专利名称：一种高增益的可重构广角天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线，尤其是涉及一种高增益的可重构广角天线。
背景技术：
对于大范围扫描的相控阵天线，需要单元波束宽度要尽可能的宽。在电视广播领域，对于天线宽角特性的需求也越来越大。因此，更多的宽角天线单元应运而生，比如V形天线、倒V天线、微带天线及螺旋天线等。众所周知，同时保持高增益和宽角是很难实现的，因为随着天线单元宽波束的增加增益会下降，因此可以适时改变方向图，而工作频率保持不变的方向图可重构技术很好地解决了高增益与宽波束的矛盾。方向图可重构技术可以满足智能武器寻的、汽车和飞机雷达、无线和卫星通信网络以及空间遥感等要求。传统改变天线辐射方向图的方法是采用相控阵天线技术，但是相控阵天线需要复杂的天馈系统，阵元间距较大，因而占用空间较 大。而且工作频率越高，天馈系统中的移相器等部件的价格越昂贵，使得系统的成本增加，而且馈电系统性能伴有随工作环境等变化的非线性现象，使系统工作性能受到很大限制。利用方向图可重构天线，则可以克服传统相控阵天线的这些弱点，使天线更易控制。经对现有的技术文献检索发现,2010年Manuilov Μ. B.等人在Microwave& Telecommunication Technology(CriMico’ 2010)13-17 September, Sevastopol,Crimea, Ukraine 上发表的 “DEVELOPMENT OF MULT I-ELEMENT PAHSED ANTENNA ARRAYS OFV-DIP0LES WITH WIDE-ANGLE SCANNING”以及20王真等人在2009年全国天线年会上发表的“一种宽角覆盖宽角扫描相控阵天线系统”中提出的天线系统可以实现E面和H面±60°宽角覆盖，但这种达到广角方式是以牺牲天线增益来的，单个天线单元的增益为5dB左右。水平振子天线虽能保持7dB的高增益，但其E面的3dB角宽仅约72°，小于H面的3dB角宽120°。考虑到V形振子天线的最大辐射方向在其角平分线上，所以V形振子天线设计思想的引入可以在保持高增益的同时弥补水平振子天线E面的辐射角宽。与专利申请号为201210002334. 3的专利“一种含法向振子的可重构广角天线”相对比，后者用最少的振子数实现了在可重构的过程中保持高达7dB的增益的同时，其E面方向图3dB角宽达120°，11面方向图3dB角宽达115°近120°，但因馈电组合开关和调谐开关甚多而增加了实现过程的难度性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高增益的可重构广角天线，解决了水平振子天线中存在的E面扫描角度窄的问题，并使其满足当今相控阵天线领域宽角扫描需求，并且能保持高增益(7dB)。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种高增益的可重构广角天线，包括左水平振子2、右水平振子3、上竖直振子I、左下振子4、右下振子5、馈电6、馈电组合开关和接地板7，其特征在于，所述的左水平振子2通过馈电6与右水平振子3连接，所述的上竖直振子I通过馈电组合开关分别与左水平振子2、右水平振子3连接，所述的左水平振子2通过馈电组合开关与左下振子4连接，所述的右下振子5通过馈电组合开关与右下振子5连接；所述的接地板7设在右水平振子3正下方的λ/4处；通过馈电组合开关来控制各振子之间的连通，可形成三种辐射效应，从而获得辐射方向图的可调，实现天线方向图可重构。所述的馈电组合开关包括第一馈电开关D1、第二馈电开关D2、第三馈电开关D3和第四馈电开关D4，所述的第一馈电开关Dl设在上竖直振子I和左水平振子2之间，所述的第二馈电开关D2设在上竖直振子I和右水平振子3之间,所述的第三馈电开关D3设在左水平振子2和左下振子4之间，所述的第四馈电开关D4设在右水平振子3和右下振子5之间。每个振子上均皆设有隔交电感。 所述的第一馈电开关D1、第二馈电开关D2、第三馈电开关D3和第四馈电开关D4均截止时，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角是9.0°方向，E面方向图3dB角宽可达82. 8°，H面主瓣角方向是10. 0°，H面方向图3dB角宽可达117. 2°。所述的第二馈电开关D2和第三馈电开关D3均导通，第一馈电开关Dl和第四馈电开关D4均截止时，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是22.0°，E面方向图3dB角宽可达77.0°，11面主瓣角方向是6.0°，!1面方向图3dB角宽可达124. 3°。所述的第一馈电开关Dl和第四馈电开关D4均导通，所述的第二馈电开关D2和第三馈电开关D3均截止时，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是-22.0° 4面方向图3dB角宽可达76.2°，H面主瓣角方向是6. 0°，11面方向图3dB角宽可达123. 9°。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、通过控制连接五个金属振子的馈电组合开关的导通情况来改变振子的连接状态，来获得不同的辐射效应，从而改变天线的辐射方向图，实现方向图的可重构，其辐射方向图的E面方向图3dB角宽达120°，11面方向图3dB角宽近120°。2、该天线在方向图可重构的过程中，还能保持保持高达7dB的增益兼具有较低的副瓣电平。满足阵中有效单元方向图3dB波束宽度要在90度以上的宽角以及高增益需求。3、馈电组合开关用PIN实现，简单易行，而且还能保持高增益且方向图变化过程中增益变化不大的情况下实现的广角方向图可重构，适合相控阵宽角扫描应用。
图I为本发明第一工作状态下的结构示意图；图2为本发明第二工作状态下的结构示意图；图3为本发明第三工作状态下的结构示意图；图4为本发明的具体电路图；图5为本发明第一工作状态下的E面方向图；图6为本发明第一工作状态下的H面方向图；图7为本发明第二工作状态下的E面方向图8为本发明第二工作状态下的H面方向图；图9为本发明第三工作状态下的E面方向图；图10为本发明第三工作状态下的H面方向图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I、图4所示，一种高增益的可重构广角天线，包括左水平振子2、右水平振子 3、上竖直振子I、左下振子4、右下振子5、馈电6、馈电组合开关和接地板7，其特征在于，所述的左水平振子2通过馈电6与右水平振子3连接，所述的上竖直振子I通过馈电组合开关分别与左水平振子2、右水平振子3连接，所述的左水平振子2通过馈电组合开关与左下振子4连接，所述的右下振子5通过馈电组合开关与右下振子5连接；所述的接地板7设在右水平振子3正下方的λ /4处；通过馈电组合开关来控制各振子之间的连通，可形成三种辐射效应，从而获得辐射方向图的可调，实现天线方向图可重构。所述的馈电组合开关包括第一馈电开关D1、第二馈电开关D2、第三馈电开关D3和第四馈电开关D4，所述的第一馈电开关Dl设在上竖直振子I和左水平振子2之间，所述的第二馈电开关D2设在上竖直振子I和右水平振子3之间,所述的第三馈电开关D3设在左水平振子2和左下振子4之间，所述的第四馈电开关D4设在右水平振子3和右下振子5之间。每个振子上均皆设有隔交电感LI，L2，L3，L4，L5。如图1、5、6，所述的第一馈电开关D1、第二馈电开关D2、第三馈电开关D3和第四馈电开关D4均截止时，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角是9. 0°方向，E面方向图3dB角宽可达82. 8°，H面主瓣角方向是10.0°，H面方向图3dB角宽可达117.2。。如图2、7、8，所述的第二馈电开关D2和第三馈电开关D3均导通，第一馈电开关Dl和第四馈电开关D4均截止时，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是22.0° 4面方向图3dB角宽可达77.0°，H面主瓣角方向是6. 0°，11面方向图3dB角宽可达 124. 3。。如图3、9、10，所述的第一馈电开关Dl和第四馈电开关D4均导通，所述的第二馈电开关D2和第三馈电开关D3均截止时，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是-22.0° 4面方向图3dB角宽可达76.2°，H面主瓣角方向是6. 0°，!1面方向图3dB角宽可达123.9。。三种不同辐射效应可获得三种不同的辐射方向图，使得在保持高增益(7dB)的情况下H面方向图3dB主瓣角宽度达120 °的同时，合成的E面方向图的3dB主瓣角由半波水平振子的71.9°提升到120°。
权利要求
1.一种高增益的可重构广角天线，包括左水平振子(2)、右水平振子(3)、上竖直振子(I)、左下振子(4)、右下振子(5)、馈电￠)、馈电组合开关和接地板(7)，其特征在于，所述的左水平振子(2)通过馈电(6)与右水平振子(3)连接，所述的上竖直振子(I)通过馈电组合开关分别与左水平振子(2)、右水平振子(3)连接，所述的左水平振子(2)通过馈电组合开关与左下振子(4)连接，所述的右下振子(5)通过馈电组合开关与右下振子(5)连接；所述的接地板(7)设在右水平振子(3)正下方的λ/4处； 通过馈电组合开关来控制各振子之间的连通，可形成三种辐射效应，从而获得辐射方向图的可调，实现天线方向图可重构。
2.根据权利要求I所述的ー种高增益的可重构广角天线，其特征在于，所述的馈电组合开关包括第一馈电开关(Dl)、第二馈电开关(D2)、第三馈电开关(D3)和第四馈电开关(D4)，所述的第一馈电开关(Dl)设在上竖直振子(I)和左水平振子(2)之间，所述的第二馈电开关(D2)设在上竖直振子⑴和右水平振子(3)之间，所述的第三馈电开关(D3)设在左水平振子⑵和左下振子⑷之间，所述的第四馈电开关(D4)设在右水平振子(3)和右下振子(5)之间。
3.根据权利要求I所述的ー种高增益的可重构广角天线，其特征在于，每个振子上均皆设有隔交电感。
4.根据权利要求2所述的ー种高增益的可重构广角天线，其特征在于，所述的第一馈电开关(Dl)、第二馈电开关(D2)、第三馈电开关(D3)和第四馈电开关(D4)均截止时，构成第一工作状态，在第一工作状态下，其E面主瓣角是9.0°方向，E面方向图3dB角宽可达82.8°，H面主瓣角方向是10. 0°，H面方向图3dB角宽可达117. 2°。
5.根据权利要求2所述的ー种高增益的可重构广角天线，其特征在于，所述的第二馈电开关(D2)和第三馈电开关(D3)均导通，第一馈电开关(Dl)和第四馈电开关(D4)均截止时，构成第二工作状态，在第二工作状态下，其E面主瓣角方向是22.0°，E面方向图3dB角宽可达77.0°，H面主瓣角方向是6.0°，H面方向图3dB角宽可达124. 3°。
6.根据权利要求2所述的ー种高增益的可重构广角天线，其特征在于，所述的第一馈电开关(Dl)和第四馈电开关(D4)均导通，所述的第二馈电开关(D2)和第三馈电开关(D3)均截止时，构成第三工作状态，在第三工作状态下，其E面主瓣角方向是-22.0°，E面方向图3dB角宽可达76. 2°，H面主瓣角方向是6.0°，H面方向图3dB角宽可达123. 9°。
全文摘要
本发明涉及一种高增益的可重构广角天线，包括左水平振子(2)、右水平振子(3)、上竖直振子(1)、左下振子(4)、右下振子(5)、馈电(6)、馈电组合开关和接地板(7)，所述的左水平振子(2)通过馈电(6)与右水平振子(3)连接，所述的上竖直振子(1)通过馈电组合开关分别与左水平振子(2)、右水平振子(3)连接，所述的左水平振子(2)通过馈电组合开关与左下振子(4)连接，所述的右下振子(5)通过馈电组合开关与右下振子(5)连接；所述的接地板(7)设在右水平振子(3)正下方的λ/4处。与现有技术相比，本发明具有满足当今相控阵天线领域宽角扫描需求，并且能保持高增益等优点。
文档编号H01Q3/24GK102868018SQ201210369999
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者袁斌, 祝平, 高玉坤, 张耀, 彭天昊 申请人:上海交通大学