C波段极化可重构的微带平面阵列天线制造技术

本发明专利技术提供了一种通信技术领域的C波段极化可重构的微带平面阵列天线。C波段微带平面阵列天线包括三层介质基板，极化可重构的网络包括一个3dB定向耦合器和两个二选一射频开关。通过二选一射频开关通断可以自由选择天线工作的极化方式。天线采用该极化可重构网络可以实现水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化的特性，具有高增益、低剖面、小型化等特点以及良好的方向图一致性，可用于卫星、雷达通信以及一些需要多极化、小型化的应用场合。

C band Polarization Reconfigurable planar microstrip antenna array

The invention provides a C band Polarization Reconfigurable planar planar array antenna in the field of communication technology. The C band microstrip planar array antenna consists of three layers of dielectric substrates. The Polarization Reconfigurable Network consists of a 3dB directional coupler and two two RF switches. The polarization mode of the antenna can be freely selected by switching on the two selected one radio frequency switch. The polarization characteristics of antenna to reconstruct the network can realize horizontal polarization, vertical polarization, left-hand circular polarization and right-hand circular polarization, has the characteristics of high gain, low profile, small size and good pattern consistency, can be used for radar and satellite communication and some need multi polarization and miniaturization applications.

【技术实现步骤摘要】
C波段极化可重构的微带平面阵列天线
本专利技术涉及通信
，具体地，涉及极化可重构的微带平面阵列天线，尤其是一种C波段极化可重构的微带平面阵列天线。
技术介绍
信息技术快速发展，为了更好的适应无线通信大容量、多元化的发展需求，针对天线的设计也提出更高的要求。可重构天线按照实际功能可分为，频率可重构、极化可重构、方向图可重构以及多种性能参数任意切换的可重构。针对天线极化可重构，就是重构天线辐射的极化状态，避免多径效应带来的信号衰落，提高无线通信质量和抗干扰能力。根据应用环境的不同需求来选择合适的极化方式。天线极化可重构一方面提供了多元化的极化选择方案，能够更好的满足实时环境的应用需求，另一方面极化可重构可以有效的减少极化适配带来的损耗，同时增强抗干扰能力，进一步提高了天线的辐射效率。经现有技术文献检索发现，Shih-HsunHsu等人设计了一种圆极化可重构天线。天线单元是微带贴片，为了实现圆极化波，设计了两个与电介质材料相连接的压电换能器(VDC)实现简并模分离，按下某一侧的VDC同时抬起另外一侧的VDC，从而实现左旋极化波或者右旋极化波。这样就完成了天线极化可重构。2010年清华大学设计了一种开槽结构的线极化可重构天线。切换馈电方式的控制系统采用二极管，该天线通过两种不同的共面波导和槽线的馈电方式实现了线极化可重构。这两种极化可重构天线只提供了两种极化的选择，实际应用中可能需要更多的极化选择方式，比如水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化都可切换的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷。提供一种C波段极化可重构的微带平面阵列天线，可以通过重构实现两种正交的线极化和两种圆极化的工作模式，可解决无线通信中天线极化单一、低增益、抗干扰能力差等问题。根据本专利技术提供的一种C波段极化可重构的微带平面阵列天线，包括极化天线阵列、极化重构网络、极化重构网络控制器；极化重构网络包括二选一射频开关K1、二选一射频开关K2、定向耦合器；二选一射频开关K1、K2的输入端口分别记为端口A、端口B；二选一射频开关K1的一个输出端口通过通道C连接至端口Port1；二选一射频开关K1的另一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P1；定向耦合器的输出端口P2通过通道D连接至端口Port2；二选一射频开关K2的一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P4；二选一射频开关K2的另一个输出端口通过通道F连接至端口Port4；定向耦合器的输出端口P3通过通道E连接至端口Port3；极化重构网络控制器用于对端口A、端口B进行激励的控制；极化天线阵列的双端口分别连接端口A、端口B。优选地，极化天线阵列包括多个天线单元；天线单元采用双端口馈电，所述双端口分别为两种正交的线极化工作模式馈电，使得极化天线阵列能够分别实现两个正交线极化；极化天线阵列为2×2天线单元的并馈天线阵；极化天线阵列、天线单元均是工作在C波段的双线极化天线；定向耦合器使得极化天线阵列的双端口之间等幅值且相位差90°的馈电效果。优选地，当端口A激励，端口B不激励时，二选一射频开关K1只有一路通道能够工作：当通道C工作且通道D不工作，端口Port1产生水平极化波或垂直极化波；当通道C不工作且通道D工作，端口Port2产生左旋圆极化波或右旋圆极化波；当端口A不激励，端口B激励时，二选一射频开关K2只有一路通道能够工作：当通道E工作且通道F不工作时，端口Port3产生左旋圆极化波或右旋圆极化波；当通道E不工作且通道F工作时，端口Port4产生水平极化波或垂直极化波；当端口A激励，端口B激励时：当通道C工作且通道D不工作、通道F工作且通道E不工作时，端口Port1和端口Port4同时分别产生垂直极化波或水平极化波；当通道D工作且通道C不工作、通道E工作且通道F不工作时，端口Port2和端口Port3同时分别产生左旋圆极化波或右旋圆极化波。优选地，所述天线单元包括依次叠加的第一层介质层基板、第二层介质层基板、第三层介质层基板；第一层介质层基板是寄生贴片层；第二层介质层基板的正面设置有辐射贴片和接收端口馈电网络，接收端口馈电网络连接辐射贴片的接收端口；第二层介质层基板的背面与第三层介质层基板的正面之间设置有金属地；第三层介质层基板的背面设置有发射端口馈电网络，发射端口馈电网络通过探针连接辐射贴片的发射端口；其中，金属地设置有通孔，探针穿过通孔且不与通孔接触。优选地，定向耦合器包括耦合器介质基板，耦合器介质基板的一面是金属面，耦合器介质基板的另一面设置有定向耦合器网络；定向耦合器是对称结构，两个输出的端口P2、P4输出等幅值且相位差90度的能量。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术一方面通过可重构网络实现天线极化可重构的特性。使得该2×2天线阵列同时具备双线极化波和双圆极化波，完成了天线极化可重构的性能。另一方面将天线、极化可重构网络、极化重构控制器集成起来，这样可以进一步为有源集成天线的小型化做铺垫，为有源集成天线的设计提供了可行性方案。本专利技术提供的C波段极化可重构微带平面阵列天线具有高增益、低剖面、小型化等特点以及良好的方向图一致性，可用于卫星、雷达通信以及一些需要多极化、小型化的应用场合。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术中C波段极化可重构微带平面阵列天线系统流程示意图。图2是本专利技术中C波段极化可重构网络系统结构示意图。图3是本专利技术中C波段天线单元三维结构示意图。图4是本专利技术中C波段天线单元辐射贴片三维结构示意图。图5是本专利技术中C波段天线单元的寄生贴片层三维结构示意图。图6是本专利技术中C波段2×2天线阵列的寄生贴片层三维结构示意图。图7是本专利技术中C波段2×2天线阵列接收端口馈电网络三维结构示意图。图8是本专利技术中C波段2×2天线阵列发射端口馈电网络三维结构示意图。图9是本专利技术中C波段微带平面阵列天线收发网络的透视图。图10是本专利技术中C波段的3dB定向耦合器。图11是本专利技术中C波段天线单元的接收端口和发射端口的回波损耗。图12是本专利技术中C波段天线单元接收端口和发射端口的隔离度。图13是本专利技术中C波段天线单元接收端口的仿真方向图。图14是本专利技术中C波段天线单元发射端口的仿真方向图。图15是本专利技术中C波段2×2天线阵列接收和发射端口的回波损耗。图16是本专利技术中C波段2×2天线阵列接收端口和发射端口的隔离度。图17是本专利技术中C波段2×2天线阵列接收端口的仿真方向图。图18是本专利技术中C波段2×2天线阵列发射端口的仿真方向图。图19是本专利技术中C波段的3dB定向耦合器的回波损耗及隔离度。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术设计的是一种通信
的C波段极化可重构微带平面阵列天线。C波段微带平面阵列天线包括三层介质基板，极化可重构的网络包括一个3dB定向耦合器和两个二选一射频开关。极化可重构的网络设计如图9所示，通过二选一射频开关通断可以自由选择天线工作的极化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种C波段极化可重构的微带平面阵列天线，其特征在于，包括极化天线阵列、极化重构网络、极化重构网络控制器；极化重构网络包括二选一射频开关K1、二选一射频开关K2、定向耦合器；二选一射频开关K1、K2的输入端口分别记为端口A、端口B；二选一射频开关K1的一个输出端口通过通道C连接至端口Port1；二选一射频开关K1的另一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P1；定向耦合器的输出端口P2通过通道D连接至端口Port2；二选一射频开关K2的一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P4；二选一射频开关K2的另一个输出端口通过通道F连接至端口Port4；定向耦合器的输出端口P3通过通道E连接至端口Port3；极化重构网络控制器用于对端口A、端口B进行激励的控制；极化天线阵列的双端口分别连接端口A、端口B。

【技术特征摘要】
1.一种C波段极化可重构的微带平面阵列天线，其特征在于，包括极化天线阵列、极化重构网络、极化重构网络控制器；极化重构网络包括二选一射频开关K1、二选一射频开关K2、定向耦合器；二选一射频开关K1、K2的输入端口分别记为端口A、端口B；二选一射频开关K1的一个输出端口通过通道C连接至端口Port1；二选一射频开关K1的另一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P1；定向耦合器的输出端口P2通过通道D连接至端口Port2；二选一射频开关K2的一个输出端口连接定向耦合器的输入端口P4；二选一射频开关K2的另一个输出端口通过通道F连接至端口Port4；定向耦合器的输出端口P3通过通道E连接至端口Port3；极化重构网络控制器用于对端口A、端口B进行激励的控制；极化天线阵列的双端口分别连接端口A、端口B。2.根据权利要求1所述的C波段极化可重构的微带平面阵列天线，其特征在于，极化天线阵列包括多个天线单元；天线单元采用双端口馈电，所述双端口分别为两种正交的线极化工作模式馈电，使得极化天线阵列能够分别实现两个正交线极化；极化天线阵列为2×2天线单元的并馈天线阵；极化天线阵列、天线单元均是工作在C波段的双线极化天线；定向耦合器使得极化天线阵列的双端口之间等幅值且相位差90°的馈电效果。3.根据权利要求1所述的C波段极化可重构的微带平面阵列天线，其特征在于，当端口A激励，端口B不激励时，二选一射频开关K1只有一路通道能够工作：当通道C工作且通道D不工作，端口Port1产生水平极化波或垂直极化波；当通道C...

【专利技术属性】
技术研发人员：王堃，耿军平，梁仙灵，朱卫仁，金荣洪，任超凡，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31