[发明专利]一种太赫兹波段方向图可重构天线

说明书

本发明公开了一种太赫兹波段方向图可重构天线，属于卫星通信技术领域。该天线包括底层的馈电网络、中间层的介质和顶层的天线贴片；馈电网络上设有四个射频开关，四个射频开关和天线贴片上的四个辐射单元一一对应；天线贴片为两个辐射片和四个辐射分支组成的一体式结构；四个辐射分支的端部相连于一点构成X型结构，且四个辐射分支关于其相连的一点中心对称；两个辐射片均连接在X型结构的中心点上，且分别位于X型结构的上、下两侧；辐射分支与其相邻的辐射片之间具有渐变槽结构，且渐变槽从内至外宽度渐增；渐变槽的内端馈电处刻蚀有用于与馈电网络匹配的方形孔。本发明具有结构简单，设计方便，增益高，前后比高，辐射范围大等特点。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种太赫兹波段方向图可重构天线。

背景技术

为了适应不同的部署环境和应用，可重构天线由于其可以在不改变天线整体结构的情况下实现频率重构、方向图重构或极化重构的功能，具有重要的研究价值。而方向图可重构天线由于它可以在多个预定方向上实现辐射波束的切换，从而提高无线通信系统的信噪比和容量，近年来受到越来越多的关注。通过机械、电子或光学原理来实现的控制方式，通常被认为是可重构天线设计的重要解决方案。在已发表的著作中，大多数的可重构天线是采用开关改变辐射单元、开关改变馈电网络和开关改变寄生单元来设计的。对于第一种设计方法，偏置电路通常加载在辐射单元侧面，会导致辐射性能下降。后两种方法则不存在偏置电路对辐射的影响，因为辐射单元和偏置电路是分开的。目前所提出带宽较宽的天线系统往往伴随着辐射增益低，辐射方向前后比低等问题，且往往仅可实现两到三种辐射模式的可重构。不能覆盖整个方位面。例如王秉中等人于2012年提出的方向图可重构天线带宽达到55.7％，但仅有两个辐射模式且不能覆盖全方位面，丁霄等人于2013年提出的方向图可重构天线，虽然相对带宽达到29％，但是仅有三种方向图模式且存在辐射增益小，前后比过大等问题。

由于大多数方向图可重构天线存在辐射模式数量少，增益低，前后比低或只能改变一维方向等问题，故难以达到在各种射频通信设备应用上的要求。

同时由于传统PIN开关在太赫兹波段性能会严重恶化，所以不能用作太赫兹波段可重构天线控制开关。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太赫兹波段方向图可重构天线。该天线具有结构简单，设计方便，增益高，前后比高，辐射范围大等特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种太赫兹波段方向图可重构天线，包括底层的馈电网络13、中间层的介质12和顶层的天线贴片11；所述馈电网络上设有四个射频开关，四个射频开关和天线贴片上的四个辐射单元一一对应，用于选择对应的辐射单元进行辐射；

所述天线贴片为两个辐射片和四个辐射分支组成的一体式结构；四个辐射分支的端部相连于一点构成X型结构，且四个辐射分支关于其相连的一点中心对称；两个辐射片均连接在X型结构的中心点上，且分别位于X型结构的上、下两侧；所述辐射分支与其相邻的辐射片之间具有渐变槽结构，且渐变槽从内至外宽度渐增；所述渐变槽的内端馈电处刻蚀有用于与馈电网络匹配的方形孔；四个辐射分支的相邻侧边均设有周期性的第一锯齿槽；所述辐射片的外边沿具有第二锯齿槽。

进一步的，所述馈电网络主要由输入端口、输入微带线、阻抗变化器、横向微带线和末端微带线；所述输入端口与输入微带线的输入端相连接，输入微带线的输出端通过阻抗变化器连接在横向微带线的中间位置；所述横向微带线的两端均一分二并通过射频开关连接对应的末端微带线。

进一步的，所述末端微带线和射频开关一一对应。

进一步的，所述阻抗变化器为四分之一波长阻抗变化器。

进一步的，所述第一锯齿槽和第二锯齿槽均为周期性排布的矩形槽。

进一步的，所述第一锯齿槽的相邻矩形槽的间距小于第二锯齿槽的相邻矩形槽的间距。