方向图可重构天线的设计
无线通信的场景和功能变得越来越复杂，已经不再是单一的宏基站覆盖，而是一个集宏基站、微基站、物联网以及卫星为一体的综合互补覆盖。在城市和室内场景中，普遍存在多径效应、遮挡以及反射等现象，这就导致传统方案会出现覆盖盲区、失配以及用户丢失等问题。目前，解决这些问题的方案，主要是通过站点的部署或者站内集成多个不同辐射指向的天线，但是这样也导致了成本和尺寸的急剧增加。针对这些问题和挑战，近年来发展起来的可重构天线，可作为一种全新的选择。
方向图可重构天线的一些实现方法 方向图可重构天线原理和特性 参考文献
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方向图可重构天线的一些实现方法
通过引入开关等可调元件，可重构天线在不改变物理口径的前提下，实现了方向图、频率以及极化等电磁分量的调控。
其中，方向图可重构天线能够动态地切换波束，有效地解决或改善多径现象、提高抗干扰能力以及增大信道容量等，因此方向图可重构天线也是业界研究的热点和重点。
按照表面场调控原理，现有的方向图可重构天线工作，可大致分为四类：
1）多端口多波束可重构天线，
多端口可重构天线，通过馈电不同的端口，激励起天线上不同的谐振部分或不同的模式，调控获得不同的表面场分布，从而辐射出不同的方向图。继而，依次切换或组合激励各端口，就可以获得多个不同的辐射波束。
在实际的应用场景中，受限于射频链路的通道，通常需要额外的多端口开关切换电路，来选择不同的馈电端口与射频链路相连接使用。这就导致射频前端变得更为复杂。此外，多端口开关切换电路还引入了额外的损耗。因此，多端口多波束可重构天线在实际应用场景中存在一定的限制，特别是在小型化通信设备和空间受限场景应用中。
2）Yagi-Uda 类型的可重构天线，
相比于多端口多波束可重构天线，采用电子开关的可重构天线，能够更加敏捷且更加灵活地调控天线的表面辐射场分布，进而实现方向图的重构。Yagi-Uda 类型的可重构天线，主要是通过在天线（辐射源）的周围布设带有开关的反射器或引向器结构，用以对辐射源进行反射或引向作用，从而获得定向端射波束。
基于端射阵列原理的 Yagi-Uda 可重构技术，通常需要在辐射源以外，构造分离的反射器或引向器，这就使得可重构天线存在空间占用面积大、口径利用率低以及结构集成度差等问题和缺点。此外，如果要获得更多的定向波束，就需要对应配给相应数量的反射器或引向器，这就使得可重构天线结构和控制复杂度的急剧增加。因此，传统 Yagi-Uda 类型的可重构设计，在新一代无线通信应用中存在一定的局限，特别是在室内场景和小型化设备中。
3）互补源可重构天线，
互补源可重构技术，通过调控电偶极子或磁偶极子对应的相位或极化状态，组合出不同的场分布进而获得不同的波束。
相比于常规的 Yagi-Uda 方案，近年来新提出的互补源可重构天线，不需要在天线周围布置反射器或引向器，仅需要操纵同一口径下电偶极子或磁偶极子的相位或极化状态。因此，其具有更加紧凑的尺寸。然而，现有互补源可重构天线研究主要集中在近场谐振寄生天线和平面天线上，很少迁移到其他类型的天线上。由于辐射体的性能限制，现有的互补源可重构天线，在工作带宽、波束切换能力以及结构可靠性方面仍存在一些不足和问题，难以满足宽频带无线通信的应用需求。
4）液体驱动可重构天线。
通过调控液体的形态，改变了天线周遭的环境，构造出不同的辐射场分布，形成不同的波束指向。
相比于电控可重构技术，液体驱动可重构天线，消除了半导体开关带来的欧姆损耗。但是，液态媒介的控制，需要一套液泵驱动系统或机电伺服系统。在实际应用场景中，受限于液泵的工作机制，该类可重构天线存在着切换响应速度慢以及控制系统复杂等明显缺陷。因此，现有液体驱动可重构天线，难以满足高速率和低时延的无线通信应用要求。
方向图可重构天线原理和特性
方向图可重构天线的工作原理主要有以下几种：
利用八木天线原理：通过控制加载在辐射贴片上的二极管的通断，来实现引向器和反相器的变换，从而改变方向图。
单元天线方向切换：将单元天线放在不同的方向上，通过控制不同单元的连接来实现方向图的切换。
天线结构变换：通过控制加载在天线结构上的二极管状态，来变换天线的结构，从而实现辐射不同的方向图。
馈电网络改变：通过改变馈电网络上的馈电点位置，从而激发不同的天线模式，辐射不同的方向图。
性能特点
抗干扰能力强：方向图可重构天线可以调整天线的主波束朝着期望的方向，旁瓣或零陷对准干扰信号的方向，从而达到抗干扰的目的。
提高信号质量：通过控制天线的波束覆盖范围，合理地控制能量分布，从而减少对通信系统其它部分造成干扰，提高信号质量。
应用广泛：方向图可重构天线在卫星通信、导弹制导、军民用雷达等方面有着广泛的应用。
[1] 王崭.方向图可重构天线及其阵列研究[D].电子科技大学,2023.DOI:10.27005/d.cnki.gdzku.2023.005692.
[2] B. Zhang and Z. N. Chen, “Guided-wave Suppression in Uniaxial Anisotropic Metamaterial Slab for Radiation Pattern Control of Covered Dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propagat., pp. 1–1, 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3474799.
