一种光控方向图可重构天线的制作方法

本发明涉及一种可重构天线，特别涉及一种光控方向图可重构天线。

背景技术：

随着科学技术的发展和进步，无线传输技术在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用。而随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺，为了进一步实现无线信息系统飞速发展的目的，人们不得不在同一载体上放置更多的天线，而这种现象会引来无线通信系统整体成本增本和重量的增加，同时也会带来电磁兼容差等问题，为了克服这种束缚，人们希望能够找到一种方法，使一个天线能够实现多个天线的功能，“可重构天线”的概念被适时提出并得到了发展。

方向图是天线的一个重要特性，因此对方向图可重构天线方面的研究必然会成为可重构天线研究的一个重要方向。方向图可重构天线可以保持工作频率不变，根据通信坏境的变化实时改变方向图，从而有效避免噪声干扰，提高系统增益和安全性。在机载雷达、卫星通信、智能武器搜寻及无线通信等系统中要求天线具有方向图可控性，可见方向图可重构天线具有广泛应用前景。目前国内外所研究的方向图可重构天线普遍存在的问题是天线结构复杂，且在天线中引入电学开关，它会对天线的电磁辐射性能造成影响，有些采用机械旋转结构，则会增加天线后期制作的难度并且不利于小型化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种尺寸小、结构简单以及能够实现四种方向图重构的光控方向图可重构天线。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种光控方向图可重构天线，包括介质基板、设置在介质基板正面的辐射单元以及设置在介质基板反面的接地板；所述辐射单元包括两两对称且正交分布的四个弯折印刷振子以及设置在四个弯折印刷振子的中心处的中心圆形单元；

所述四个弯折印刷振子分别为第一弯折印刷振子、第二弯折印刷振子、第三弯折印刷振子和第四弯折印刷振子；

所述第一弯折印刷振子通过第一微带线连接第一光控开关的一端，所述第一光控开关的另一端通过第一微带开路枝节连接中心圆形单元；

所述第二弯折印刷振子通过第二微带线连接第二光控开关的一端，所述第二光控开关的另一端通过第二微带开路枝节连接中心圆形单元；

所述第三弯折印刷振子通过第三微带线连接第三光控开关的一端，所述第三光控开关的另一端通过第三微带开路枝节连接中心圆形单元；

所述第四弯折印刷振子通过第四微带线连接第四光控开关的一端，所述第四光控开关的另一端通过第四微带开路枝节连接中心圆形单元；

所述第一微带开路枝节、第二微带开路枝节、第三微带开路枝节和第四微带开路枝节分别连接于中心圆形单元的圆周边。

优选的，所述弯折印刷振子由五条折线组成，分别为依次垂直连接的第一折线、第二折线、第三折线、第四折线和第五折线；所述第二折线和第四折线为对称设置，且第二折线和第四折线的长度相同；所述第一折线和第五折线位于第二折线和第四折线之间且两者之间存在一个间隔，五条折线围成一个带开口的矩形结构。

更进一步的，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线分别对应与第一弯折印刷振子、第二弯折印刷振子、第三弯折印刷振子和第四弯折印刷振子的第五折线垂直连接。

更进一步的，所述第一折线、第二折线、第三折线、第四折线和第五折线的宽度均为1mm，所述第一折线的长度为9mm，第二折线和第四折线的长度为5mm，第三折线的长度为19mm，第五折线的长度为4mm。

优选的，所述第一微带开路枝节、第二微带开路枝节、第三微带开路枝节和第四微带开路枝节以中心圆形单元90度的圆心角为间隔连接在中心圆形单元的圆周边上；

所述第一微带线一端与第一微带开路枝节一端位置相对且存在一个间隔，第一光控开关设置于该间隔中；

所述第二微带线一端与第二微带开路枝节一端位置相对且存在一个间隔，第二光控开关设置于该间隔中；

所述第三微带线一端与第三微带开路枝节一端位置相对且存在一个间隔，第三光控开关设置于该间隔中；

所述第四微带线一端与第四微带开路枝节一端位置相对且存在一个间隔，第四光控开关设置于该间隔中。

优选的，所述中心圆形单元的半径为1.5mm；第一微带开路枝节、第二微带开路枝节、第三微带开路枝节和第四微带开路枝节的长度均为2mm，宽度均为1mm。

优选的，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线的长度均为6mm，宽度均为1mm。

优选的，所述第一光控开关、第二光控开关、第三光控开关和第四光控开关分别为光控硅开关，均由硅片组成。

优选的，所述设置在介质基板反面的接地板为部分接地形式；所述接地板包括一个中心正方形贴片和四个相同的矩形贴片，所述四个矩形贴片分别对应连接于中心正方形贴片的四边。

更进一步的，所述中心正方向贴片的边长为10mm，四个矩形贴片的长度均为12mm，宽度均为5mm。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明天线的辐射单元由四个弯折印刷振子和中心圆形单元构成，其中四个弯折印刷振子有效减小天线尺寸，使得天线的辐射定向性更好。本发明在每个弯折印刷振子连接的微带线和中心圆形单元连接的微带开路枝节之间设置光控开关，通过控制四个光控开关的通断使得辐射单元选择性的向外辐射，从而实现天线四种方向图的重构，实现了3.3～4.2GHZ全频段覆盖，具有尺寸小、重量轻、结构简单、开关电磁干扰小等优点，非常适用于军机载雷达、卫星通信、智能武器搜寻及无线通信等领域。

(2)本发明天线使用的四个光控开关只需要通过激光照射即可控制通断，无需偏置电路，具有控制简单且有效克服了传统电子开关通断时因偏置电路产生的瞬态电流对天线的辐射性能的影响。

(3)本发明天线设置在介质基板背面的接地板为部分接地形式，使得天线辐射方向图的最大增益方向能够位于水平面。

附图说明

图1是本发明光控方向图可重构天线结构示意图。

图2是本发明光控方向图可重构天线光控开关处于四种模式时的回波损耗S11。

图3是本发明光控方向图可重构天线光控开关处于第一种模式时辐射方向图(仅取了其中一个频点)。

图4是本发明光控方向图可重构天线光控开关处于第二种模式时辐射方向图(仅取了其中一个频点)。

图5是本发明光控方向图可重构天线光控开关处于第三种模式时辐射方向图(仅取了其中一个频点)。

图6是本发明光控方向图可重构天线光控开关处于第四种模式时辐射方向图(仅取了其中一个频点)。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种光控方向图可重构天线，如图1所示，包括介质基板6、设置在介质基板6正面的辐射单元以及设置在介质基板反面的接地板7；辐射单元包括两两对称且正交分布的四个弯折印刷振子以及设置在四个弯折印刷振子的中心处的中心圆形单元1；

四个弯折印刷振子分别为第一弯折印刷振子5A、第二弯折印刷振子5B、第三弯折印刷振子5C和第四弯折印刷振子5D；其中四个弯折印刷振子为完全相同的振子，电长度L约为0.5λ₀其中λ₀为中心频率4.0GHz所对应自由空间的波长。

第一弯折印刷振子5A通过第一微带线4A连接第一光控开关3A的一端，所述第一光控开关3A的另一端通过第一微带开路枝节2A连接中心圆形单元1；

第二弯折印刷振子5B通过第二微带线连接4B第二光控开关3B的一端，所述第二光控开关3B的另一端通过第二微带开路枝节2B连接中心圆形单元1；

第三弯折印刷振子5C通过第三微带线4C连接第三光控开关3C的一端，所述第三光控开关3C的另一端通过第三微带开路枝节2C连接中心圆形单元1；

第四弯折印刷振子5D通过第四微带线4D连接第四光控开关3D的一端，所述第四光控开关3D的另一端通过第四微带开路枝节2D连接中心圆形单元1。

本实施例中弯折印刷振子由五条折线组成，分别为依次垂直连接的第一折线、第二折线、第三折线、第四折线和第五折线；第二折线和第四折线为对称设置且第二折线和第四折线的长度相同；第一折线和第五折线位于第二折线和第四折线之间且两者之间存在一个间隔，如图1所示，五条折线围成一个带开口的矩形结构。在本实施例中第一折线、第二折线、第三折线、第四折线和第五折线的宽度均为1mm，第一折线的长度为9mm，第二折线和第四折线的长度为5mm，第三折线的长度为19mm，第五折线的长度为4mm。其中第一折线和第五折线处于同一轴线上。

本实施例中第一微带线4A、第二微带线4B、第三微带线4C和第四微带线4D分别对应与第一弯折印刷振子5A、第二弯折印刷振子5B、第三弯折印刷振子5C和第四弯折印刷振子5D的第五折线垂直连接。本实施例中第一微带线4A、第二微带线4B、第三微带线4C和第四微带线4D的长度均为6mm，宽度均为1mm。本实施例中第一微带开路枝节2A、第二微带开路枝节2B、第三微带开路枝节2C和第四微带开路枝节2D分别和中心圆形单元1的圆周边连接。在本实施例中第一微带开路枝节2A、第二微带开路枝节2B、第三微带开路枝节2C和第四微带开路枝节2D以中心圆形单元90度的圆心角为间隔连接在中心圆形单元的圆周边上；具体为：第一微带开路枝节2A、第二微带开路枝节2B、第三微带开路枝节2C和第四微带开路枝节2D依次连接在中心圆形单元1的圆周边上的0度、90度、180度和270度圆心角位置上，即第一微带开路枝节2A、第二微带开路枝节2B、第三微带开路枝节2C和第四微带开路枝节2D将中心圆形单元1圆周边分成四等分。本实施例中的中心圆形单元1半径为1.5mm；第一微带开路枝节2A、第二微带开路枝节2B、第三微带开路枝节2C和第四微带开路枝节2D的长度均为2mm，宽度均为1mm。

本实施例中第一微带线4A一端与第一微带开路枝节2A一端位置相对且存在一个间隔，第一光控开关3A设置于该间隔中；其中第一微带线4A与第一微带开路枝节2A宽度相同且处于同一轴线上。

第二微带线4B一端与第二微带开路枝节2B一端位置相对且存在一个间隔，第二光控开关3B设置于该间隔中；其中第二微带线4B与第二微带开路枝节2B宽度相同且处于同一轴线上。

第三微带线4C一端与第三微带开路枝节2C一端位置相对且存在一个间隔，第三光控开关3C设置于该间隔中；其中第三微带线4C与第三微带开路枝节2C宽度相同且处于同一轴线上。

第四微带线4D一端与第四微带开路枝节2D一端位置相对且存在一个间隔，第四光控开关3D设置于该间隔中；其中第四微带线4D与第四微带开路枝节2D宽度相同且处于同一轴线上。

本实施例中介质基板6是厚度为1.6mm的FR4板材，其长度和宽度均为40mm，相对介电常数4.4，损耗角正切是0.02。

本实施例中设置在介质基板反面的接地板7为部分接地形式，即接地板不完全覆盖介质基板反面；接地板7包括一个中心正方形贴片和四个相同的矩形贴片，四个矩形贴片分别对应连接于中心正方形贴片的四边，将中心正方形贴片的四边从上开始逆时针方向分别定义为第一边、第二边、第三边和第四边，其中四个矩形贴片短边分别对应与第一边最右边、第二边最上边、第三边最左边和第四边最左边重叠。四个矩形贴片与中心正方形连接后形成风车形状。中心正方向贴片的边长为10mm，四个矩形贴片的长度均为12mm，宽度均为5mm。

在本实施例中第一光控开关3A、第二光控开关3B、第三光控开关3C和第四光控开关3D分别为光控硅开关，均由硅片组成。通过激光的照射来改变光控开关的通断工作模式，从而改变天线辐射的波束方向。当有激光照射时，光控开关导通，表现为“短路”，当无激光照射时，光控开关不导通，表现为“开路”。

如表1所示，根据四个光控开关的状态定义四种模式，分别为第一种模式、第二种模式、第三种模式和第四种模式。其中如图2所示，天线处于四种模式时的工作频段均相同。取中心频点4GHz，当天线处于第一种模式时，天线辐射方向图如图3所示，当天线处于第二种模式时，天线辐射方向图如图4所示，当天线处于第三种模式时，天线辐射方向图如图5所示，当天线处于第四种模式时，天线辐射方向图如图6所示。可见，本实施例通过控制四个光控开关的状态实现天线的方向图可重构，并且通过四个光控开关能够实现四种方向图可重构，具有尺寸小、重量轻、结构简单、开关电磁干扰小等优点，非常适用于军机载雷达、卫星通信、智能武器搜寻及无线通信等领域。

表1

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。