一種俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線的製作方法

2023-09-24 00:42:00 1

本發明屬於天線技術領域，涉及一種方向圖可重構天線，特別涉及一種俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線。

背景技術：

隨著移動通信、衛星通信、雷達及飛行器等對天線波束的控制和掃描要求，使得方向圖可重構天線得到越來越多的重視和發展。方向圖可重構天線能夠增強系統性能、較好地改善系統增益、提高通信安全性、避免噪聲幹擾以及拓展陣列掃描範圍。同時，微帶準八木天線具有寬頻帶、高增益、端射輻射、重量輕、易於載體共形等優點，受到越來越多的關注和應用。

目前，國內外學者針對方向圖可重構微帶準八木天線做了大量的研究，主要是通過電控開關來實現方向圖波束轉變。cn102437423a通過控制微帶線二極體的通斷狀態使環繞的矩形寄生貼片選擇性地向外輻射，進而實現六波束選擇性的平面型方向圖可重構天線。cn103700942a通過控制電路實現波束在水平範圍內的切換實現了準八木天線方向圖在水平上的全覆蓋。但是，上述方向圖可重構微帶準八木天線均只能在水平面內實現方向圖可重構，且均需要多套天線單元通過控制開關實現波束切換實現，結構冗雜。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線，實現微帶準八木天線方向圖能夠在俯仰面內可重構，拓展微帶準八木天線方向圖可重構的維度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線，包括正交鋪層的雙穩態複合材料介質基板、鋪設在雙穩態複合材料介質基板上層的微帶準八木天線層和鋪設在雙穩態複合材料介質基板下層的跳變驅動器，其中：所述雙穩態複合材料介質基板採用[90n/0n]鋪層，[90n]粘接微帶準八木天線層，[0n]層粘接跳變驅動器。

本發明實現天線方向圖在俯仰面內可重構的原理是：雙穩態複合材料介質基板在跳變驅動器作用下其兩種穩定構型在俯仰面內變化，進而使天線電流方向改變，實現了方向圖在俯仰面的可重構。

本發明具有如下優點：

本發明利用雙穩態複合材料介質基板的兩種穩定構型實現微帶準八木天線方向圖在俯仰面內可重構，結構簡單，易與載體共形，與傳統水平面內方向圖可重構八木天線相結合可拓展八木天線的掃描維度。

附圖說明

圖1為本發明俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線雙穩態結構示意圖；

圖2為本發明俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線的共面波導饋電的準八木天線結構示意圖；

圖3為本發明俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線在兩種穩定構型下的s11曲線；

圖4為本發明俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線在構型a狀態下的方向圖；

圖5為本發明俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線在構型b狀態下的方向圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但並不局限於此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的保護範圍中。

具體實施方式一：本實施方式提供的俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線由正交鋪層的雙穩態複合材料介質基板1、鋪設在雙穩態複合材料介質基板1上層的微帶準八木天線層2和鋪設在雙穩態複合材料介質基板1下層的跳變驅動器構成。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2及跳變驅動器均與雙穩態複合材料介質基板1一體化固化成型。

本實施方式中，所述雙穩態複合材料介質基板1在固化完成後產生兩種圓柱穩態構型，兩種圓柱穩態構型曲率方向相反，實現微帶準八木天線方向圖在俯仰面內可重構。

本實施方式中，所述雙穩態複合材料介質基板1採用[90n/0n]鋪層，其中：[90n]粘接微帶準八木天線層2，[0n]層粘接跳變驅動器，n的值由預浸料材料及所需的曲率決定。

本實施方式中，所述雙穩態複合材料介質基板1的材料為玻璃纖維預浸料或其它介質材料預浸料，製備工藝為熱壓罐工藝。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2的材料為純金屬或印刷在薄膜上的導電銀漿。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2包括共面波導（cpw）饋電結構2-1、有源振子2-2及兩個引向器2-3。

本實施方式中，所述微帶準八木天線層2的製備可以通過絲網印刷技術將所述天線印刷在薄膜上，然後與雙穩態複合材料介質基板1共固化；或將金屬層與雙穩態複合材料介質基板1共固化，然後利用傳統刻蝕技術製備微帶準八木天線層2。

本實施方式中，所述跳變驅動器能夠驅動雙穩態複合材料介質基板1在兩種穩定構型下進行跳變，驅動器材料為形狀記憶合金、電熱合金、壓電陶瓷或壓電纖維，通過外接電源進行工作。

具體實施方式二：本實施方式以工作頻率為3ghz的俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線為例進行說明。

如圖1所示，本實施方式的俯仰面內方向圖可重構微帶準八木天線由正交鋪層的雙穩態複合材料介質基板1、鋪設在雙穩態複合材料介質基板1上層的微帶準八木天線層2和鋪設在雙穩態複合材料介質基板1下層的跳變驅動器構成，所有元件一體化固化成型。

本實施方式中，雙穩態複合材料介質基板1為玻璃纖維增強複合材料，採用[02/902]鋪層方式，單層厚度為0.125mm，介電常數為4.9，介電損耗為0.019，尺寸為145mm×145mm。

本實施方式中，驅動器材料為形狀記憶合金。

本實施方式中，利用電磁場仿真軟體對微帶準八木天線單元尺寸進行優化設計，如圖2所示，具體尺寸為：w1=w2=5mm，l1=43mm，l2=37mm，wc=7mm，ls=70mm，d1=10mm，d2=15mm。其中：w1、w2和l1、l2分別表示第一、第二引向器的寬度和長度，wc和ls分別表示有源振子寬度和長度，d1表示第一引向器與有源振子之間的距離，d2表示第二引向器與第一引向器之間的距離。

本實施方式中，雙穩態複合材料介質基板在跳變驅動器作用下，會在兩種穩定構型下發生轉換，如圖1所示。因此，會產生兩種波束指向，由於雙穩態複合材料介質基板構型在其俯仰面轉變，導致天線的方向圖實現了俯仰面內可重構。

圖3是本實施方式天線在兩種穩定構型下的s11參數曲線。由圖3可知，天線在構型a狀態下的中心頻率為3.06ghz，帶寬367mhz；在構型b狀態下的中心頻率3.05ghz，帶寬354mhz。可以看出，天線s11參數在兩種構型下幾乎保持不變，均有良好性能。

圖4和圖5為本實施方式天線在兩種穩定構型下的方向圖特性，天線在構型a狀態下其輻射方向為端射，即平行於介質基板表面，其增益為6.7db，3db波束寬度為75.5°。天線在構型b狀態下其輻射方向為沿著俯仰面58°方向，即與水平面呈30°角，其增益為4.9db，3db波束寬度為65.4°。總體波束寬度要高於普通八木天線的波束寬度。

綜上，本實施方式利用雙穩態複合材料介質基板的雙穩態特性，設計實現了俯仰面內方向圖可重構準八木天線。