右端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖7是本發(fā)明天線的左端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖8是本發(fā)明的天線上下端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖9是本發(fā)明天線的斜端射工作模式的諧振深度仿真曲線圖，圖10是本發(fā)明天線的基本工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖11是本發(fā)明天線的上端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖12是本發(fā)明天線的下端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖13是本發(fā)明天線的右端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖14是本發(fā)明天線的左端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖15是本發(fā)明天線的上下端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖16是本發(fā)明天線的第一種斜端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖17是本發(fā)明天線的第二種斜端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖18是本發(fā)明天線的第三種斜端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖19是本發(fā)明天線的第四種斜端射工作模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖20是本發(fā)明天線的基本工作模式的原理圖(箭頭方向表示電流路徑)，圖21是本發(fā)明天線的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)工作模式的原理圖(箭頭方向表示電流路徑)，圖22是本發(fā)明天線的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)基本工作模式的原理圖(箭頭方向表示電流路徑)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I和圖2說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線包括第一金屬片I、圓金屬形饋電片2、介質(zhì)板3、四個(gè)第二金屬片4、四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5和八個(gè)開關(guān)6,介質(zhì)板3的下表面附著有ー層金屬片1，介質(zhì)板3的上表面的中部附著有圓形金屬饋電片2，四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5陣列附著圍繞于圓形金屬饋電片2的周圍,所述姆個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5為圓形的同心內(nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu),姆個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的圓心附著有ー個(gè)第二金屬片4，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的內(nèi)環(huán)具有兩個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ 5-1，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的外環(huán)具有兩個(gè)外環(huán)開ロ 5-2，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的兩個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ 5-1和兩個(gè)外環(huán)開 ロ 5-2的開ロ方向均相同，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的其中一個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ 5-1處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)6，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的與另ー個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ 5-1相鄰的外環(huán)開ロ 5-2處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)6，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5上設(shè)置的兩個(gè)開關(guān)6導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)開關(guān)6處的電流方向相反，所述每個(gè)開關(guān)6均為能用外置電路來控制的變?nèi)荪藰O管。本實(shí)施方式的每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)的圓心附著的ー個(gè)第二金屬片，目的是為了加強(qiáng)電流的耦合方式。
具體實(shí)施方式
ニ 結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)5的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑Dl為外環(huán)內(nèi)切圓直徑D2為線寬K為開ロ間距g為O. 8mm-1. 2mm,諧振環(huán)的厚度為O. 03mm-0. 04mm。如此設(shè)置,滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際
需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述介質(zhì)板3為正方形介質(zhì)板，如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述介質(zhì)板3的長(zhǎng)度為L(zhǎng)為30mm，寬度W為30mm，厚度H為2mm。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述介質(zhì)板3采用介電常數(shù)為2. 2，厚度為2mm的環(huán)氧玻璃布層壓板制成。如此設(shè)置，介質(zhì)板的電氣性能良好，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。實(shí)施例結(jié)合圖Iー圖22進(jìn)ー步說明本發(fā)明，為了便于說明本實(shí)施例，如圖2所示，將四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)由右上端的諧振環(huán)開始按逆時(shí)針分別劃分為第一象限I、第二象限II、第三象限III和第四象限IV，每個(gè)象限的兩個(gè)開關(guān)(變?nèi)荪藰O管)處于關(guān)閉狀態(tài)(非導(dǎo)通)時(shí)，天線的工作模式稱為基本模式，任何ー個(gè)象限的兩個(gè)開關(guān)(變?nèi)荪藰O管)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，天線的工作模式稱為可控模式。設(shè)計(jì)米用30mmX 30mm的正方形第一金屬片，米用30mmX 30mmX 2mm的介電常數(shù)為2.2的正方形FR-4環(huán)氧介質(zhì)板，金屬開ロ諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為2mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為4mm,線寬為Imm,開ロ間距為Imm,諧振環(huán)的厚度為O. 035mm,通過仿真測(cè)試,本實(shí)施例天線基本模式下的諧振頻率為8. 12-8. 18GHz,圖3所示的是本實(shí)施例天線基本模式下S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，在8. 173GHz，有良好的諧振狀態(tài)，最大諧振深度在-28dB，天線帶寬3. 75%，經(jīng)仿真結(jié)果表明，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)增益是7.717dBi，輻射方向?yàn)榍跋騼蓚?cè)的輻射，主輻射方向?yàn)?0°和140°，3(^帶寬為50.8°，即在左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，本實(shí)施例天線的基本模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，如圖10所示。下面對(duì)可控模式作進(jìn)ー步說明，本實(shí)施例中二極管開關(guān)的閉合與斷開通過外置的偏置電路來控制，通過容值的變換實(shí)現(xiàn)方向圖的微調(diào)?？煽啬Ｊ揭簧隙松淠Ｊ?，將第二象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)，其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)方向圖為豎直斜向上輻射，通過仿真測(cè)試，得出如圖4所示的本實(shí)施例天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，本實(shí)施例天線在7. 624GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為-35dB，天線帶寬為2. 67%，經(jīng)仿真結(jié)果表明，本實(shí)施例天線的上端射輻射波瓣的增益為7.741dBi，天線的主輻射方向?yàn)?1°，天線的3dB帶寬為69. 8°，天線的輻射范圍是從0°到70°，天線的上端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如圖11所示；對(duì)于基本模式而言，經(jīng)仿真結(jié)果表明，在可控的上端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖4，天線在
8.16GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-31dB，天線帶寬約為3. 8%，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為7. 716dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能 在基本模式和上端射模式同時(shí)存在下工作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性?？煽啬Ｊ渐讼露松淠Ｊ?，將第四象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)，其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，方向圖為豎直斜向下輻射，通過仿真測(cè)試，得出如圖5所示的本實(shí)施例天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，本實(shí)施例天線在7. 624GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為_30dB，經(jīng)仿真結(jié)果及對(duì)稱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可知，天線的下端射輻射波瓣的增益為7.741dBi，天線的主輻射方向?yàn)?31°，天線的3dB帶寬為69.8°，即天線的輻射范圍是從O。到-70°，天線的下端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如圖12所示；對(duì)于基本模式而言，經(jīng)仿真結(jié)果表明，在可控的下端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖5所示，天線在8. 16GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-33dB，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為7. 716dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能在基本模式和下端射模式同時(shí)存在下工作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性?？煽啬Ｊ饺叶松淠Ｊ?，將第二象限的兩個(gè)開關(guān)和第三象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)，其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，方向圖為水平右斜向前輻射，通過仿真測(cè)試，得出如圖6所示的本發(fā)明天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，本實(shí)施例天線在7. 624GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為_15dB，經(jīng)仿真結(jié)果可知，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為8. 7dBi，天線的主輻射方向?yàn)?5°，3(^帶寬為67.3°，即天線的輻射范圍為-17°到45°，天線的右端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如圖13所示；對(duì)于基本模式而言，在可控的右端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖6所示，天線在8. 128GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-19dB，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為7. 899dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能在基本模式和右端射模式同時(shí)存在下工作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性?？煽啬Ｊ剿淖蠖松淠Ｊ?，將第一象限的兩個(gè)開關(guān)和第四象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)，其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，方向圖為水平左斜向前輻射，通過仿真測(cè)試，得出如圖7所示的本發(fā)明天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，本實(shí)施例天線在7. 624GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為_15dB，經(jīng)仿真結(jié)果及對(duì)稱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可知，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為8. 7dBi，天線的主輻射方向?yàn)?15°，3dB帶寬為67. 3°，即天線的輻射范圍為17°到-45°，天線的左端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如圖14所示；對(duì)于基本模式而言，在可控的左端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖7所示，天線在8. 128GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-19dB，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為7. 899dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能在基本模式和左端射模式同時(shí)存在下エ作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性?？煽啬Ｊ轿迳舷露松淠Ｊ剑瑢⒌诙笙薜膬蓚€(gè)開關(guān)和第四象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，或?qū)⒌谝?象限的兩個(gè)開關(guān)和第三象限內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閉合(導(dǎo)通)，其余各象限的開關(guān)關(guān)閉，方向圖為豎直斜前方兩向輻射，通過仿真測(cè)試，得出如圖8所示的本發(fā)明天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，本實(shí)施例天線在7. 624GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為-16dB，經(jīng)仿真結(jié)果可知，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為6. 962dBi，天線的主輻射方向?yàn)?0°和140°，3(^帶寬為58.6°，即天線的輻射范圍為11°到69°及111°到169°，天線的左端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，如圖15所示；對(duì)于基本模式而言，在可控的上下端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖8所示，天線在8. 128GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-17. 8dB，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為7. 708dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能在基本模式和上下端射模式同時(shí)存在下工作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性?？煽啬Ｊ搅倍松淠Ｊ?，根據(jù)中心対稱的原則，改變開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)四種斜端射工作模式如表I所示。表I :不同象限的斜端射模式對(duì)應(yīng)的方向圖分布情況
斜端射模式開關(guān)狀態(tài)方向圖朝向
第二象限U、第三象限ΠΙ、第四象限IV開關(guān)閉合，
第一種第一象限
第--象限I開關(guān)斷開
第一象限I、第三象限III、第四象限IV幵關(guān)閉合，
第二種第二象限
第二象限II開關(guān)斷開
第一象限I、第二象限II、第四象限IV開關(guān)閉合，
第三種第Ξ象限
第二象限III開關(guān)斷開
第一象限I、第二象限II、第二象限ΠΙ開關(guān)閉合，
第四種第四象限
第四象限IV開關(guān)斷開對(duì)于每一個(gè)斜端射工作模式，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的偏離角度，天線的主波瓣輻射方向，3dB帶寬，諧振深度以及對(duì)應(yīng)的基本工作模式的方向圖，増益，以及波瓣寬度都是相同的，通過仿真測(cè)試，得出如圖9所示的本實(shí)施例天線S參數(shù)仿真曲線，由曲線圖可知，天線在7. 579GHz發(fā)生諧振，有良好的諧振狀態(tài)，諧振深度為_21dB，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為8. 028dBi,天線輻射方向?yàn)?0°，3dB帶寬為60°，也即天線輻射范圍為10°到70°，偏離角度為φ=30°，天線的斜端射模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分別如圖16、圖17、圖18和圖19所示；對(duì)于基本模式而言，在可控的斜端射模式工作的情況下，天線的基本模式不受影響，如圖9所示，天線在8. 128GHz處仍然有良好的諧振，諧振深度為-16dB，天線在此頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)增益為
7.708dBi，輻射方式依舊是前向兩側(cè)輻射，左前輻射方向，輻射范圍是15°到65°，右前輻射方向，輻射范圍是115°到165°，如圖10所示。上述說明，本發(fā)明的天線能在基本模式和斜端射模式同時(shí)存在下工作，即在不同頻率下能同時(shí)工作，互不影響和干擾，實(shí)現(xiàn)了方向圖可重構(gòu)特性。綜上所述，將本發(fā)明的天線的開關(guān)(變?nèi)荪藰O管)進(jìn)行不同的閉合與斷開，天線將工作在不同的工作模式，可以實(shí)現(xiàn)同一頻率下，八個(gè)主要方向的輻射錐形掃描，也可以實(shí)現(xiàn)不同可控工作模式下，基本工作模式的獨(dú)立工作輻射。無論在那種可調(diào)模式下，天線都工作在幾乎不變的頻率下，即同頻的方向圖可控，這樣，并沒有利用機(jī)械化轉(zhuǎn)軸，天線就可以快速的進(jìn)行方向圖控制。再有，無論在那種可調(diào)模式下，天線的基本工作模式都沒有受到很大的影響，也就是說，對(duì)于基本模式的頻率下，在關(guān)心的兩個(gè)方向上，天線不間斷的監(jiān)視工作。工作原理基本模式的工作狀態(tài)下的電流的路徑，如圖20所示，由于沒有ニ極管的連接，或者說在外接偏置電路的控制下，使得ニ極管關(guān)閉而沒有導(dǎo)通。此時(shí)，電流沿著上下兩個(gè)半圓的金屬臂變化，從而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)最大輻射方向是水平兩個(gè)方向。陣列之后，如果沒有任何開關(guān)閉合，那么所有的単元方向圖將會(huì)是ー樣的，方向圖在適當(dāng)?shù)木嚯x上相互疊加，形成基本模式的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。如圖22所示，當(dāng)ニ極管處于單項(xiàng)導(dǎo)通的狀態(tài)時(shí)，在基本模式的工作頻率下，電流依舊可以沿著上下兩臂進(jìn)行時(shí)變，與之前圖20所對(duì)比可知，僅是電流的大小稍有差別，因而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)方向圖是不變的，增益會(huì)略有損失。如圖21所示，由于ニ極管的導(dǎo)通，使得電流在可變模式下，電流有了新的路徑，即在開ロ連接處，產(chǎn)生很明顯的電流傳輸，此時(shí)，對(duì)于單元結(jié)構(gòu)來講，時(shí)變電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)就會(huì)在其可變工作頻率下，產(chǎn)生方向圖的變化，最大輻射方向是沿著豎直上下兩個(gè)方向。這樣ー來，當(dāng)天線單元陣列成天線的時(shí)候，在適當(dāng)?shù)奈锢砭嚯x上，各単元的方向圖相互疊カロ，形成不同的方向輻射。通過控制開關(guān)閉合的數(shù)目，就可以控制整個(gè)天線的掃描路線。對(duì) 于不同的工作模式，改變ニ極管開關(guān)的個(gè)數(shù)，就可以改變導(dǎo)通單元結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)，在不同的導(dǎo)通個(gè)數(shù)情況下，方向圖就會(huì)有不同的綜合情況。
權(quán)利要求
1.基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于所述天線包括第一金屬片(I)、圓形金屬饋電片(2)、介質(zhì)板(3)、四個(gè)第二金屬片(4)、四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)和八個(gè)開關(guān)(6)，介質(zhì)板(3)的下表面附著有ー層金屬片(1)，介質(zhì)板(3)的上表面的中部附著有圓形金屬饋電片(2)，四個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)陣列附著圍繞于圓形金屬饋電片(2)的周圍，所述每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)為圓形的同心內(nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的圓心附著有ー個(gè)第二金屬片(4)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的內(nèi)環(huán)具有兩個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ(5-1),每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的外環(huán)具有兩個(gè)外環(huán)開ロ(5-2)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的兩個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ(5-1)和兩個(gè)外環(huán)開ロ(5-2)的開ロ方向均相同，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的其中ー個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ(5-1)處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)(6)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的與另ー個(gè)內(nèi)環(huán)開ロ(5-1)相鄰的外環(huán)開ロ(5-2)處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)(6)，每個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)上設(shè)置的兩個(gè)開關(guān)(6)導(dǎo)通時(shí)兩個(gè)開關(guān)(6)處的電流方向相反，所述每個(gè)開關(guān)(6)均為能用外置電路來控制的變?nèi)荪藰O管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于姆個(gè)金屬開ロ諧振環(huán)(5)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑(Dl)為外環(huán)內(nèi)切圓直徑(D2)為線寬(K)為開ロ間距(g)為O. 8mm-1. 2mm,諧振環(huán)的厚度為O.03mm_0. 04mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于所述介質(zhì)板(3)為正方形介質(zhì)板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于所述介質(zhì)板(3)的長(zhǎng)度為(L)為30mm，寬度(W)為30mm，厚度(H)為2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的基于雙開ロ諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于所述介質(zhì)板(3)采用介電常數(shù)為2. 2，厚度為2mm的環(huán)氧玻璃布層壓板制成。
全文摘要
基于雙開口諧振環(huán)的多頻方向圖可重構(gòu)天線，它涉及一種天線，具體涉及一種方向圖可重構(gòu)天線，以解決現(xiàn)有的可重構(gòu)天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及不能在多個(gè)不同的頻率下同時(shí)工作的問題，它包括第一金屬片、圓金屬形饋電片、介質(zhì)板、四個(gè)第二金屬片、四個(gè)金屬開口諧振環(huán)和八個(gè)開關(guān)，介質(zhì)板的下表面附著有一層金屬片，介質(zhì)板的上表面的中部附著有圓形金屬饋電片，四個(gè)金屬開口諧振環(huán)陣列附著圍繞于圓形金屬饋電片的周圍，所述每個(gè)金屬開口諧振環(huán)為圓形的同心內(nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬開口諧振環(huán)的其中一個(gè)內(nèi)環(huán)開口處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)，每個(gè)金屬開口諧振環(huán)的與另一個(gè)內(nèi)環(huán)開口相鄰的外環(huán)開口處設(shè)置有一個(gè)開關(guān)，本發(fā)明用于無線通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H01Q5/01GK102694277SQ20121020237
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者傅佳輝, 華軍, 吳群, 唐卓, 孟繁義, 陳美良, 黃帥 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)