本發(fā)明涉及一種可重構(gòu)天線，特別涉及一種光控方向圖可重構(gòu)天線。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，無線傳輸技術(shù)在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。而隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，可用頻譜資源變得越來越稀缺，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無線信息系統(tǒng)飛速發(fā)展的目的，人們不得不在同一載體上放置更多的天線，而這種現(xiàn)象會引來無線通信系統(tǒng)整體成本增本和重量的增加，同時(shí)也會帶來電磁兼容差等問題，為了克服這種束縛，人們希望能夠找到一種方法，使一個(gè)天線能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)天線的功能，“可重構(gòu)天線”的概念被適時(shí)提出并得到了發(fā)展。

方向圖是天線的一個(gè)重要特性，因此對方向圖可重構(gòu)天線方面的研究必然會成為可重構(gòu)天線研究的一個(gè)重要方向。方向圖可重構(gòu)天線可以保持工作頻率不變，根據(jù)通信壞境的變化實(shí)時(shí)改變方向圖，從而有效避免噪聲干擾，提高系統(tǒng)增益和安全性。在機(jī)載雷達(dá)、衛(wèi)星通信、智能武器搜尋及無線通信等系統(tǒng)中要求天線具有方向圖可控性，可見方向圖可重構(gòu)天線具有廣泛應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外所研究的方向圖可重構(gòu)天線普遍存在的問題是天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在天線中引入電學(xué)開關(guān)，它會對天線的電磁輻射性能造成影響，有些采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，則會增加天線后期制作的難度并且不利于小型化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單以及能夠?qū)崿F(xiàn)四種方向圖重構(gòu)的光控方向圖可重構(gòu)天線。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種光控方向圖可重構(gòu)天線，包括介質(zhì)基板、設(shè)置在介質(zhì)基板正面的輻射單元以及設(shè)置在介質(zhì)基板反面的接地板；所述輻射單元包括兩兩對稱且正交分布的四個(gè)彎折印刷振子以及設(shè)置在四個(gè)彎折印刷振子的中心處的中心圓形單元；

所述四個(gè)彎折印刷振子分別為第一彎折印刷振子、第二彎折印刷振子、第三彎折印刷振子和第四彎折印刷振子；

所述第一彎折印刷振子通過第一微帶線連接第一光控開關(guān)的一端，所述第一光控開關(guān)的另一端通過第一微帶開路枝節(jié)連接中心圓形單元；

所述第二彎折印刷振子通過第二微帶線連接第二光控開關(guān)的一端，所述第二光控開關(guān)的另一端通過第二微帶開路枝節(jié)連接中心圓形單元；

所述第三彎折印刷振子通過第三微帶線連接第三光控開關(guān)的一端，所述第三光控開關(guān)的另一端通過第三微帶開路枝節(jié)連接中心圓形單元；

所述第四彎折印刷振子通過第四微帶線連接第四光控開關(guān)的一端，所述第四光控開關(guān)的另一端通過第四微帶開路枝節(jié)連接中心圓形單元；

所述第一微帶開路枝節(jié)、第二微帶開路枝節(jié)、第三微帶開路枝節(jié)和第四微帶開路枝節(jié)分別連接于中心圓形單元的圓周邊。

優(yōu)選的，所述彎折印刷振子由五條折線組成，分別為依次垂直連接的第一折線、第二折線、第三折線、第四折線和第五折線；所述第二折線和第四折線為對稱設(shè)置，且第二折線和第四折線的長度相同；所述第一折線和第五折線位于第二折線和第四折線之間且兩者之間存在一個(gè)間隔，五條折線圍成一個(gè)帶開口的矩形結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步的，所述第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線和第四微帶線分別對應(yīng)與第一彎折印刷振子、第二彎折印刷振子、第三彎折印刷振子和第四彎折印刷振子的第五折線垂直連接。

更進(jìn)一步的，所述第一折線、第二折線、第三折線、第四折線和第五折線的寬度均為1mm，所述第一折線的長度為9mm，第二折線和第四折線的長度為5mm，第三折線的長度為19mm，第五折線的長度為4mm。

優(yōu)選的，所述第一微帶開路枝節(jié)、第二微帶開路枝節(jié)、第三微帶開路枝節(jié)和第四微帶開路枝節(jié)以中心圓形單元90度的圓心角為間隔連接在中心圓形單元的圓周邊上；

所述第一微帶線一端與第一微帶開路枝節(jié)一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第一光控開關(guān)設(shè)置于該間隔中；

所述第二微帶線一端與第二微帶開路枝節(jié)一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第二光控開關(guān)設(shè)置于該間隔中；

所述第三微帶線一端與第三微帶開路枝節(jié)一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第三光控開關(guān)設(shè)置于該間隔中；

所述第四微帶線一端與第四微帶開路枝節(jié)一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第四光控開關(guān)設(shè)置于該間隔中。

優(yōu)選的，所述中心圓形單元的半徑為1.5mm；第一微帶開路枝節(jié)、第二微帶開路枝節(jié)、第三微帶開路枝節(jié)和第四微帶開路枝節(jié)的長度均為2mm，寬度均為1mm。

優(yōu)選的，所述第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線和第四微帶線的長度均為6mm，寬度均為1mm。

優(yōu)選的，所述第一光控開關(guān)、第二光控開關(guān)、第三光控開關(guān)和第四光控開關(guān)分別為光控硅開關(guān)，均由硅片組成。

優(yōu)選的，所述設(shè)置在介質(zhì)基板反面的接地板為部分接地形式；所述接地板包括一個(gè)中心正方形貼片和四個(gè)相同的矩形貼片，所述四個(gè)矩形貼片分別對應(yīng)連接于中心正方形貼片的四邊。

更進(jìn)一步的，所述中心正方向貼片的邊長為10mm，四個(gè)矩形貼片的長度均為12mm，寬度均為5mm。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本發(fā)明天線的輻射單元由四個(gè)彎折印刷振子和中心圓形單元構(gòu)成，其中四個(gè)彎折印刷振子有效減小天線尺寸，使得天線的輻射定向性更好。本發(fā)明在每個(gè)彎折印刷振子連接的微帶線和中心圓形單元連接的微帶開路枝節(jié)之間設(shè)置光控開關(guān)，通過控制四個(gè)光控開關(guān)的通斷使得輻射單元選擇性的向外輻射，從而實(shí)現(xiàn)天線四種方向圖的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了3.3～4.2GHZ全頻段覆蓋，具有尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于軍機(jī)載雷達(dá)、衛(wèi)星通信、智能武器搜尋及無線通信等領(lǐng)域。

(2)本發(fā)明天線使用的四個(gè)光控開關(guān)只需要通過激光照射即可控制通斷，無需偏置電路，具有控制簡單且有效克服了傳統(tǒng)電子開關(guān)通斷時(shí)因偏置電路產(chǎn)生的瞬態(tài)電流對天線的輻射性能的影響。

(3)本發(fā)明天線設(shè)置在介質(zhì)基板背面的接地板為部分接地形式，使得天線輻射方向圖的最大增益方向能夠位于水平面。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線光控開關(guān)處于四種模式時(shí)的回波損耗S11。

圖3是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線光控開關(guān)處于第一種模式時(shí)輻射方向圖(僅取了其中一個(gè)頻點(diǎn))。

圖4是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線光控開關(guān)處于第二種模式時(shí)輻射方向圖(僅取了其中一個(gè)頻點(diǎn))。

圖5是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線光控開關(guān)處于第三種模式時(shí)輻射方向圖(僅取了其中一個(gè)頻點(diǎn))。

圖6是本發(fā)明光控方向圖可重構(gòu)天線光控開關(guān)處于第四種模式時(shí)輻射方向圖(僅取了其中一個(gè)頻點(diǎn))。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

本實(shí)施例公開了一種光控方向圖可重構(gòu)天線，如圖1所示，包括介質(zhì)基板6、設(shè)置在介質(zhì)基板6正面的輻射單元以及設(shè)置在介質(zhì)基板反面的接地板7；輻射單元包括兩兩對稱且正交分布的四個(gè)彎折印刷振子以及設(shè)置在四個(gè)彎折印刷振子的中心處的中心圓形單元1；

四個(gè)彎折印刷振子分別為第一彎折印刷振子5A、第二彎折印刷振子5B、第三彎折印刷振子5C和第四彎折印刷振子5D；其中四個(gè)彎折印刷振子為完全相同的振子，電長度L約為0.5λ₀其中λ₀為中心頻率4.0GHz所對應(yīng)自由空間的波長。

第一彎折印刷振子5A通過第一微帶線4A連接第一光控開關(guān)3A的一端，所述第一光控開關(guān)3A的另一端通過第一微帶開路枝節(jié)2A連接中心圓形單元1；

第二彎折印刷振子5B通過第二微帶線連接4B第二光控開關(guān)3B的一端，所述第二光控開關(guān)3B的另一端通過第二微帶開路枝節(jié)2B連接中心圓形單元1；

第三彎折印刷振子5C通過第三微帶線4C連接第三光控開關(guān)3C的一端，所述第三光控開關(guān)3C的另一端通過第三微帶開路枝節(jié)2C連接中心圓形單元1；

第四彎折印刷振子5D通過第四微帶線4D連接第四光控開關(guān)3D的一端，所述第四光控開關(guān)3D的另一端通過第四微帶開路枝節(jié)2D連接中心圓形單元1。

本實(shí)施例中彎折印刷振子由五條折線組成，分別為依次垂直連接的第一折線、第二折線、第三折線、第四折線和第五折線；第二折線和第四折線為對稱設(shè)置且第二折線和第四折線的長度相同；第一折線和第五折線位于第二折線和第四折線之間且兩者之間存在一個(gè)間隔，如圖1所示，五條折線圍成一個(gè)帶開口的矩形結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中第一折線、第二折線、第三折線、第四折線和第五折線的寬度均為1mm，第一折線的長度為9mm，第二折線和第四折線的長度為5mm，第三折線的長度為19mm，第五折線的長度為4mm。其中第一折線和第五折線處于同一軸線上。

本實(shí)施例中第一微帶線4A、第二微帶線4B、第三微帶線4C和第四微帶線4D分別對應(yīng)與第一彎折印刷振子5A、第二彎折印刷振子5B、第三彎折印刷振子5C和第四彎折印刷振子5D的第五折線垂直連接。本實(shí)施例中第一微帶線4A、第二微帶線4B、第三微帶線4C和第四微帶線4D的長度均為6mm，寬度均為1mm。本實(shí)施例中第一微帶開路枝節(jié)2A、第二微帶開路枝節(jié)2B、第三微帶開路枝節(jié)2C和第四微帶開路枝節(jié)2D分別和中心圓形單元1的圓周邊連接。在本實(shí)施例中第一微帶開路枝節(jié)2A、第二微帶開路枝節(jié)2B、第三微帶開路枝節(jié)2C和第四微帶開路枝節(jié)2D以中心圓形單元90度的圓心角為間隔連接在中心圓形單元的圓周邊上；具體為：第一微帶開路枝節(jié)2A、第二微帶開路枝節(jié)2B、第三微帶開路枝節(jié)2C和第四微帶開路枝節(jié)2D依次連接在中心圓形單元1的圓周邊上的0度、90度、180度和270度圓心角位置上，即第一微帶開路枝節(jié)2A、第二微帶開路枝節(jié)2B、第三微帶開路枝節(jié)2C和第四微帶開路枝節(jié)2D將中心圓形單元1圓周邊分成四等分。本實(shí)施例中的中心圓形單元1半徑為1.5mm；第一微帶開路枝節(jié)2A、第二微帶開路枝節(jié)2B、第三微帶開路枝節(jié)2C和第四微帶開路枝節(jié)2D的長度均為2mm，寬度均為1mm。

本實(shí)施例中第一微帶線4A一端與第一微帶開路枝節(jié)2A一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第一光控開關(guān)3A設(shè)置于該間隔中；其中第一微帶線4A與第一微帶開路枝節(jié)2A寬度相同且處于同一軸線上。

第二微帶線4B一端與第二微帶開路枝節(jié)2B一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第二光控開關(guān)3B設(shè)置于該間隔中；其中第二微帶線4B與第二微帶開路枝節(jié)2B寬度相同且處于同一軸線上。

第三微帶線4C一端與第三微帶開路枝節(jié)2C一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第三光控開關(guān)3C設(shè)置于該間隔中；其中第三微帶線4C與第三微帶開路枝節(jié)2C寬度相同且處于同一軸線上。

第四微帶線4D一端與第四微帶開路枝節(jié)2D一端位置相對且存在一個(gè)間隔，第四光控開關(guān)3D設(shè)置于該間隔中；其中第四微帶線4D與第四微帶開路枝節(jié)2D寬度相同且處于同一軸線上。

本實(shí)施例中介質(zhì)基板6是厚度為1.6mm的FR4板材，其長度和寬度均為40mm，相對介電常數(shù)4.4，損耗角正切是0.02。

本實(shí)施例中設(shè)置在介質(zhì)基板反面的接地板7為部分接地形式，即接地板不完全覆蓋介質(zhì)基板反面；接地板7包括一個(gè)中心正方形貼片和四個(gè)相同的矩形貼片，四個(gè)矩形貼片分別對應(yīng)連接于中心正方形貼片的四邊，將中心正方形貼片的四邊從上開始逆時(shí)針方向分別定義為第一邊、第二邊、第三邊和第四邊，其中四個(gè)矩形貼片短邊分別對應(yīng)與第一邊最右邊、第二邊最上邊、第三邊最左邊和第四邊最左邊重疊。四個(gè)矩形貼片與中心正方形連接后形成風(fēng)車形狀。中心正方向貼片的邊長為10mm，四個(gè)矩形貼片的長度均為12mm，寬度均為5mm。

在本實(shí)施例中第一光控開關(guān)3A、第二光控開關(guān)3B、第三光控開關(guān)3C和第四光控開關(guān)3D分別為光控硅開關(guān)，均由硅片組成。通過激光的照射來改變光控開關(guān)的通斷工作模式，從而改變天線輻射的波束方向。當(dāng)有激光照射時(shí)，光控開關(guān)導(dǎo)通，表現(xiàn)為“短路”，當(dāng)無激光照射時(shí)，光控開關(guān)不導(dǎo)通，表現(xiàn)為“開路”。

如表1所示，根據(jù)四個(gè)光控開關(guān)的狀態(tài)定義四種模式，分別為第一種模式、第二種模式、第三種模式和第四種模式。其中如圖2所示，天線處于四種模式時(shí)的工作頻段均相同。取中心頻點(diǎn)4GHz，當(dāng)天線處于第一種模式時(shí)，天線輻射方向圖如圖3所示，當(dāng)天線處于第二種模式時(shí)，天線輻射方向圖如圖4所示，當(dāng)天線處于第三種模式時(shí)，天線輻射方向圖如圖5所示，當(dāng)天線處于第四種模式時(shí)，天線輻射方向圖如圖6所示。可見，本實(shí)施例通過控制四個(gè)光控開關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)天線的方向圖可重構(gòu)，并且通過四個(gè)光控開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)四種方向圖可重構(gòu)，具有尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于軍機(jī)載雷達(dá)、衛(wèi)星通信、智能武器搜尋及無線通信等領(lǐng)域。

表1

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。