一种光控方向图可重构微带天线制造技术

一种光控方向图可重构微带天线，属于天线技术领域。本发明专利技术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，本发明专利技术只需加载一个光控微波开关，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，涉及方向图可重构天线，尤其是方向图可重构微带天线。
技术介绍
随着无线通信技术的迅速发展，要求天线的特性參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-Sj 2000. 835-838, Elmaranj Iao-Mak Chio. Liang-Yu Chen，et al)，，以及又献“A pattern reconf igurablemicrostrip 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，通过设计多辐射単元的天线阵列，改变阵列単元的馈入电流(或电压)相位和幅度的大小，实现方向图可重构的功能。但是这种技术需要釆用较多的高精度相移馈电网絡，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，切換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“ApatternrecomigurabIe microstrip parasitic array(IEEE Trans. On Antennas ana 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ー个重要部分；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，増加了天线设计难度。由于电子开关在方向图可重构天线中存在ー些不可避免的缺陷，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 beamreconngurable antenna using photoconducting switches I IEEE Transactions onAntennas 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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术技术方案如下一种光控方向图可重构微带天线，如图I 3所示，包括方向图可重构微带天线；所述方向图可重构微带天线为一个二元八木结构的微带天线，包括分别位于介质层两面的 金属辐射图形和金属地板。所述金属辐射图形由位于介质基板表面4的主辐射金属贴片3和寄生金属贴片2构成其中主辐射金属贴片3为一个T型金属贴片(作为所述方向图可重构微带天线的主辐射器)；寄生金属贴片2为一个中间开有槽缝的矩形金属贴片(用于调控所述方向图可重构微带天线的辐射方向图)。寄生金属贴片2靠近主辐射金属贴片3的T字头宽边，主辐射金属贴片3和寄生金属贴片2形成一个左右对称的图形结构，对称轴线AA’为一条与T型金属贴片中心轴线相重合直线，寄生金属贴片2的槽缝垂直于对称轴线AA’。寄生金属贴片2的槽缝与对称轴线AA’的交叉点处安装有一个光控开关，所述光控开关的两个电极分别连接于槽缝两边的微带线上。上述光控方向图可重构微带天线，如图2所示，所述介质基板4安装于凹形结构的金属地板5上,使得介质基板4与金属地板5之间具有一层空气介质层6。上述光控方向图可重构微带天线，如图3所示，所述光控方向图可重构微带天线采用同轴接头7馈电，所述同轴接头7的外导体与金属地板5电气连接，所述同轴接头7的内导体穿过金属地板5与介质基板4的过孔与主辐射金属贴片3的馈电点8电气连接。本专利技术提供的光控方向图可重构微带天线，由激光光源对位于寄生贴片槽缝中间的光控开关进行控制。当激光连续照射在光控微波开关上时，开关导通，为“0N”状态。此时，槽缝的中间开关位置对表面电流表现为通路，而槽缝的其他位置对表面电流表现为开路，寄生贴片的表面电流方向如图5(a)所示。当激光不照射光控微波开关时，开关不导通，为“OFF”状态。此时，整个槽缝对寄生贴片的表面电流表现为开路，寄生贴片的表面电流方向变为图5 (b)所示。由微带天线理论可知，金属贴片天线的等效电路可以看作是串联的RLC电路，如图5 (c)所示，其阻抗大小可表示为Z = / ω + . + R = /(2π JL - -~—) + R,(I) jcoLInjL其中L、C、R、f分别表示金属贴片的等效电感值、等效电容值、等效电阻值和天线的工作频率。当光控开关处于“0N”状态且天线以谐振频率f-工作时，天线等效电抗为0，呈现纯电阻特性，等效阻抗为Zon=Ron, (2)此时天线主波束将位于方向图的法向方向。“ 0N”状态下寄生贴片的表面电流等效路径长度Im与谐振波长的关系为权利要求1.一种光控方向图可重构微带天线，包括方向图可重构微带天线；所述方向图可重构微带天线为一个二元八木结构的微带天线，包括分别位于介质层两面的金属辐射图形和金属地板；所述金属辐射图形由位于介质基板(4)表面的主辐射金属贴片(3)和寄生金属贴片(2)构成其中主辐射金属贴片(3)为一个T型金属贴片；寄生金属贴片(2)为一个中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光控方向图可重构微带天线，包括方向图可重构微带天线；所述方向图可重构微带天线为一个二元八木结构的微带天线，包括分别位于介质层两面的金属辐射图形和金属地板；所述金属辐射图形由位于介质基板（4）表面的主辐射金属贴片（3）和寄生金属贴片（2）构成：其中主辐射金属贴片（3）为一个T型金属贴片；寄生金属贴片（2）为一个中间开有槽缝的矩形金属贴片；寄生金属贴片（2）靠近主辐射金属贴片（3）的T字头宽边，主辐射金属贴片（3）和寄生金属贴片（2）形成一个左右对称的图形结构，对称轴线AA’为一条与T型金属贴片中心轴线相重合直线，寄生金属贴片（2）的槽缝垂直于对称轴线AA’；寄生金属贴片（2）的槽缝与对称轴线AA’的交叉点处安装有一个光控开关，所述光控开关的两个电极分别连接于槽缝两边的微带线上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德双，兰立涛，王秉中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：