[发明专利]一种方向图可重构的相控阵天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及天线结构，尤其是方向图可重构的相控阵天线。

背景技术

将若干天线排列在空间并相互连接，以产生一个定向的方向图，这种多个辐射元的结构称为天线阵。若再通过改变阵中每个单元天线的激励电流的相位，使其辐射方向图可以在空间扫描，就是相控天线阵。相控天线阵的概念源于1889年，1906年成功布置了首个二元接收阵，在20世纪20年代得到蓬勃发展，至今得到广泛的应用。改变天线的辐射方向图，可以避开噪声源或电子干扰，提高通信质量及安全性，并且可以将信号对准需要进行通信的用户而节约能量。所以，在无线通信、卫星通信和雷达等领域，方向图可重构天线有很大的应用空间。由可重构天线构成的相控阵，和普通单元构成的相控阵相比，具有扫描范围更宽，增益更大，主瓣波束宽度更集中等优点。

天线阵列有多种几何结构，其中最简单的就是直线阵，就是其阵元中心沿着一条直线放置。此外还有平面阵，其中最流行的就是矩形阵，其阵元中心处于一个矩形面内。另外还有一类天线阵刚开始发展，这就是共形阵，其阵元与非平面表面共形。本专利提出的阵列结构方案，可以应用于线性阵和普通平面阵，还可以应用于共形阵。

可重构天线的概念最早是在1983年的专利“Frequency-Agile，Polarization Diverse Microstrip Antennas and Frequency Scanned Arrays”中提出。1999年在美国国防部高级研究计划局(DARPA)制定名为“Reconfigurable Aperture Program(RECAP)”的计划后，许多研究机构对可重构天线进行了研究，取得了一系列的研究成果。目前可重构天线已经成为天线领域一个非常热门的研究方向，并在通信、雷达等许多方面获得了应用。

可重构天线按照其重构的天线特征可以分为三类：频率可重构天线、方向图可重构天线和频率与方向图同时可重构天线。通过改变天线的结构可以使天线在工作频率、辐射方向图或者极化方式等多个参数中的一种或者多种发生改变，从而使一个天线能实现多种天线功能。

将相控天线阵与可重构天线结合起来，就是阵元由可重构天线组成的相控天线阵，相比于普通的相控阵和单个的可重构天线来说，有着波束扫描范围更宽，增益更大等诸多优点。在近几年来，这种结构形式的天线阵列才得到研究，如Jen-Chieh Wu，Chia-Chan Chang等人的文章“Sidelobe level reduction in wide-angle scanning array system using pattern-reconfigurable antennas”，将其由可重构阵元构成的线性等间距阵列与单个天线单元作了比较，并分析了相控阵在不同模式下旁瓣电平的大小。Yan-Ying Bai，Shaoqiu Xiao等人在“Wide-angle scanning phased array with pattern reconfigurable elements”中提出了一种不等间距的线性阵列，同样可以实现大范围的波束扫描，并且可以有效的降低旁瓣电平。

现有技术文献“Xue-Song Yang，Bing-Zhong Wang，Weixia Wu，and Shaoqiu Xiao，“Yagi Patch Antenna With Dual-Band and Pattern Reconfigurable Characteristics，”IEEE Antennas and Wireless Propagation letters，2007，vol.6.”提出了一种方向图可重构天线，如图1所示，整个天线由五个矩形贴片组成，正中间尺寸稍大的贴片为激励元，两侧的四个尺寸稍小的矩形贴片作为寄生元。每个寄生元上开有槽缝，槽中安装三个开关，通过控制安装在槽中开关的状态，可以令寄生贴片作引向器或者反射器。当寄生贴片上槽缝正中间的开关断开，而另外两个开关闭合时，寄生贴片作引向器；而当寄生贴片上的三个开关都断开时，寄生贴片作反射器。当激励单元某一侧的两个贴片状态都为引向器，而另一侧靠近激励元的贴片为反射器，就可以让辐射方向图向引向器方向偏转。反射器外面的寄生贴片状态对方向图的影响不明显。这样一种能实现辐射方向图波束方向改变的天线就是一种可重构微带贴片八木天线。