[发明专利]一种方向图可重构天线及其相控阵

说明书

本发明公开了一种方向图可重构天线及其相控阵，属于微波天线技术领域。本发明基于开槽的扇形贴片提出一种方向图可重构天线，通过重构馈电网络，该天线能实现四种模式的辐射方向图，实现波束在方位面扫描，利用该方向图可重构天线进行合理的组阵，可以实现方向图在俯仰面进行一维、二维的大角度波束扫描。本发明结构简单新颖，组阵方便，能够广泛应用于移动通信、卫星通信和雷达等领域。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种方向图可重构天线及其相控阵。

背景技术

相控阵天线具有波束快速扫描的特点，使其在雷达探测以及卫星通信等领域具有不可替代的作用。但是，相控阵天线系统的设备复杂，并且目前常用的相控阵天线扫描范围有限，通常限制在±50°以内。如果需要实现全方位的空间探测，则需要系统配置多个阵面天线，这增加了相控阵系统的后期处理复杂度和工程造价。因此，具有大角度扫描特性的平面相控阵天线成为了现如今相控阵天线领域的研究热点。

可重构天线的概念最早由D.Schaubert在其专利中提出，1999年，在美国国防高级计划署可重构口径计划(RECAP)的资助下，可重构天线技术取得了一定的发展，但仅限于理论的研究。随着近年来PCB制板技术、开关技术等相关技术的发展，越来越多的可重构天线利用PIN二极管、变容二极管、MEMS开关等器件的加载，通过电控改变开关状态的方式实现了天线参数的可重构，从而扩展了可重构技术的应用领域。国内可重构天线技术的研究主要是在二十一世纪初期，由电子科技大学王秉中教授团队开展，发展到目前，可重构天线的理论与技术已经趋于成熟，并得到较广泛的应用，如卫星通信系统、移动通信系统、电子情报、雷达和地面移动目标识别(GMTI)等。

普通贴片天线由于自身辐射波束的限制，其相控阵最佳扫描角度范围限制在±45°以内，因此，为了实现大角度扫描的相控阵天线，文献“基于方向图可重构技术的相控阵大角度扫描特性研究”公开了一种引入方向图可重构技术的平面相控阵大角度扫描的研究方案，并且通过实验验证了该方案可以实现±75°的大角度扫描。自此，方向图可重构技术在大角度扫描中的研究得到快速发展。

文献“An Azimuth-Pattern-Reconfigurable Antenna with Enhanced Gain andFront-to-Back Ratio”公开了一种可重构天线，通过重构馈电网络实现四种工作模式，同时改变介质基片底层的人工结构的工作单元，能不同程度地增强方向性和提高辐射增益；但该天线整体结构比较复杂、尺寸大，所需的开关数量多，控制开关的状态较为繁琐。

文献“Compact Pattern-Reconfigurable Monopole Antenna Using ParasiticStrips”公开了一种方向图可重构天线，通过改变各个PIN二极管的导通与截止状态，从而改变反射器与引向器的位置或数量，进而改变天线的辐射方向，使辐射方向图向不同的方向偏转，实现方位面八种模式的辐射波束；但该天线结构为三维结构，体积大，匹配性能差、中心频率偏移量大，且外部的偏置电路复杂。

文献“2-D Planar Wide-Angle Scanning Phased Array Based on Wide-BeamElements”公开了一种相控阵天线，其利用辐射阵列与寄生层间的强电磁耦合效应，并通过重构寄生层的像素结构，改变其电流分布，从而展宽阵列天线单元的波束宽度，实现相控阵天线的二维大角度扫描；但该相控阵天线阵列的剖面高，体积大，阵列天线单元的辐射增益较低，寄生层的设计比较复杂，需要通过优化算法才能实现。

文献“A Novel Wide-Angle Scanning Phased Array Based on Dual-ModePattern-Reconfigurable Elements”公开了一种相控阵天线，通过控制可重构单元的工作模式，可以实现相控阵-81°—+81°的一维大角度扫描；但该阵列天线可重构单元的不同工作模式频率偏移量大，阵列天线单元的辐射增益低，只能实现一维扫描。

发明内容