隨(sui)著(zhe)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)和(he)雷(lei)達(da)係(xi)統(tong)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)

，使(shi)得(de)同(tong)一(yi)平(ping)台(tai)搭(da)載(zai)的(de)信(xin)息(xi)子(zi)係(xi)統(tong)數(shu)目(mu)增(zeng)加(jia)
，作(zuo)為(wei)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)中(zhong)信(xin)息(xi)出(chu)入(ru)必(bi)然(ran)通(tong)道(dao)的(de)天(tian)線(xian)而(er)言(yan)，其(qi)數(shu)量(liang)也(ye)相(xiang)應(ying)增(zeng)加(jia)，這(zhe)樣(yang)非(fei)常(chang)不(bu)利(li)於(yu)綜(zong)合(he)係(xi)統(tong)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)發(fa)展(zhan)，結(jie)構(gou)緊(jin)湊(cou)的(de)可(ke)重(zhong)構(gou)天(tian)線(xian)具(ju)有(you)改(gai)善(shan)這(zhe)種(zhong)不(bu)利(li)局(ju)麵(mian)的(de)巨(ju)大(da)潛(qian)力(li)。另(ling)外(wai)
，相(xiang)控(kong)陣(zhen)所(suo)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)波(bo)束(shu)電(dian)掃(sao)描(miao)能(neng)夠(gou)大(da)大(da)的(de)拓(tuo)展(zhan)其(qi)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)
，目(mu)前(qian)典(dian)型(xing)的(de)相(xiang)控(kong)陣(zhen)能(neng)掃(sao)描(miao)到(dao)的(de)角(jiao)度(du)僅(jin)為(wei)-45o 到+45 o
，綜(zong)合(he)分(fen)析(xi)

，造(zao)成(cheng)相(xiang)控(kong)陣(zhen)的(de)這(zhe)種(zhong)小(xiao)角(jiao)度(du)掃(sao)描(miao)範(fan)圍(wei)主(zhu)要(yao)由(you)兩(liang)個(ge)因(yin)素(su)導(dao)致(zhi)，其(qi)一(yi)是(shi)天(tian)線(xian)本(ben)身(shen)的(de)方(fang)向(xiang)圖(tu)特(te)性(xing)
，其(qi)二(er)是(shi)互(hu)耦(ou)的(de)存(cun)在(zai)，因(yin)此(ci)
，如(ru)何(he)拓(tuo)展(zhan)相(xiang)控(kong)陣(zhen)的(de)掃(sao)描(miao)範(fan)圍(wei)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)很(hen)熱(re)門(men)的(de)研(yan)究(jiu)熱(re)點(dian)。從(cong)某(mou)種(zhong)程(cheng)度(du)上(shang)而(er)言(yan)
，方(fang)向(xiang)圖(tu)可(ke)重(zhong)構(gou)天(tian)線(xian)的(de)提(ti)出(chu)能(neng)夠(gou)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)。

 

本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong雙shuang頻pin方fang向xiang圖tu可ke重zhong構gou介jie質zhi諧xie振zhen天tian線xian，該gai天tian線xian具ju有you兩liang個ge諧xie振zhen頻pin率lv
，通tong過guo控kong製zhi安an裝zhuang在zai饋kui電dian網wang絡luo上shang的de四si個ge開kai關guan，可ke以yi得de到dao，每mei個ge諧xie振zhen頻pin率lv對dui應ying四si個ge不bu同tong的de方fang向xiang圖tu
，從cong而er實shi現xian重zhong構gou;另ling外wai，對dui於yu同tong一yi種zhong開kai關guan狀zhuang態tai而er言yan，兩liang個ge諧xie振zhen頻pin率lv所suo對dui應ying的de方fang向xiang圖tu相xiang互hu對dui稱cheng。本ben文wen也ye提ti出chu了le應ying用yong該gai重zhong構gou天tian線xian單dan元yuan組zu成cheng的de相xiang控kong陣zhen，該gai陣zhen列lie采cai用yong稀xi布bu陣zhen列lie的de組zu陣zhen方fang式shi。研yan究jiu結jie果guo表biao明ming

，相xiang對dui於yu傳chuan統tong相xiang控kong陣zhen而er言yan，該gai相xiang控kong陣zhen具ju有you較jiao低di的de副fu瓣ban和he較jiao大da的de掃sao描miao範fan圍wei。

 

 

本文提出的可重構天線單元如圖1所示。

 

由一個挖掉內圓柱體的半球介質諧振器和底部的正交饋電網絡構成
，采用中心同軸饋電。

(a) 三維圖

(b) 底麵圖

 

圖1  雙頻介質方向圖可重構天線

 

該介質諧振天線的相對介電常數為εr=6，半徑為R=7.2mm,內部挖掉的圓柱的半徑和高度分別為r=6.6mm和3.5mm,四個半徑和長度分別為rpin=0.62mm和L=3.48mm金屬柱子分別固定在正交饋電網絡的末端上，正交饋電網絡的中心連接同軸探針
，且每個臂上均加有一個開關，分別定義為k1,k2,k3和k4。地板麵積為2.1λ0×2.1λ0，此處的λ0表示自由空間波長。

 

為了能夠更為精確地模擬實際開關
，該研究使用了真實開關的等效集總參數模型值，根據MA4GP905二極管的詳細參數表我們可以查到
，二極管導通時相當於一個Rload=3Ω的小電阻
，斷開時相當於一個Cload=0.025pF的小電容。通過控製這些開關的導通與截止，可以得到四中不同的輻射方向圖。當k1導通，其他開關斷開時，定義為狀態I,依此類推，可以得到狀態II,III和狀態VI。

 

 

該天線使用三維高頻電磁仿真軟件HFSS10.0進行仿真。狀態I和狀態II的仿真回波損耗如圖2所示。從圖中可以看出，該提出的天線工作在兩個頻率,分別為f=10.8GHz和f=13.5GHz。

圖2  回波損耗曲線

 

圖3和圖4分別給出了狀態I和狀態II在兩個諧振頻率的仿真E麵輻射方向圖。由輻射方向圖可以看出，通過對開關狀態的調節，可以得到不同的輻射方向圖。由於對稱性，這裏就不給出狀態III和狀態VI的輻射方向圖了。

圖3  天線在f=10.8GHz狀態I和狀態II的仿真輻射方向圖

圖4  天線在f=13.5GHz狀態I和狀態II的仿真輻射方向圖

 

 

該陣列由上麵給出的可重構單元組成,為了避免柵瓣的出現和盡量減少天線單元之間的互耦，本文采用非均勻的布陣方式進行組陣，也就是稀布陣排列[6-7]，三維結構如圖5所示。該陣列由12個單元組成(No.1~No.12)，沿x軸分布，間隔分別為d1~d11,各個單元位置由下麵的公式可以計算出：

θ0代表陣列輻射方向圖的主瓣方向。我們假定每個可重構天線單元的狀態都一致，取狀態I。

圖6給(gei)出(chu)了(le)該(gai)相(xiang)控(kong)陣(zhen)前(qian)六(liu)個(ge)激(ji)勵(li)端(duan)口(kou)的(de)仿(fang)真(zhen)回(hui)波(bo)損(sun)耗(hao)和(he)和(he)前(qian)七(qi)個(ge)天(tian)線(xian)的(de)相(xiang)鄰(lin)單(dan)元(yuan)的(de)耦(ou)合(he)係(xi)數(shu)曲(qu)線(xian)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，各(ge)個(ge)端(duan)口(kou)匹(pi)配(pei)良(liang)好(hao)，且(qie)互(hu)耦(ou)隨(sui)著(zhe)間(jian)隔(ge)的(de)增(zeng)大(da)而(er)較(jiao)小(xiao)。

由於輻射方向圖在同一開關狀態下的兩個諧振點的方向圖基本對稱
，這裏僅給出了該相控陣工作在狀態I且頻率為f=10.8GHz的輻射方向圖。從該方向圖可以看出，該相控陣工作在狀態I且f=10.8GHz時能從-84o掃描到0o，根據對稱性

，如果該天線工作在該狀態且f=13.5GHz時，則該相控陣能夠實現從0o掃描到84o。同理
，如果每個天線單元均取狀態II的話則在f=10.8GHz時能夠從0o掃描到84o

，在f=13.5GHz時能夠從-84o掃描到0o，也就是說，通過重構開關狀態或者變化工作頻率
，該相控陣都能夠實現從-84o掃描到84o的掃描，相對於普通的相控陣而言，該陣列極大地拓展了掃描範圍。

圖7  該相控陣隨著主瓣方向變化的輻射方向圖

 

 

本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong雙shuang頻pin新xin型xing介jie質zhi諧xie振zhen方fang向xiang圖tu可ke重zhong構gou天tian線xian單dan元yuan，通tong過guo重zhong構gou天tian線xian饋kui電dian網wang絡luo上shang的de開kai關guan狀zhuang態tai

，該gai天tian線xian能neng夠gou實shi現xian在zai每mei個ge諧xie振zhen頻pin點dian上shang能neng夠gou重zhong構gou四si個ge不bu同tong的de輻fu射she方fang向xiang圖tu。同tong時shi，本ben文wen應ying用yong該gai天tian線xian單dan元yuan組zu成cheng了le性xing能neng優you良liang的de稀xi布bu相xiang控kong陣zhen
，通tong過guo重zhong構gou開kai關guan狀zhuang態tai
，該gai相xiang控kong陣zhen的deE麵方向圖的3dB波束帶寬基本能實現θ=-90o 到 90o的掃描。