一種俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的製作方法

2023-09-24 00:41:45 2

本發明屬於天線技術領域，涉及一種方向圖可重構天線，具體涉及一種俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線。

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根據通信環境的變化實時改變發射和接收天線的方向圖，從而有效減弱噪聲幹擾，對抗多徑衰落，提高信息傳輸速率，保持高增益。採用方向圖可重構天線還可以實現平面相控陣的大角度掃描。

目前，國內外學者對於方向圖可重構天線已做了大量的研究。文獻「一種方向圖可重構引向器開槽的印製準八木天線」（apatternreconfigurableprintedquasi-yagiantennawithslotsinthedirectors[c].2009thinternationalsymposiumonantennaspropagationandemtheory，275-278）設計了一種主波束在水平內可以指向四個不同方向的可重構天線。cn102437423a提出了一種六波束選擇性平面方向圖可重構天線。cn103682645a公開了一種五個主波束指向的可重構平面微帶天線。cn103700942a通過六個波束切換實現了水平範圍內全向掃描的平面天線。以上天線方向圖可重構均採用加載開關實現，控制電路複雜，並且只能在水平面內實現方向圖可重構。

技術實現要素：

針對現有方向圖可重構天線的不足，本發明為了擴展方向圖可重構天線的掃描範圍，提供了一種俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線，利用多穩態複合材料基板的多種穩定構型實現天線在俯仰面內具有多種主波束指向，多種狀態之間可以自由切換。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線，包括多穩態複合材料基板、設於多穩態複合材料基板上層的金屬微帶天線層、設於多穩態複合材料基板下層的微帶饋線層，其中：所述多穩態複合材料基板在俯仰面內具有多種穩定狀態，由三層鋪設而成，其鋪層順序為：最下層為0°層，中間層為90°層，最上層由多個90°層間隔鋪設而成。

本發明具有如下優點：

1、本發明通過對多穩態複合材料基板鋪層及結構設計，可使基板具有多種穩定狀態，通過驅動器作用基板可在各個穩定狀態之間進行切換，而天線在不同穩定狀態下主波束方向指向也不同，實現了天線方向圖在俯仰面內可重構。

2、本發明可拓展可重構天線的方向圖在俯仰面內實現大角度掃描，克服了現有方向圖可重構天線的只能在水平面內掃描的限制，可拓展其應用領域。

附圖說明

圖1為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的多種穩定狀態構型側面示意圖；

圖2為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的正面結構示意圖；

圖3為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的多穩態複合材料基板鋪層示意圖；

圖4為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的不同狀態下的回波損耗曲線；

圖5為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線2ghz頻率不同狀態下的輻射方向圖；

圖6為本發明俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線5ghz頻率不同狀態下的輻射方向圖；

圖7為俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線的平面狀態下工作頻帶內的增益；

圖中：1-金屬微帶天線層，2-多穩態複合材料基板，3-微帶饋線層。

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：如圖2所示，本實施方式提供的俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線由多穩態複合材料基板2、設於多穩態複合材料基板上層的金屬微帶天線層1、設於多穩態複合材料基板下層的微帶饋線層3構成。

本實施方式中，所述多穩態複合材料基板2在俯仰面內具有多種穩定狀態，由三層鋪設而成，如圖1所示，其鋪層順序為：最下層為0°層，中間層為90°層，最上層由多個90°層間隔適當距離鋪設，間隔距離由基板穩定狀態的角度決定。

本實施方式中，所述多穩態複合材料基板2在俯仰面內具有多種穩定狀態，每種穩定狀態的角度由多穩態複合材料基板2的材料性能、厚度及最上層90°層的間隔距離決定。

本實施方式中，所述多穩態複合材料基板2的材料為玻璃纖維增強環氧複合材料，介電常數4.6，單層預浸料厚度為0.125mm。

本實施方式中，所述金屬微帶天線層1為維瓦爾第天線。

本實施方式中，所述微帶饋線層3為微帶線—槽線饋電或同軸—槽線饋電或共面波導饋電。

本實施方式中，所述多穩態複合材料基板2採用熱壓罐工藝與上層金屬微帶天線層1、下層微帶饋線層3共固化成型。

本實施方式中，所述金屬微帶天線層1與微帶饋電層3可以利用印刷技術將金屬微帶天線層與微帶饋電層印刷在薄膜上，然後再與多穩態複合材料基板2共固化，或將金屬薄膜與多穩態複合材料基板2共固化，然後利用刻蝕技術製備金屬微帶天線層與微帶饋電層。

本實施方式通過驅動器元件控制多穩態複合材料基板在俯仰面內不同穩定狀態之間切換，進而使天線的主波束方向指向發生改變，實現方向圖在俯仰面可重構。

具體實施方式二：本實施方式以俯仰面內具有四種角度主波束指向方向圖可重構維瓦爾第天線為例進行說明。

如圖1-3所示，本實施方式的俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線由多穩態複合材料基板2、設於多穩態複合材料基板上層的金屬微帶天線層1、設於多穩態複合材料基板下層的微帶饋線層3構成，所有元件一體化固化成型，其中：金屬微帶天線層1為具有指數漸變結構的維瓦爾第天線，微帶饋線層3為微帶線—槽線饋電，多穩態複合材料基板2為玻璃纖維增強複合材料，其單層厚度為0.125mm，鋪層方式如圖3所示，介電常數為4.9，介電損耗為0.019，天線整體尺寸為350mm×150mm。

在驅動器作用下，多穩態複合材料基板2會在其多種穩定構型下發生切換，進而使天線的主波束方向指向發生改變，實現方向圖在俯仰面可重構。

本實施方式以具有四種角度主波束指向方向圖可重構維瓦爾第天線為例進行說明。

圖4是本實施方式可重構天線在四種狀態下的s11參數曲線。由圖4可知，天線s11參數在四種狀態下相差甚微，帶寬範圍為1.8ghz—5.7ghz，屬超寬帶天線。

圖5和圖6為本實施方式可重構天線在2ghz和5ghz頻率處不同狀態下的輻射方向圖。由圖5可知，2ghz頻率處天線在四種狀態下主輻射方向分別為90°、87°、81°、71°，主波束指向在俯仰面內偏移19°。本實施方式的可重構天線最終可實現在2ghz頻點處天線波束寬度67°，高於平面狀態的50.8°波束寬度。

由圖6可知，5ghz頻率處天線在四種狀態下主輻射方向分別為90°、67°、42°、33°，主波束指向在俯仰面內偏移57°。本實施方式的可重構天線最終可實現在5ghz頻點處天線波束寬度86°，高於平面狀態的41.7°波束寬度。

由圖7可知，本實施方式的可重構天線在工作頻帶範圍內增益為9.0~11.0db，所以天線在頻帶範圍內均能保持高增益。

綜上，本實施方式利用多穩態複合材料介質基板具有的多種穩定狀態特性，設計實現了俯仰面內多角度主波束指向方向圖可重構天線。