[发明专利]一种光控方向图可重构微带天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及方向图可重构天线，尤其是方向图可重构微带天线。 

技术背景

随着无线通信技术的迅速发展，要求天线的特性参数能够根据环境及应用场合的变化作出调整，可重构天线无疑是一种很好的解决方案。其中，方向图可重构天线可以在保持天线自身位置不变的情况下，根据通信要求实时改变天线的辐射方向图，从而避免噪声干扰，提高通信质量和安全性，减小系统复杂性和成本。在智能武器寻的、汽车和飞机雷达、无线和卫星通信网络以及空间遥感等多方面得到广泛应用。 

传统的方向图可重构天线方面的研究大多基于相控阵天线理论。如文献“A beam-steerer using reconfigurable PBG ground Plane（2000 IEEE AP-S,2000.835-838,Elmaran,Iao-Mak Chio.Liang-Yu Chen，et al）”以及文献“A pattern reconfigurable microstrip parasitic array(IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2004,52(10):2773-2776,S.Zhang,et al)”等都是基于传统的相控阵天线理论，通过设计多辐射单元的天线阵列，改变阵列单元的馈入电流（或电压）相位和幅度的大小，实现方向图可重构的功能。但是这种技术需要采用较多的高精度相移馈电网络，不仅增加了天线的加工设计成本，同时也加大天线的体积，不利于天线与电路的一体化集成和批量生产。 

随着电子技术以及微机械电子（MEMS）技术研究和发展，人们将电子PIN开关或MEMS开关加载在天线辐射体上，通过改变电子开关的直流偏置电压，切换电子开关的通断状态，以改变天线辐射体的结构尺寸，实现方向图可重构。如文献“Apattern reconfigurable microstrip parasitic array(IEEE Trans.On Antennas and Propagation,2004,52(10):277-2776,S.Zhang,et al)”天线采用微带八木振子结构，其中寄生振子的两端引入多个MEMS开关。通过改变MEMS开关的通断组合，实现微带八木天线辐射波束在H面变化，完成方向图重构的效果。不足的是电子开关的正常通断工作状态是采用金属线引入的偏置直流控制，而这些开关偏置金属线对天线辐射性能和阻抗性能会带来不利的影响，并且文献中采用的电子开关数目也较多，偏置金属线的布置也成为天线设计一个重要部分；另外，为了避免直流信号和交流信号的相互干扰，需在天线上加入多个电子元件进行交直流隔离设计，增加了天线设计难度。 

由于电子开关在方向图可重构天线中存在一些不可避免的缺陷，有研究者试图采用光控 开关取代电子开关，实现光控可重构天线，如文献“Frequency and beam reconfigurable antenna using photoconducting switches（IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2006,52(2):449-454,C.J.Panagamuwa,et al）”。相对于电子开关，光控开关主要有以下两点优势：首先光控开关的通断控制线采用非导电材料的细小光纤，对天线的辐射性能基本没有影响；另外光控开关采用的光控信号，无需直流偏置，因此对天线上输入的射频信号干扰较小。不足的是文献中方向图可重构天线设计采用的开关数目仍然过多，需采用光功率分路器，不利于实现降低天线设计难度和加工成本。 

发明内容

本发明提出一种光控方向图可重构微带天线，该天线采用加载到微带天线寄生贴片缝隙之中的单个光控开关，通过控制激光照射强度大小改变光控微波开关的通断工作模式，实现微带天线的方向图可重构。与传统方向图可重构天线相比，本发明只需加载一个光控开关，不需要复杂的开关偏置控制电路，即可以实现方向图可重构。本发明不但能够使可重构天线设计的复杂度得到大大简化，有利于设计出低成本光控可重构天线及天线阵列，而且可以克服传统的电子PIN或MEMS开关通断时偏置电路产生的耦合电流对天线辐射信号产生的不利影响，实现更好的方向图重构效果。 

本发明技术方案如下：