本發(fā)明屬于可重構(gòu)天線，具體涉及一種低剖面方向圖可重構(gòu)天線。

背景技術(shù)：

1、目前，現(xiàn)代無線通信技術(shù)向著多功能、大容量的方向發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)中重要部分，對其要求也越來越高。可重構(gòu)天線減小了通信系統(tǒng)的體積和重量，使其結(jié)構(gòu)更加簡化和緊湊，有利于集成到當(dāng)前無線通信設(shè)備上。根據(jù)可重構(gòu)目標(biāo)不同，可重構(gòu)天線可分為頻率可重構(gòu)、極化可重構(gòu)和方向圖重構(gòu)等；其中，方向圖可重構(gòu)天線因其具有波束控制靈活、波束可重構(gòu)等優(yōu)勢，能夠有效減少入射波的電子干擾，在提高信息接收能力的同時，亦可提升通信的安全性，因此，方向圖可重構(gòu)天線的研究具有現(xiàn)實意義。

2、方向圖可重構(gòu)天線的實現(xiàn)方式主要有三種：第一種是機(jī)械控制法，天線可借助機(jī)械操作的手段改變設(shè)計所需的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實現(xiàn)輻射方向的轉(zhuǎn)變；第二種是材料特性控制法，通過選擇加液態(tài)金屬、水等特殊材料使得天線尺寸和形狀進(jìn)行變化，利用易形變特性實現(xiàn)可重構(gòu)，天線工作狀態(tài)可以隨著特殊材料形變而改變；第三種是電控法，在天線合適的位置上加載可變電容、pin管等開關(guān)元件，通過控制這些可調(diào)器件改變天線的電流分布，從而實現(xiàn)不同性能的切換。其中，通過加載pin二極管因?qū)崿F(xiàn)手段簡便易操作成為研究熱點。除了方向圖的可重構(gòu)外，現(xiàn)在在無人機(jī)等諸多領(lǐng)域，天線均在向小型化發(fā)展，剖面高度越低，對空間的利用率越高。王文亭等人（王文亭,尹小磊,閆登輝,等.寬帶方向圖可重構(gòu)圓形單極子天線設(shè)計[j].艦船電子工程,2024,44(07):68-71.）提出一種新型的印刷八木機(jī)構(gòu)可重構(gòu)天線，該天線通過調(diào)整寄生貼片結(jié)構(gòu)中pin二極管的導(dǎo)通狀態(tài)來實現(xiàn)對天線引向方向的調(diào)整，使其可以在s11小于-10db的情況下從3ghz到4ghz工作，但其剖面高度較高，約為0.5λ；秦世川（秦世川,李榮強(qiáng).一種方向圖可重構(gòu)單極子天線設(shè)計[j].成都信息工程大學(xué)學(xué)報,2024,39(01):18-22.）提出一種小型化高效率方向圖可重構(gòu)天線，通過控制寄生條帶上２個pin二極管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，天線可以實現(xiàn)３種不同波束指向的方向圖重構(gòu)模式，但其無法實現(xiàn)天線360°的方向掃描。

3、因此，如何設(shè)計可重構(gòu)天線，使其具有360°方向圖掃描的同時還具有較低的剖面高度，就成為重點研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低剖面方向圖可重構(gòu)天線。該天線的設(shè)計主體為金屬短路加載的介質(zhì)圓盤，介質(zhì)圓盤上表面設(shè)置圓形輻射貼片，在輻射貼片設(shè)置四個方環(huán)形縫隙，在介質(zhì)圓盤的下表面設(shè)置圓形金屬地，在金屬地上設(shè)置矩環(huán)形縫隙，縫隙上加載pin二極管，通過二極管的導(dǎo)通與斷開，使天線方向圖具有可重構(gòu)特性，同時，介質(zhì)圓盤由金屬圓盤腔體包圍，從而使天線整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整個天線的剖面高度僅為0.125λ。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種低剖面方向圖可重構(gòu)天線，包括金屬圓盤腔體1、介質(zhì)圓盤2、圓形輻射貼片3、金屬地4和同軸線5；其中，金屬圓盤腔體呈階梯狀，由均為圓環(huán)狀的第一圓盤、第二圓盤和第三圓盤構(gòu)成，第一圓盤外徑大于第二圓盤外徑，第一圓盤的內(nèi)徑與第二圓盤的內(nèi)徑相等且小于第二圓盤的外徑，第二圓盤的外徑與第三圓盤的外徑相等，第二圓盤的內(nèi)徑大于第三圓盤的內(nèi)徑；

4、介質(zhì)圓盤的直徑與第一圓盤的內(nèi)徑相等，高度與第一圓盤高度相等，其固定設(shè)置于金屬圓盤腔體內(nèi)；介質(zhì)圓盤的上表面設(shè)置圓形輻射貼片，下表面設(shè)置尺寸和介質(zhì)圓盤尺寸相同的圓形金屬地；介質(zhì)圓盤中心、圓形輻射貼片中心、金屬地中心和金屬圓盤腔體的中心重合；

5、圓形輻射貼片上沿圓周均勻開設(shè)若干個第一方環(huán)形縫隙3-1，金屬地上設(shè)置第一方環(huán)形縫隙3-1數(shù)量相等的第二矩環(huán)形縫隙4-1；其中，每個第二矩環(huán)形縫隙上設(shè)置pin二極管，所述pin二極管連接第二矩環(huán)形縫隙內(nèi)側(cè)金屬4-2和第二矩環(huán)形縫隙外側(cè)的金屬；第一方環(huán)形縫隙和第二矩環(huán)形縫隙的中心在同一豎直線上，且第二矩環(huán)形縫隙全部位于第一方環(huán)形縫隙內(nèi)；

6、介質(zhì)圓盤沿圓周均勻設(shè)置若干個貫穿介質(zhì)圓盤的金屬短路柱2-1，其中四個金屬短路柱分設(shè)于第一方環(huán)形縫隙中心，通過金屬短路柱連接第一方環(huán)形縫隙內(nèi)金屬和第二矩環(huán)形縫隙內(nèi)金屬；

7、同軸線的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)圓盤與圓形輻射貼片連接，外導(dǎo)體與圓形金屬地連接，用于天線輻射饋電。

8、進(jìn)一步地，金屬短路柱的數(shù)量會影響天線的諧振頻率，數(shù)量優(yōu)選為4、8、12和16。

9、進(jìn)一步地，第一方環(huán)形縫隙的尺寸影響天線方向圖的增益，環(huán)形縫隙的外邊長為5.5-6.4mm，縫隙寬度為0.1-0.9mm。

10、進(jìn)一步地，第一方環(huán)形縫隙3-1的數(shù)量優(yōu)選為4，第一方環(huán)形縫隙3-1對圓形輻射貼片上的電流進(jìn)行切割作用；若數(shù)量過多或過少，均會減小天線的帶寬和天線增益。

11、進(jìn)一步地，圓形輻射貼片3的直徑應(yīng)小于介質(zhì)圓盤2的直徑，使圓形輻射貼片3不與金屬圓盤腔體1接觸。

12、本發(fā)明的機(jī)理為：在介質(zhì)圓盤中加載金屬短路柱，金屬短路柱的引入相當(dāng)于在金屬地與輻射貼片間引入并聯(lián)電感，電感增大天線感抗，從而降低天線諧振頻率，進(jìn)而降低天線的剖面高度，達(dá)到小型化低剖面的目的；同時，通過設(shè)計特定的輻射貼片，配合pin二極管的通斷，實現(xiàn)了天線360°的全方向掃描。

13、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

14、1.本發(fā)明天線在實現(xiàn)方向圖可重構(gòu)的情況下使得天線具有較低的剖面高度，整個天線剖面高度可低至0125λ。

15、2.?本發(fā)明天線通過直流饋電控制pin二極管的導(dǎo)通/關(guān)斷，進(jìn)而控制天線的方向圖，可實現(xiàn)天線方向圖360°的全覆蓋，實現(xiàn)手段簡單。

16、3.本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、尺寸小、重量輕，適用于無人機(jī)等通信系統(tǒng)中。

技術(shù)特征：

1.一種低剖面方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，包括金屬圓盤腔體、介質(zhì)圓盤、圓形輻射貼片、金屬地和同軸線；其中，金屬圓盤腔體呈階梯狀，由均為圓環(huán)狀的第一圓盤、第二圓盤和第三圓盤構(gòu)成，第一圓盤外徑大于第二圓盤外徑，第一圓盤的內(nèi)徑與第二圓盤的內(nèi)徑相等且小于第二圓盤的外徑，第二圓盤的外徑與第三圓盤的外徑相等，第二圓盤的內(nèi)徑大于第三圓盤的內(nèi)徑；

2.如權(quán)利要求1所述低剖面方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，金屬短路柱的數(shù)量為4、8、12或16。

3.如權(quán)利要求1所述低剖面方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，第一方環(huán)形縫隙的外邊長為5.5-6.4mm，縫隙寬度為0.1-0.9mm。

4.如權(quán)利要求1所述低剖面方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，第一方環(huán)形縫隙的數(shù)量為4，第一方環(huán)形縫隙對圓形輻射貼片上的電流進(jìn)行切割作用；若數(shù)量過多或過少，均會減小天線的帶寬和天線增益。

5.如權(quán)利要求1所述低剖面方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，圓形輻射貼片的直徑應(yīng)小于介質(zhì)圓盤的直徑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明目的在于提供一種低剖面方向圖可重構(gòu)天線，屬于可重構(gòu)天線技術(shù)領(lǐng)域。該天線的設(shè)計主體為金屬短路加載的介質(zhì)圓盤，介質(zhì)圓盤上表面設(shè)置圓形輻射貼片，在輻射貼片設(shè)置四個方環(huán)形縫隙，在介質(zhì)圓盤的下表面設(shè)置圓形金屬地，在金屬地上設(shè)置矩環(huán)形縫隙，縫隙上加載PIN二極管，通過二極管的導(dǎo)通與斷開，使天線方向圖具有可重構(gòu)特性，同時，介質(zhì)圓盤由金屬圓盤腔體包圍，從而使天線整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整個天線的剖面高度僅為0.125λ。

技術(shù)研發(fā)人員：張袁,趙延文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19