本發(fā)明屬于天線技術領域，涉及一種方向圖可重構天線，特別涉及一種俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線。

背景技術：

隨著移動通信、衛(wèi)星通信、雷達及飛行器等對天線波束的控制和掃描要求，使得方向圖可重構天線得到越來越多的重視和發(fā)展。方向圖可重構天線能夠增強系統(tǒng)性能、較好地改善系統(tǒng)增益、提高通信安全性、避免噪聲干擾以及拓展陣列掃描范圍。同時，微帶準八木天線具有寬頻帶、高增益、端射輻射、重量輕、易于載體共形等優(yōu)點，受到越來越多的關注和應用。

目前，國內(nèi)外學者針對方向圖可重構微帶準八木天線做了大量的研究，主要是通過電控開關來實現(xiàn)方向圖波束轉變。cn102437423a通過控制微帶線二極管的通斷狀態(tài)使環(huán)繞的矩形寄生貼片選擇性地向外輻射，進而實現(xiàn)六波束選擇性的平面型方向圖可重構天線。cn103700942a通過控制電路實現(xiàn)波束在水平范圍內(nèi)的切換實現(xiàn)了準八木天線方向圖在水平上的全覆蓋。但是，上述方向圖可重構微帶準八木天線均只能在水平面內(nèi)實現(xiàn)方向圖可重構，且均需要多套天線單元通過控制開關實現(xiàn)波束切換實現(xiàn)，結構冗雜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線，實現(xiàn)微帶準八木天線方向圖能夠在俯仰面內(nèi)可重構，拓展微帶準八木天線方向圖可重構的維度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線，包括正交鋪層的雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板、鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板上層的微帶準八木天線層和鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板下層的跳變驅動器，其中：所述雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板采用[90n/0n]鋪層，[90n]粘接微帶準八木天線層，[0n]層粘接跳變驅動器。

本發(fā)明實現(xiàn)天線方向圖在俯仰面內(nèi)可重構的原理是：雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板在跳變驅動器作用下其兩種穩(wěn)定構型在俯仰面內(nèi)變化，進而使天線電流方向改變，實現(xiàn)了方向圖在俯仰面的可重構。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明利用雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板的兩種穩(wěn)定構型實現(xiàn)微帶準八木天線方向圖在俯仰面內(nèi)可重構，結構簡單，易與載體共形，與傳統(tǒng)水平面內(nèi)方向圖可重構八木天線相結合可拓展八木天線的掃描維度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線雙穩(wěn)態(tài)結構示意圖；

圖2為本發(fā)明俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線的共面波導饋電的準八木天線結構示意圖；

圖3為本發(fā)明俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線在兩種穩(wěn)定構型下的s11曲線；

圖4為本發(fā)明俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線在構型a狀態(tài)下的方向圖；

圖5為本發(fā)明俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線在構型b狀態(tài)下的方向圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

具體實施方式一：本實施方式提供的俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線由正交鋪層的雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1、鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1上層的微帶準八木天線層2和鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1下層的跳變驅動器構成。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2及跳變驅動器均與雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1一體化固化成型。

本實施方式中，所述雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1在固化完成后產(chǎn)生兩種圓柱穩(wěn)態(tài)構型，兩種圓柱穩(wěn)態(tài)構型曲率方向相反，實現(xiàn)微帶準八木天線方向圖在俯仰面內(nèi)可重構。

本實施方式中，所述雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1采用[90n/0n]鋪層，其中：[90n]粘接微帶準八木天線層2，[0n]層粘接跳變驅動器，n的值由預浸料材料及所需的曲率決定。

本實施方式中，所述雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1的材料為玻璃纖維預浸料或其它介質(zhì)材料預浸料，制備工藝為熱壓罐工藝。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2的材料為純金屬或印刷在薄膜上的導電銀漿。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2包括共面波導（cpw）饋電結構2-1、有源振子2-2及兩個引向器2-3。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2的制備可以通過絲網(wǎng)印刷技術將所述天線印刷在薄膜上，然后與雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1共固化；或將金屬層與雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1共固化，然后利用傳統(tǒng)刻蝕技術制備微帶準八木天線層2。

本實施方式中，所述跳變驅動器能夠驅動雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1在兩種穩(wěn)定構型下進行跳變，驅動器材料為形狀記憶合金、電熱合金、壓電陶瓷或壓電纖維，通過外接電源進行工作。

具體實施方式二：本實施方式以工作頻率為3ghz的俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線為例進行說明。

如圖1所示，本實施方式的俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線由正交鋪層的雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1、鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1上層的微帶準八木天線層2和鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1下層的跳變驅動器構成，所有元件一體化固化成型。

本實施方式中，雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板1為玻璃纖維增強復合材料，采用[02/902]鋪層方式，單層厚度為0.125mm，介電常數(shù)為4.9，介電損耗為0.019，尺寸為145mm×145mm。

本實施方式中，驅動器材料為形狀記憶合金。

本實施方式中，利用電磁場仿真軟件對微帶準八木天線單元尺寸進行優(yōu)化設計，如圖2所示，具體尺寸為：w1=w2=5mm，l1=43mm，l2=37mm，wc=7mm，ls=70mm，d1=10mm，d2=15mm。其中：w1、w2和l1、l2分別表示第一、第二引向器的寬度和長度，wc和ls分別表示有源振子寬度和長度，d1表示第一引向器與有源振子之間的距離，d2表示第二引向器與第一引向器之間的距離。

本實施方式中，雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板在跳變驅動器作用下，會在兩種穩(wěn)定構型下發(fā)生轉換，如圖1所示。因此，會產(chǎn)生兩種波束指向，由于雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板構型在其俯仰面轉變，導致天線的方向圖實現(xiàn)了俯仰面內(nèi)可重構。

圖3是本實施方式天線在兩種穩(wěn)定構型下的s11參數(shù)曲線。由圖3可知，天線在構型a狀態(tài)下的中心頻率為3.06ghz，帶寬367mhz；在構型b狀態(tài)下的中心頻率3.05ghz，帶寬354mhz?？梢钥闯觯炀€s11參數(shù)在兩種構型下幾乎保持不變，均有良好性能。

圖4和圖5為本實施方式天線在兩種穩(wěn)定構型下的方向圖特性，天線在構型a狀態(tài)下其輻射方向為端射，即平行于介質(zhì)基板表面，其增益為6.7db，3db波束寬度為75.5°。天線在構型b狀態(tài)下其輻射方向為沿著俯仰面58°方向，即與水平面呈30°角，其增益為4.9db，3db波束寬度為65.4°?？傮w波束寬度要高于普通八木天線的波束寬度。

綜上，本實施方式利用雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板的雙穩(wěn)態(tài)特性，設計實現(xiàn)了俯仰面內(nèi)方向圖可重構準八木天線。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種俯仰面內(nèi)方向圖可重構微帶準八木天線，所述天線包括正交鋪層的雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板、鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板上層的微帶準八木天線層和鋪設在雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板下層的跳變驅動器，其中：所述雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板采用[90n/0n]鋪層，[90n]粘接微帶準八木天線層，[0n]層粘接跳變驅動器。本發(fā)明利用雙穩(wěn)態(tài)復合材料介質(zhì)基板的兩種穩(wěn)定構型實現(xiàn)微帶準八木天線方向圖在俯仰面內(nèi)可重構，結構簡單，易與載體共形，與傳統(tǒng)水平面內(nèi)方向圖可重構八木天線相結合可拓展八木天線的掃描維度。

技術研發(fā)人員：戴福洪;胡建強
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：2017.05.18
技術公布日：2017.08.25