三角形貼片的方向圖可重構(gòu)天線

 可重構(gòu)天線的概念最早是在1983年的專利“FrequencyAgile， Polarization Diverse Microstrip Antennas and Frequency Scanned Arrays”中提出的。按照其重構(gòu)功能，主要可分為頻率可重構(gòu)天線和方向圖可重構(gòu)天線。頻率可重構(gòu)天線可以改變工作頻率，而使方向圖基本保持不變;方向圖可重構(gòu)天線則可以重構(gòu)輻射方向圖，而保持頻率穩(wěn)定，從而一個(gè)天線具有了多個(gè)天線的功能。將方向圖可重構(gòu)天線運(yùn)用于天線陣列時(shí)，可以通過(guò)改變單元的波束方向，使不同單元的波束方向都集中于某個(gè)方向而提供更高的陣列增益;也可以將其運(yùn)用于無(wú)線通信系統(tǒng)，通過(guò)改變波束方向，使信號(hào)對(duì)準(zhǔn)需要通信的用戶，或避開干擾源等，從而提高信號(hào)質(zhì)量。因此可重構(gòu)天線仍然是目前天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

眾所周知，八木天線有著很好的方向性，在測(cè)向和遠(yuǎn)距離通信方面有著良好的應(yīng)用。微帶貼片天線體積小，重量輕，剖面低，可以與載體共形，且制造簡(jiǎn)單成本低。將微帶貼片與八木天線相結(jié)合，就可以構(gòu)成微帶矩形貼片八木天線和微帶振子天線。在微帶振子上安裝開關(guān)，改變寄生振子的長(zhǎng)度，構(gòu)成了一種方向圖可重構(gòu)的微帶八木天線。通過(guò)在微帶貼片上進(jìn)行槽加載，并引入開關(guān)，就構(gòu)成了矩形貼片的可重構(gòu)八木天線。三角形微帶貼片天線與矩形微帶貼片天線具有類似的場(chǎng)結(jié)構(gòu)和諧振頻率，但貼片的面積卻相對(duì)較小，在實(shí)際應(yīng)用中可以滿足天線貼片小型化等某些特殊的性能要求。本文用三角形貼片作為八木天線單元，構(gòu)成了一種方向圖可重構(gòu)天線。通過(guò)在寄生貼片上蝕刻簡(jiǎn)單的矩形槽，并安裝開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了天線輻射方向圖朝三個(gè)不同方向偏轉(zhuǎn)。與文獻(xiàn)中提出的矩形貼片結(jié)構(gòu)的八木天線相比，槽的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且開關(guān)數(shù)量更少。

天線的設(shè)計(jì)

天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，三角形貼片的可重構(gòu)八木天線的陣元由三個(gè)三角形貼片順向放置在同一條直線上構(gòu)成。中間稍大一些的三角形貼片作為激勵(lì)元，通過(guò)同軸探針饋電，兩個(gè)相同但尺寸較小的三角形貼片分別放置在兩側(cè)，作為寄生元。在兩個(gè)寄生元貼片上的相同位置都蝕刻了一個(gè)矩形縫隙，并在矩形縫隙的中間安裝了一個(gè)開關(guān)?？梢酝ㄟ^(guò)改變開關(guān)的狀態(tài)來(lái)改變寄生貼片上表面電流的分布，最終實(shí)現(xiàn)天線輻射方向圖的重構(gòu)。

天線的介質(zhì)基片的尺寸為34×17mm，介質(zhì)板的厚度取0.76mm，相對(duì)介電常數(shù)為2.94。三角形貼片的邊長(zhǎng)分別為10mm和8mm，寄生貼片上所蝕刻的矩形縫隙的尺寸為5.0×0.4mm，開關(guān)的尺寸為0.4×0.4mm，矩形縫隙與三角形頂點(diǎn)之間的距離 b=4.9647mm。

在三角形的寄生貼片上蝕刻一個(gè)矩形槽縫，可以起到切割貼片上的表面電流，進(jìn)而改變貼片的表面電容和電感，使寄生貼片在輻射過(guò)程中起到不同的作用。經(jīng)HFSS仿真表明，在這個(gè)天線中，當(dāng)寄生貼片上的開關(guān)斷開時(shí)，寄生貼片作為引向器，可以令天線的波束輻射方向朝寄生貼片所在的方向偏轉(zhuǎn)，我們稱此時(shí)寄生貼片的狀態(tài)為D;當(dāng)寄生貼片上的開關(guān)閉合時(shí)，寄生貼片對(duì)于天線的輻射波束方向幾乎沒有影響，我們稱此時(shí)寄生貼片的狀態(tài)為N，所以此天線至少有著三種模式，模式DN，ND和NN。模式DN就是指左邊寄生貼片上的開關(guān)斷開，作為引向器，而右邊寄生貼片上的開關(guān)閉合，天線的方向圖向左邊(Y軸負(fù)向)偏轉(zhuǎn);模式ND與模式DN相反，指右邊寄生貼片上的開關(guān)斷開，作為引向器，而左邊寄生貼片上的開關(guān)閉合，天線的方向圖向右邊(Y軸正向)偏轉(zhuǎn);模式NN是指左右兩邊的寄生貼片上的開關(guān)都閉合，此時(shí)天線的波束方向是向貼片正上方輻射的。

仿真結(jié)果

圖2是在這三種模式下的