方向 可重构天线及其相控阵研究

1  引言     

随着无线通信和雷达系统的不断发展，使得同一平台搭载的信息子系统数目增加，作为无线通信系统中信息出入必然通道的天线而言，其数量也相应增加，这样非常不利于综合系统的进一步发展，结构紧凑的可重构天线具有改善这种不利局面的巨大潜力。另外，相控阵所能实现的波束电扫描能够大大的拓展其应用范围，目前典型的相控阵能扫描到的角度仅为-45^o 到+45 ^o，综合分析，造成相控阵的这种小角度扫描范围主要由两个因素导致，其一是天线本身的方向图特性，其二是互耦的存在，因此，如何拓展相控阵的扫描范围成为一个很热门的研究热点。从某种程度上而言，方向图可重构天线的提出能够解决这一问题。

本文提出了一种双频方向图可重构介质谐振天线，该天线具有两个谐振频率，通过控制安装在馈电网络上的四个开关，可以得到，每个谐振频率对应四个不同的方向图，从而实现重构;另外，对于同一种开关状态而言，两个谐振频率所对应的方向图相互对称。本文也提出了应用该重构天线单元组成的相控阵，该阵列采用稀布阵列的组阵方式。研究结果表明，相对于传统相控阵而言，该相控阵具有较低的副瓣和较大的扫描范围。

2  方向图可重构介质天线

2.1  天线结构

本文提出的可重构天线单元如图1所示。

由一个挖掉内圆柱体的半球介质谐振器和底部的正交馈电网络构成，采用中心同轴馈电。

(a) 三维图

(b) 底面图

图1  双频介质方向图可重构天线

该介质谐振天线的相对介电常数为ε_r=6，半径为R=7.2mm,内部挖掉的圆柱的半径和高度分别为r=6.6mm和3.5mm,四个半径和长度分别为r_pin=0.62mm和L=3.48mm金属柱子分别固定在正交馈电网络的末端上，正交馈电网络的中心连接同轴探针，且每个臂上均加有一个开关，分别定义为k1,k2,k3和k4。地板面积为2.1λ₀×2.1λ₀，此处的λ₀表示自由空间波长。