本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種方向圖可重構(gòu)天線，具體涉及一種俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)及飛行器等對(duì)天線波束的控制和掃描要求，使得方向圖可重構(gòu)天線得到越來(lái)越多的重視和發(fā)展。方向圖可重構(gòu)天線能根據(jù)通信環(huán)境的變化實(shí)時(shí)改變發(fā)射和接收天線的方向圖，從而有效減弱噪聲干擾，對(duì)抗多徑衰落，提高信息傳輸速率，保持高增益。采用方向圖可重構(gòu)天線還可以實(shí)現(xiàn)平面相控陣的大角度掃描。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于方向圖可重構(gòu)天線已做了大量的研究。文獻(xiàn)“一種方向圖可重構(gòu)引向器開(kāi)槽的印制準(zhǔn)八木天線”（apatternreconfigurableprintedquasi-yagiantennawithslotsinthedirectors[c].2009thinternationalsymposiumonantennaspropagationandemtheory，275-278）設(shè)計(jì)了一種主波束在水平內(nèi)可以指向四個(gè)不同方向的可重構(gòu)天線。cn102437423a提出了一種六波束選擇性平面方向圖可重構(gòu)天線。cn103682645a公開(kāi)了一種五個(gè)主波束指向的可重構(gòu)平面微帶天線。cn103700942a通過(guò)六個(gè)波束切換實(shí)現(xiàn)了水平范圍內(nèi)全向掃描的平面天線。以上天線方向圖可重構(gòu)均采用加載開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，控制電路復(fù)雜，并且只能在水平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)方向圖可重構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有方向圖可重構(gòu)天線的不足，本發(fā)明為了擴(kuò)展方向圖可重構(gòu)天線的掃描范圍，提供了一種俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線，利用多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板的多種穩(wěn)定構(gòu)型實(shí)現(xiàn)天線在俯仰面內(nèi)具有多種主波束指向，多種狀態(tài)之間可以自由切換。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線，包括多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板上層的金屬微帶天線層、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板下層的微帶饋線層，其中：所述多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板在俯仰面內(nèi)具有多種穩(wěn)定狀態(tài)，由三層鋪設(shè)而成，其鋪層順序?yàn)椋鹤钕聦訛?°層，中間層為90°層，最上層由多個(gè)90°層間隔鋪設(shè)而成。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板鋪層及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使基板具有多種穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器作用基板可在各個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行切換，而天線在不同穩(wěn)定狀態(tài)下主波束方向指向也不同，實(shí)現(xiàn)了天線方向圖在俯仰面內(nèi)可重構(gòu)。

2、本發(fā)明可拓展可重構(gòu)天線的方向圖在俯仰面內(nèi)實(shí)現(xiàn)大角度掃描，克服了現(xiàn)有方向圖可重構(gòu)天線的只能在水平面內(nèi)掃描的限制，可拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線的多種穩(wěn)定狀態(tài)構(gòu)型側(cè)面示意圖；

圖2為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線的多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板鋪層示意圖；

圖4為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線的不同狀態(tài)下的回波損耗曲線；

圖5為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線2ghz頻率不同狀態(tài)下的輻射方向圖；

圖6為本發(fā)明俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線5ghz頻率不同狀態(tài)下的輻射方向圖；

圖7為俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線的平面狀態(tài)下工作頻帶內(nèi)的增益；

圖中：1-金屬微帶天線層，2-多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板，3-微帶饋線層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式一：如圖2所示，本實(shí)施方式提供的俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線由多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板上層的金屬微帶天線層1、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板下層的微帶饋線層3構(gòu)成。

本實(shí)施方式中，所述多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2在俯仰面內(nèi)具有多種穩(wěn)定狀態(tài)，由三層鋪設(shè)而成，如圖1所示，其鋪層順序?yàn)椋鹤钕聦訛?°層，中間層為90°層，最上層由多個(gè)90°層間隔適當(dāng)距離鋪設(shè)，間隔距離由基板穩(wěn)定狀態(tài)的角度決定。

本實(shí)施方式中，所述多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2在俯仰面內(nèi)具有多種穩(wěn)定狀態(tài)，每種穩(wěn)定狀態(tài)的角度由多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2的材料性能、厚度及最上層90°層的間隔距離決定。

本實(shí)施方式中，所述多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2的材料為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料，介電常數(shù)4.6，單層預(yù)浸料厚度為0.125mm。

本實(shí)施方式中，所述金屬微帶天線層1為維瓦爾第天線。

本實(shí)施方式中，所述微帶饋線層3為微帶線—槽線饋電或同軸—槽線饋電或共面波導(dǎo)饋電。

本實(shí)施方式中，所述多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2采用熱壓罐工藝與上層金屬微帶天線層1、下層微帶饋線層3共固化成型。

本實(shí)施方式中，所述金屬微帶天線層1與微帶饋電層3可以利用印刷技術(shù)將金屬微帶天線層與微帶饋電層印刷在薄膜上，然后再與多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2共固化，或?qū)⒔饘俦∧づc多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2共固化，然后利用刻蝕技術(shù)制備金屬微帶天線層與微帶饋電層。

本實(shí)施方式通過(guò)驅(qū)動(dòng)器元件控制多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板在俯仰面內(nèi)不同穩(wěn)定狀態(tài)之間切換，進(jìn)而使天線的主波束方向指向發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)方向圖在俯仰面可重構(gòu)。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式以俯仰面內(nèi)具有四種角度主波束指向方向圖可重構(gòu)維瓦爾第天線為例進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1-3所示，本實(shí)施方式的俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線由多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板上層的金屬微帶天線層1、設(shè)于多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板下層的微帶饋線層3構(gòu)成，所有元件一體化固化成型，其中：金屬微帶天線層1為具有指數(shù)漸變結(jié)構(gòu)的維瓦爾第天線，微帶饋線層3為微帶線—槽線饋電，多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其單層厚度為0.125mm，鋪層方式如圖3所示，介電常數(shù)為4.9，介電損耗為0.019，天線整體尺寸為350mm×150mm。

在驅(qū)動(dòng)器作用下，多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料基板2會(huì)在其多種穩(wěn)定構(gòu)型下發(fā)生切換，進(jìn)而使天線的主波束方向指向發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)方向圖在俯仰面可重構(gòu)。

本實(shí)施方式以具有四種角度主波束指向方向圖可重構(gòu)維瓦爾第天線為例進(jìn)行說(shuō)明。

圖4是本實(shí)施方式可重構(gòu)天線在四種狀態(tài)下的s11參數(shù)曲線。由圖4可知，天線s11參數(shù)在四種狀態(tài)下相差甚微，帶寬范圍為1.8ghz—5.7ghz，屬超寬帶天線。

圖5和圖6為本實(shí)施方式可重構(gòu)天線在2ghz和5ghz頻率處不同狀態(tài)下的輻射方向圖。由圖5可知，2ghz頻率處天線在四種狀態(tài)下主輻射方向分別為90°、87°、81°、71°，主波束指向在俯仰面內(nèi)偏移19°。本實(shí)施方式的可重構(gòu)天線最終可實(shí)現(xiàn)在2ghz頻點(diǎn)處天線波束寬度67°，高于平面狀態(tài)的50.8°波束寬度。

由圖6可知，5ghz頻率處天線在四種狀態(tài)下主輻射方向分別為90°、67°、42°、33°，主波束指向在俯仰面內(nèi)偏移57°。本實(shí)施方式的可重構(gòu)天線最終可實(shí)現(xiàn)在5ghz頻點(diǎn)處天線波束寬度86°，高于平面狀態(tài)的41.7°波束寬度。

由圖7可知，本實(shí)施方式的可重構(gòu)天線在工作頻帶范圍內(nèi)增益為9.0~11.0db，所以天線在頻帶范圍內(nèi)均能保持高增益。

綜上，本實(shí)施方式利用多穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料介質(zhì)基板具有的多種穩(wěn)定狀態(tài)特性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了俯仰面內(nèi)多角度主波束指向方向圖可重構(gòu)天線。