一种宽带低剖面方向图可重构天线制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带低剖面方向图可重构天线，包括四个纵横方向二维阵列排布的天线单元、四个与天线单元一一对应的开关、一分四的等幅度等相位功率分配器；所述每个天线单元设置有两个馈电端口，各天线单元两端的馈电端口分别通过微带传输线(7)与开关相连；所述一分四的等幅度等相位功率分配器的四个分支分别与开关相连，所述开关用于控制等幅度等相位功率分配器分别馈电于每个天线单元的两个端口的其中一个端口，使天线单元两端只有一个端口处于工作状态。本发明专利技术不仅具有低剖面，宽带宽，结构简单，易于集成等优点，而且还具有一致性、结构简单、易于实现、成本低等优点。

A broadband low profile pattern reconfigurable antenna

The invention discloses a broadband low profile pattern reconfigurable antenna, including four vertical and horizontal two-dimensional array antenna unit, and a four antenna unit corresponding to the switch, one in four of the amplitude and phase power divider; wherein each antenna unit is provided with two feed ports, the feeding port of each antenna element the ends of the microstrip transmission line are respectively connected with a switch (7); four branches of the one in four of the amplitude and phase power divider is respectively connected with a switch, the switch to a port two of the port control amplitude phase power divider are respectively fed to each antenna element, the antenna the two ends of the element is only one port in a working state. The invention not only has the advantages of low profile, wide bandwidth, simple structure, easy integration, etc., but also has the advantages of consistency, simple structure, easy realization, low cost, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种宽带低剖面方向图可重构天线
本专利技术涉及一种宽带低剖面方向图可重构天线，属于天线

技术介绍
无线通信技术的快速发展对系统需求以及工作模式提出了更高要求，传统的单功能天线不能很好的满足当前的需要，并成为制约系统性能发展的瓶颈。可重构天线的提出和发展给这些问题提供了很好的解决方案。方向图可重构天线能够根据实际需求和环境变化控制天线的主波束以及零方向。同时，随着通信业务的飞速增长，系统对天线的可用带宽要求越来越高。由于现代单层PCB工艺十分成熟，在不是十分高的频段内，加工精度也十分有保证，同时加工的产品可以拥有低轮廓、小体积、高集成度的特性，有利于天线的大规模生产与应用。因此，使用单层PCB工艺的极化可重构基片集成波导缝隙天线在低轮廓、高集成度以及降低成本上都有很现实的意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种宽带低剖面方向图可重构天线，该方向图可重构天线仅需要四个天线单元(或子阵列)、四个开关和一个简单的功率分配器结构就可以构成，与一般方向图可重构天线相比，具有低剖面，宽带宽，结构简单，易于集成等优点。它具有一致性、结构简单、易于实现、成本低等优点。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种宽带低剖面方向图可重构天线，包括四个纵横方向二维阵列排布的天线单元、四个与天线单元一一对应的开关、一分四的等幅度等相位功率分配器；每个天线单元设置有两个馈电端口，各天线单元两端的馈电端口分别通过微带传输线(7)与开关相连；所述一分四的等幅度等相位功率分配器的四个分支分别与开关相连，所述开关用于控制等幅度等相位功率分配器分别馈电于每个天线单元的两个馈电端口的其中一个馈电端口，使天线单元两个馈电端口只有一个馈电端口处于工作状态。优选的：所述天线单元包括上介质基片(12)、下介质基片(11)、上金属层(21)、中金属层(22)、下金属层(23)和2个以上阵列式排布成谐振腔(4)的金属通孔(41)，所述上介质基片(12)、下介质基片(11)由上到下依次设置；所述上金属层(21)设置于上介质基片(12)的上表面，中金属层(22)设置于下介质基片(11)的上表面，而所述下金属层(23)设置于下介质基片(11)的下表面；所述金属通孔(41)依次贯穿中金属层(22)、下介质基片(11)以及下金属层(23)，且金属通孔(41)的上端与中金属层(22)的上表面连接，而下端与下金属层(23)的下表面连接；所述中金属层(22)上设置有天线单元激励层，所述天线单元激励层用于激励上介质基片(12)上设置的上金属层(21)；所述下金属层(23)上设置有天线单元馈电结构，所述天线单元馈电结构与微带传输线(7)相连。优选的：所述上金属层(21)包括四个寄生贴片(211)，所述寄生贴片(211)在上介质基片(12)上呈纵横方向二维阵列排布。优选的：所述中金属层(22)的上表面且位于谐振腔(4)的四周蚀刻出环形缝隙作为辐射缝隙(2)，所述辐射缝隙(2)作为天线单元激励层。优选的：所述天线单元的两个馈电端口设置在下金属层(23)上，所述馈电端口蚀刻出缝隙作为有限接地共面波导传输线(3)，所述有限接地共面波导传输线(3)作为天线单元馈电结构，所述馈电端口通过有限接地共面波导传输线(3)与传输线(7)相连。优选的：所述谐振腔(4)的轮廓为方形或长方形。优选的：所述天线单元的工作模式为谐振腔(4)的高次TE210模式。优选的：两个馈电端口相位相差180度。优选的：所述一分四的等幅度等相位功率分配器包括第一等相位等幅度功率分配器(6)、第二等相位等幅度功率分配器(51)、第三等相位等幅度功率分配器(52)，所述第二等相位等幅度功率分配器(51)和第三等相位等幅度功率分配器(52)相并联后与第一等相位等幅度功率分配器(6)串联。有益效果：本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：1、整个天线单元(或子阵列)主要有金属层和金属化通孔组成，整个结构可以用传统的PCB或LTCC工艺来实现；2、该天线能通过四个一分二开关和三个的威尔金森功率分配器改变天线单元(或子阵列)的信号输入端口，从而实现和波束、方位差波束、俯仰差波束和双差波束，即形成方向图可重构天线。3、该天线具有四种不同的方向图：和波束、俯仰差波束、方位差波束和双差波束，同时满足较好驻波特性，，且带宽宽、轮廓低、体积小、实现简单，易于集成。4、本专利技术中，通过开关控制天线单元(或子阵列)的信号输入端口：当四个天线都从相同相位输入时，将实现和波束；当四个天线单元(或子阵列)中横向的上下两对天线单元(或子阵列)从相同相位的端口输入，纵向的左右两对天线单元(或子阵列)从相反相位输入，则实现俯仰差波束；反之，当四个天线单元(或子阵列)中横向的上下两对天线单元(或子阵列)从相反相位的端口输入，纵向的两对天线单元(或子阵列)从相同相位输入，则实现方位差波束；当每相邻的两个天线单元(或子阵列)都从相反相位的端口输入，则实现了双差波束。附图说明图1为一种方向图可重构天线中天线单元(或子阵列)的上金属层结构示意图；图2为天线单元(或子阵列)的中金属层结构示意图；图3为天线单元(或子阵列)的下金属层结构示意图；图4为2×2方向图可重构天线阵列的上金属层结构示意图；图5为方向图可重构天线阵列的中金属层结构示意图；图6为方向图可重构天线阵列的下金属层结构示意图；图7为金属化通孔的剖视结构示意图；图8为方向图可重构天线在和波束状态下仿真和测试的回波损耗|S11|；图9为方向图可重构天线在方位差波束状态下仿真和测试的回波损耗|S11|；图10为方向图可重构天线在俯仰差波束状态下仿真和测试的回波损耗|S11|；图11为方向图可重构天线在双差波束状态下仿真和测试的回波损耗|S11|；图12为天线在频率5.4GHz和6GHz时波束归一化增益方向图,其中，图12a为天线在频率5.4GHz时波束归一化增益方向图，图12b为天线在频率6GHz时波束归一化增益方向图；图13为天线在频率5.4GHz和6GHz时方位差波束归一化增益方向图,其中，图13a为天线在频率5.4GHz时方位差波束归一化增益方向图,图13b为天线在频率6GHz时方位差波束归一化增益方向图；图14为天线在频率5.4GHz和6GHz时俯仰差波束归一化增益方向图,其中，图14a为天线在频率5.4GHz时俯仰差波束归一化增益方向图,图14b为天线在频率6GHz时俯仰差波束归一化增益方向图；图15为天线在频率5.4GHz和6GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝45°，其中，图15a为天线在频率5.4GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝45°，图15b为天线在频率6GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝45°，；图16为天线在频率5.4GHz和6GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝135°，其中，图16a为天线在频率5.4GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝135°,，图15b为天线在频率6GHz时双差波束归一化增益方向图φ＝135°；图17为在法向方向上，天线在和波束状态时随频率变化下的增益变化关系图；图18为在法向方向上，天线在方位差波束状态时随频率变化下的增益变化关系图；图19为在法向方向上，天线在俯仰差波束状态时随频率变化下的增益变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带低剖面方向图可重构天线，其特征在于：包括四个纵横方向二维阵列排布的天线单元、四个与天线单元一一对应的开关、一分四的等幅度等相位功率分配器；每个天线单元设置有两个馈电端口，各天线单元两端的馈电端口分别通过微带传输线(7)与开关相连；所述一分四的等幅度等相位功率分配器的四个分支分别与开关相连，所述开关用于控制等幅度等相位功率分配器分别馈电于每个天线单元的两个馈电端口的其中一个馈电端口，使天线单元两个馈电端口只有一个馈电端口处于工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种宽带低剖面方向图可重构天线，其特征在于：包括四个纵横方向二维阵列排布的天线单元、四个与天线单元一一对应的开关、一分四的等幅度等相位功率分配器；每个天线单元设置有两个馈电端口，各天线单元两端的馈电端口分别通过微带传输线(7)与开关相连；所述一分四的等幅度等相位功率分配器的四个分支分别与开关相连，所述开关用于控制等幅度等相位功率分配器分别馈电于每个天线单元的两个馈电端口的其中一个馈电端口，使天线单元两个馈电端口只有一个馈电端口处于工作状态。2.根据权利要求1所述的宽带低剖面方向图可重构天线，其特征在于：所述天线单元包括上介质基片(12)、下介质基片(11)、上金属层(21)、中金属层(22)、下金属层(23)和2个以上阵列式排布成谐振腔(4)的金属通孔(41)，所述上介质基片(12)、下介质基片(11)由上到下依次设置；所述上金属层(21)设置于上介质基片(12)的上表面，中金属层(22)设置于下介质基片(11)的上表面，而所述下金属层(23)设置于下介质基片(11)的下表面；所述金属通孔(41)依次贯穿中金属层(22)、下介质基片(11)以及下金属层(23)，且金属通孔(41)的上端与中金属层(22)的上表面连接，而下端与下金属层(23)的下表面连接；所述中金属层(22)上设置有天线单元激励层，所述天线单元激励层用于激励上介质基片(12)上设置的上金属层(21)；所述下金属层(23)上设置有天线单元馈电结构，所述天线单元馈电结构与微带传输线(7)相连。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝张成，胡俊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32