一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线

专利主权项内容

1.一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，其特征在于：包括微带贴片天线、可重构馈电网络(1)、四极化可重构微带天线以及四极化可重构共形阵列天线，所述微带贴片天线、可重构馈电网络(1)、四极化可重构微带天线以及四极化可重构共形阵列天线均由设计方法组合，所述设计方法包括如下步骤：步骤S1：设计微带贴片天线，具体包括如下步骤：步骤S1.1：设计半径为r的圆形辐射贴片(4)，并在所述圆形辐射贴片(4)四周刻蚀四个长为l宽为w矩形缝隙；其中，r为34mm；所述矩形缝隙的长l和宽w分别为14mm和6mm；p1r1r1p1r1r1步骤S1.2：在所述圆形辐射贴片(4)下方加载一块边长为L的以及厚度为h的方形介质基底(3)，使所述方形介质基底(3)边缘离圆形辐射贴片(4)边缘保持十分之一自由空间波长；1其中，L为100mm，h为5mm；介质基底(3)的型号是F4BM220，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009；十分之一自由空间波长指的是天线谐振在中心频率时电磁波在自由空间中对应的波长；1步骤S1.3：在所述介质基底(3)没有圆形辐射贴片(4)的另一面敷上厚度为1盎司的铜膜充当接地板(2)，所述接地板(2)与介质和圆形辐射贴片(4)构成一个完整的微带贴片天线；步骤S1.4：在所述圆形辐射贴片(4)的圆心与其在接地板(2)对应位置加载一根半径为r以及长度为L的金属短路针(5)；并且在所述圆形辐射贴片(4)没有缝隙的对角线位置离圆心距离r的位置加载两个半径为r，长度为L的金属针，以提供交流信号的输入；f2i1f3其中r和r均为为0.6mm，L与L分别为5mm与5.8mm；i1f23步骤S2：在所述介质基底(3)的另一面设计可重构馈电网络(1)的电路，具体包括如下步骤：步骤S2.1：在特性阻抗为Z的所述微带线TL1的一端连接两个PIN管D1、D2；保证通过控制PIN管的通断来改变交流信号的路径；并且在所述微带线TL1靠近输入端位置加载一个电容值为50nF的隔直流电容，再在所述电容与PIN二极管中间用电感值为1nH的电感引入一根直流偏置线，所述电感连接着一根宽度为w直流偏置线TL，改变所述D1正极和D2负极的电压大小；13V1其中，所述TL1没有连接PIN管的一端作为整个可重构馈电网络交流信号的输入端P1；Z为50欧姆，所述微带线的宽度为3.54mm；1步骤S2.2：在所述D1、D2的另一端分别连接微带线TL2、TL2′，使所述D1或者D2只有一个导通时实现阻抗匹配，能量不会反射；步骤S2.3：在所述微带线TL2、TL2′的一端a1、a1′处连接两根阻抗变换线TL3、TL3′，使所述a1与a1′处的阻抗Z和Z能够变换实现阻抗匹配；a1a2其中所述TL3、TL3′的特性阻抗为Z以及长度为四分之一波长的阻抗变换线；所述Z的大小为：22步骤S2.4：在所述a1与a1′之间连接两根特性阻抗为Z以及长度为八分之一波长的微带线TL3、TL3′，并且在所述TL3与TL3′之间加载第三个PIN管D3；以便通过控制所述D3的通断状态来改变可重构馈电网络的工作模式；1步骤S2.5：在两根所述阻抗变换线TL3、TL3′的另一端b1、b1′之间重复步骤S2.4，加载所述微带线为TL4、TL4′和在它们之间加载PIN管D4；以便通过控制所述PIN管D4的通断状态和D3共同来改变可重构馈电网络的工作模式；并且在所述TL4中部用大小为1nH的电感引入一根直流偏置线，其输入端为P；v2步骤S2.6：在所述b1、b1′处连接两个长度相同以及特性阻抗为Z的微带线作为可重构馈电网络(1)的输出端P2、P3；所述P2、P3与微带贴片天线两个馈电金属针(6)相连保证可重构馈电网络(1)与圆形辐射贴片(4)之间信号的传输；1步骤S2.7：在所述微带线TL6处加载一个贴片电容，容值大小为50nF；步骤S3：将双端口馈电的所述微带贴片天线的接地板(2)与可重构馈电网络粘合在一起构成四极化可重构天线单元，使所述可重构馈电网络(1)的两个输出端口与微带贴片天线的两个输入端口对其连接，从而保证射频信号的输入；步骤S4：设计用于无人机通信的四极化可重构共形阵列天线，具体包括如下步骤：步骤S4.1：将所述步骤S3的9块所述四极化可重构天线单元按照曲面的方式组成一个9元曲面方阵，该曲面对应圆柱半径为r，所述天线单元沿着轴线和圆周的方向与相邻天线的距离分别为d和d；c12步骤S4.2：将所述步骤S4.1中的9元曲面阵列按照沿圆周旋转60°的方式均匀的布置3个9元曲面阵，实现了在圆柱一面的180°波束覆盖范围。