CN117394004B - 一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于极化可重构共形阵列天线技术领域，提出了一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线。极化可重构共形阵列天线，包括微带贴片天线、可重构馈电网络；首先设计了一种小型化、高效率、极化可重构的辐射元件，其特点是在元件中心加载短路针以简化结构，并在贴片角处开4个槽以实现尺寸小型化。在圆形辐射贴片背面设计了一个基于4个PIN二极管的可重构馈电网络，尽管只有四个二极管和两条偏置线，但该元件可以灵活地在两个正交线性极化以及左旋圆极化和右旋圆极化模式之间切换其极化状态。此外，在极化可重构天线的基础上，设计了一种共形稀疏阵列，提高了无人机通信***的增益、覆盖范围和定向灵活性。共形阵列在满足与无人机机身能够很好的共形的性能之外，组成的阵列进一步提高了整个天线***的增益，具有大角度的波束扫描范围，同时天线的多种极化有利于降低多径的干扰，保证了信道容量和信号质量的提升。
Description
技术领域
本发明属于极化可重构共形阵列天线技术领域，具体涉及一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线。
背景技术
随着现代无线通信***在各种复杂多变的环境中使用，对无线通信***的各项性能要求也越来越严格，针对山地密林场景的多种应用需求，例如森林安全监测、森林灾害救援、无人机因为不受空间与地形限制，效性强、机动性好、巡查范围广等优点被广泛应用于无线通信***；
首先，基于无人机的空对地通信天线***必须具有满足无人机作业的工作特性，适用于无人机的气动特性的天线***必须满足小尺寸、轻重量；其次，为了最大限度地减少空对地无线通信的衰落损耗、多径反射和同信道干扰，天线分集技术作为提高信道容量和信号质量的方法一直是研究热点；其中，极化可重构天线可以根据无线应用实时环境和通信要求的需要，切换相应的极化模式；实现极化分集和频率分集，提高信道容量；此外多极化避免了单极化***所需要的精确对准的要求，也有利于降低在复杂传播环境下多径反射和极化失配造成的信号损耗，提高通信的质量。
随着极化可重构天线技术的发展，目前实现极化可重构的技术主要有三种：
一种是在辐射贴片上加入扰动，利用PIN二极管、MEMS等开关的通断来重构辐射天线的电流分布使天线极化状态发生改变；但是引入扰动可能导致天线性能的不稳定，使得对多极化性能的精确控制和稳定性变得更加困难；
一种是在天线结构中集成多个天线单元，通过调节各个单元的驱动电流或相位来实现不同的极化状态；这种方法存在一些潜在的缺点：例如多个天线元件会导致***更加复杂、功耗增加和天线元件之间的互相干扰；
还有一种是通过馈电网络或移相器对激励进行重构，用不同的电流路径来实现不同的极化方式；但是由于其pin管数量较多，将导致天线效率较低，不利于无人机高效电源管理；由于空对地通信中通常会存在较高路径损耗，所以天线的增益是需要重点考虑的一个方面；单个天线单元的增益往往是有限的，很低的增益会导致信号的接收质量下降、通信距离缩短和信号方向性减弱；为了克服空对地通信的高路径损耗，将天线组装成高增益阵列是一个简单有效的解决方案；
因此，为了满足有多种极化、高方向性、高增益和宽扫描角度的性能要求，急需设计一种适用于固定翼无人机的圆柱机身的具有多种极化模式的共形阵列天线***。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，针对现有的无人机天线***的高剖面、低增益、极化单调，对于无人机天线，较高的剖面会影响无人机的气动特性，较低增益会导致接收端信号质量差，本文设计一款能与无人机机身共形的天线阵列，在满足与无人机机身能够很好的共形的性能之外，组成的阵列进一步提高了整个天线***的增益，具有大角度的波束扫描范围，同时天线的多种极化有利于降低多径的干扰，保证了信道容量和信号质量的提升。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，包括微带贴片天线和可重构馈电网络。
微带贴片天线通过与可重构馈电网络粘连组合成一个具有四种极化的天线单元，该单元长宽高为100mm×100mm×5.8mm；一分九移相耦合器由微带线构成，其介质基底选取的材质为F4BM220。
所述微带贴片天线和可重构馈电网络均由设计方法组合，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rp1的圆形辐射贴片，并在所述圆形辐射贴片四周刻蚀四个长为lr1宽为wr1矩形缝隙，实现整个天线单元的小型化；
其中，rp1为34mm；矩形缝隙的长lr1和宽wr1分别为14mm和6mm；
步骤S1.2：在所述圆形辐射贴片下方加载一块边长为L的以及厚度为h1方形介质基底，使所述方形介质基底边缘离圆形辐射贴片边缘保持十分之一自由空间波长，以保证辐射能量不会过度泄露到介质基底的背面；
其中，L为100mm，h1为5mm；介质基底的型号是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；
步骤S1.3：在所述介质基底没有圆形辐射贴片的另一面敷上厚度为1盎司的铜膜充当接地板，所述接地板与介质和圆形辐射贴片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的圆心与其在接地板对应位置加载一根半径为rf以及长度为L2的金属短路针，以实现天线的小型化和提供直流偏置的接地；并且在所述圆形辐射贴片没有缝隙的对角线位置离圆心距离ri1的位置加载两个半径为rf以及长度为L3的金属针，以提供交流信号的输入；
其中ri1和rf分别为0.6mm与9mm，L2与L3分别为5mm与5.8mm；
步骤S2、设计可重构馈电网络，具体包括如下步骤：
步骤S2.1、在所述步骤S1所加载的接地板另一面在加载一块边长为L，厚度为H2的所述介质基底作为可重构馈电网络的介质基底；
其中，所述介质基底型号为F4BM220，厚度H2为0.8mm；
步骤S2：在所述介质基底的另一面设计可重构馈电网络的电路；
步骤S2.1：在特性阻抗为Z1的所述微带线TL1的一端连接两个PIN管D1、D2；保证通过控制所述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，防止直流影响射频信号，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，改变D1正极D2负极的电压大小，其输入端为Pv1；
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；Z1为50欧姆，所述微带线的宽度为3.54mm；所述PIN管的型号为BAR64-02V；
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；
其中所述TL2与TL2′是特性阻抗为Z1以及长度为四分之一波长的微带线；
步骤S2.3：在所述微带线TL2、TL2′的另一端a1、a1′处连接两根阻抗变换线TL3、TL3′，使所述a1与a1′处的阻抗Za1和Za2能够变换实现阻抗匹配；
其中所述TL3、TL3′的特性阻抗为Z2以及长度为四分之一波长的阻抗变换线；Z2的大小为：
步骤S2.4：在所述a1与a1′之间连接两根特性阻抗为Z1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；
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Pv2，电感隔绝射频信号；
步骤S2.6：在所述b1、b1′处连接两个长度相同，特性阻抗为Z1的所述微带线作为可重构馈电网络的输出端P2、P3；所述P2、P3与微带贴片天线两个金属馈电针相连保证可重构馈电网络与圆形辐射贴片之间信号的传输；
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，起到通交流信号，隔直流信号的作用；
步骤S3：将双端口馈电的所述微带贴片天线接地板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rc，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d1和d2，保证阵列中天线单元之间互耦较低时增大阵列的波束扫描范围；
其中rc为500mm，d1和d2分别为120mm和104mm。
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。
本发明取得的技术效果为：
本发明的一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，与常规的极化可重构天线相比，具有体积小、多种极化方式，具有高效的抗多径影响的优点。
本发明的一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，相比于其他多极化微带天线，其大量的PIN管和集总元件会导致天线的损耗加大。本天线单元创新性的在圆形辐射贴片的中心位置处放置了一根金属短路针，在不影响各种极化的辐射性能的情况下降低了偏置网络结构的复杂度，提高了天线的效率。
本发明的一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，方法中的可重构馈电网络，考虑到目前基于可重构馈电网络结构复杂，本设计中可重构馈电网络支路可以在四种极化下复用，因此具有成本低、易于制造的优点。
本发明的一种基于无人机通信的多极化可重构共形阵列天线，将9个极化可重构单元组成一个与圆柱面共形的9元阵列，提高在天线的增益，从而提高信号的通信质量。同时，整个天线***具有波束扫描的能力，能够实时的改变波束扫描区域。并且由于采用了共形的结构，可以很大程度上降低对无人机飞行的气动特性的影响。为了进一步提高波束的覆盖范围，将9元方阵以稀疏的方式均匀地布置在圆柱表面，实现了更大地波束扫描范围。因此，本申请所述的用于无人机通信的四极化可重构共形阵列天线在应急救援通信领域有着非常大的应用前景。
附图说明
图1极化可重构天线单元结构图；
图2微带贴片天线散射参数；
图3可重构馈电网络电路原理图；
图4PIN二极管等效电路图；
图5可重构馈电网络工作在四种状态电路图；
图6状态1下可重构馈电网络等效电路图；
图7状态1下可重构馈电网络仿真散射参数图；
图8状态3下可重构馈电网络等效电路图；
图9状态3下可重构馈电网络仿真散射参数与相位关系图；
图10极化可重构天线单元工作在-45°LP模式下的反射系数图；
图11极化可重构天线单元工作在+45°LP模式下的反射系数图；
图12极化可重构天线单元工作在RHCP模式下的反射系数图；
图13极化可重构天线单元工作在LHCP模式下的反射系数图；
图14极化可重构天线单元工作在两种线极化模式的增益图；
图15极化可重构天线单元工作在两种圆极化模式的增益与轴比曲线图；
图16极化可重构天线单元工作在-45°LP模式下E面的辐射方向图；
图17极化可重构天线单元工作在-45°LP模式下H面的辐射方向图；
图18基于圆柱的共形稀疏阵列的仿真模型；
图19计算阵列元素所需相位关系原理图；
图20共形子阵列工作在-45°LP模式下阻抗曲线图；
图21共形子阵列工作在RHCP模式下阻抗曲线图；
图22共形子阵列工作在-45°LP模式下三个扫描角度的增益曲线图；
图23共形子阵列工作在RHCP模式下三个扫描角度的增益与轴比曲线图；
图24共形子阵列工作在RHCP模式E面辐射方向图；
图25共形子阵列工作在RHCP模式H面辐射方向图；
图26为本发明的设计方法的流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、可重构馈电网络；2、接地板；3、介质基底；4、圆形辐射贴片；5、金属短路针；6、金属馈电针。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
本发明所述的用于无人机通信的四极化可重构共形阵列天线包括小型化微带贴片天线与馈电可重构电路以及共形阵列。
实施例一：
参阅图1-26，本实施例设计了一个小型化的微带贴片天线，微带贴片天线的设计方法对应发明内容的步骤S1，如图26所示，包括圆形辐射贴片4、介质基底3、金属短路针5和接地板2，该天线的具体结构如图1所示，在介电常数相对较低的厚度为h1的F4BM220介质基底3上设计了半径为rp1的小型化且为金属材质的圆形辐射贴片，其接平面印刷在同一介质基底3背面，对于所提出的散热器，四个尺寸为lr1×wr1的矩形槽被对称切割以延长电流路径以减小尺寸。
为了实现四极化重构和增加CP模式的轴比带宽，根据极化可重构网络确定的信号的幅度和相位的关系，采用了两个馈电端口P1和P2激励天线。对于任意一种偏振模式，总辐射场为图1中由端口P1和P2独立产生的两个正交的电场的矢量叠加。
由于圆形辐射贴片在两个正交场下都工作在TM11模式，因此贴片中心的电场强度为零。因此，加载在圆心的金属短路针5对所有可重构极化的辐射场影响很小，其可以大大简化直流偏置电路的设计。
在圆形辐射贴片4的圆心与其在接地板2对应位置加载一根半径为rf以及长度为L2的金属短路针5；并且在圆形辐射贴片4没有缝隙的对角线位置离圆心距离ri1的位置加载两个半径为rf，长度为L3的金属针，以提供交流信号的输入；
其中ri1和rf分别为0.6mm与9mm，L2与L3分别为5mm与5.8mm。
图2为被端口1独立激励时辐射元件的模拟散射参数；微带贴片天线在1.5GHz频率下具有约40MHz的-10db阻抗带宽，并且在工作频带上具有高于30dB的端口隔离；此外，短引脚对天线的S11几乎没有影响，而四个矩形槽的加载有效地减小了10％的圆形辐射贴片尺寸。
该案例的工作过程如下：当两个馈电端口其中一个输入信号单独工作时，微带贴片天线工作在一种线极化模式，当两个馈电端口同时有信号输入时，且信号的幅度相等，相位相差90°时，其工作在一种圆极化模式。
实施例二：
本实施例设计了一个用于微带贴片天线工作在四种极化模式的可重构馈电网络1，并且将微带贴片天线与可重构馈电网络1组合成一个四极化可重构天线单元，设计方法对应发明内容的步骤S2，可重构馈电网络1包括射频网络和直流偏置网络，其具体布局如图3所示。
可重构馈电网络1主要由两部分组成:一个具有两个输入端口(即Pv1和Pv2)的直流偏置电路和一个3端***频网络(具有输入端口Pin和输出端口Po1和Po2)，集成了四个型号为BAR64-02VPIN二极管(即D1，D2，D3和D4)作为开关，其OFF和ON状态的等效电路模型如图4所示，直流偏置电路由宽度为w3的两条微带线(即TLV1和TLV2)和一系列集总元件组成，包括两个50-pF电容和两个用于DC和RF隔离的1-nH电感，通过控制电压V1和V2来接通或关闭PIN二极管，可重构馈电网络1可以在如图5所示的四种可重构状态下工作。
当PIN二极管D1导通，D2至D4关断时，可重构馈电网络1工作在状态1，其等效电路模型如图6所示，当射频信号从输入口Pin流入输出口Po1，等效电路由四条特征阻抗为Z50(或50Ω)的传输线TL2、TL3、TL5、TL6和一条特征阻抗为Z35.36(或35.36Ω)的传输线TL4组成，考虑开放式并联支路TL3和TL5的长度为1/8导波长，串行支路TL4的长度为1/4导波长，则节点b和a处的输入阻抗Zb和Za2可计算为：
节点b处的输入阻抗Za1可进一步导出为：
显然，在输入端口Pin处了阻抗匹配，图6为可重构馈电网络1运行在状态1和状态3时的模拟散射参数，将端口Pin、Po1、Po2分别记为1、2、3。如图7所示，在1.5GHz左右的频率下，两种状态的反射系数S11均小于-15dB，对于工作状态1，在1.45～1.55GHz频率范围内，传输系数S21在-0.95dB以上，并且S31低于-15dB在相应频段内。
当PIN二极管D1、D3和D4导通，D2关断，可重构馈电网络1工作在状态3，从端口Pin馈送的RF信号流入端口Po1和Po2，其等效电路如图8所示，由于二极管D2关闭，传输线TL2′变成了一个开放的四分之一波长线；根据微带线传输理论，此时节点e作为一个虚拟地，导致线路TL3和TL4′成为短端四分之一波长线。
同时，在节点a和节点c上分别为线路TL3和TL4′实现了虚拟开放条件，因此，可重构馈电网络1类似于一个T结3db功率分压器，如图8所示；分支TL4作为四分之一波长阻抗互感器，保证节点a或输入端Pin处阻抗匹配良好。
此外，由于分支TL5的长度为四分之一导波长，因此端口Po1和Po2的输出信号相位差为90°；当PIN二极管D2导通，D1、D3和D4关断时，可重构馈电网络1工作在状态2；当PIN二极管D2、D3和D4导通，D1关断，可重构馈电网络1工作在状态4；由于电路的对称性，可重构馈电网络1工作在状态2和状态4将分别表现出与状态1和状态3相似的性能。
从图9可以看出，在1.5GHz左右频率下，状态3的传输系数S21和S31分别约为3.3dB和-3.6dB；此外，Po1和Po2端口输出信号的相位差在工作频带内约为90°。
通过粘连技术，将微带贴片天线的接地板2与可重构馈电网络1粘合在一起，粘连的时候需要保证可重构馈电网络1的两个输出端口与微带贴片天线的两个输入端口相连接，保证射频信号能够输出；由于可重构馈电网络1和天线的结构对称性，两个正交的LP或CP模式的反射系数非常相似。
并且可重构馈电网络两个输出端口P2与P3分别与圆形辐射贴片的两个馈电端口通过半径为rf的金属馈电针6进行连接。
如图10，图11所示，在两种LP工作模式下，S11小于-10dB的实测阻抗带宽约为55MHz(即1.475～1.53GHz)，比仿真结果宽5MHz。
另一方面，从图12，图13中可以看出，天线在两种CP模式下的阻抗带宽为75MHz(即1.465～1.54GHz)，也比模拟带宽(即1.47～1.54GHz)宽5MHz。
如图14、图15所示，天线单元工作在四种极化状态增益均大于6dBi，此外，图15给出了圆极化的3db轴比带宽约为1.485至1.505GHz(约1.3％)，由于两种线极化与两种圆极化的辐射方向图具有相似性，图16、图17分别给出了在1.49GHz下线极化的模拟和测量辐射图，天线的e面和h面半功率波束宽度在LP模式为-35°～35°，这有利于宽波束天线形成共形阵列天线，降低扫描损耗。
实施例三：
本实施例提出的用于无人机通信的四极化可重构共形阵列天线，如图18所示，所提出的共形稀疏阵列附着在半径为rc的圆柱体表面，其中9个辐射单元形成一个3×3的共形子阵列，为稀疏设计，在圆柱底部均匀间隔布置三个九元共形子阵列，将三个角间距为60°的子阵列进行排列，通过电磁仿真和优化，可以获得180°×50°的较宽扫描范围，整个共形阵列使基于无人机的空对地通信覆盖面积相对较大。
对于每个共形子阵，需要计算所有辐射单元所需的相位关系，如图19所示，以柱面中心为原点建立全局坐标系，辐射单元位置的参数方程可以描述为：
式中rc为圆柱体半径，tn和θn分别为第n个辐射单元的轴向位置和角向位置，因此，辐射单元的位置向量可表示为：
OOn＝(tn,rc sinθn,rc cosθn)
另一方面，任意远场点P(θ，φ)在球坐标系下的位置向量表示为：
dn＝OOn.rop
因此，第n个辐射元所需的相位补偿为：
Δθn＝-2πdn/λ
通过仿真软件HFSS和实验测试，证实可重构共形子阵列的辐射性能；为了方便测量，我们使用三个相移网络来改变阵列的波束扫描角度；首先利用高频结构模拟器软件(HFSS)和先进设计***(ADS)计算了与三个9路移相耦合器配合的共形子阵列的模拟反射系数。
具体方法是：
首先通过HFSS获取共形阵和相移网络的全部散射参数，然后在ADS中对组合网络进行建模和仿真；
如图20所示，测量结果表明，在-45°LP模式下，实测的S11<-10dB的工作带宽约为125MHz(即1.45～1.575GHz)，比模拟结果略宽；
同样，由图21可知，在RHCP模式下，S11<-10dB的实测带宽约为125MHz(即1.45～1.575GHz)，仿真结果与LP模式相同；
图22展示的是天线子啊在-45°LP模式下，波束转向角为(0°、25°)、(0°、0°)和(90°、30°)时的峰值增益分别约为13.8dBi、14dBi和13.7dBi；
由图23可以看出，在波束转向角为(0°、25°)、(0°、0°)和(90°、30°)时，RHLP模式的峰值增益分别为14.1、14.8和14.2dBi；
此外，在两个波束转向角度下，实测的3dbAR带宽为1.485～1.505GHz(约1.3％)，比模拟结果(1.49～1.51GHz)左移5MHz；
图24与图25显示了极化可重构共形阵列在1.49GHz下RHCP的归一化测量和模拟辐射图，可以清楚地看到光束转向(0°，25°)、(0°，0°)和(90°，30°)方向；此外，E面和H面交叉极化水平均低于-15dB；在两个主平面上，RHCP模式在三个方向上的交叉极化均小于-18dB；另外，在两个主平面上，共形阵列的半功率波瓣宽度在30°左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
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如下步骤进行设置：
步骤S1：设置微带贴片天线，包括如下步骤：
步骤S1.1：设计半径为rp1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lr1宽为wr1矩形缝隙；其中，rp1为34mm；所述矩形缝隙的长lr1和宽wr1分别为14mm和6mm；
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h1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；
其中，L为100mm，h1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；
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rf以及长度为L2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ri1的位置加载两个半径为rf，长度为L3的金属针，以提供交流信号的输入；
其中ri1和rf均为为0.6mm，L2与L3分别为5mm与5.8mm；
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，包括如下步骤：
步骤S2.1：在特性阻抗为Z1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w3直流偏置线TLV1，改变所述D1正极和D2负极的电压大小；
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；Z1为50欧姆，所述微带线的宽度为3.54mm；
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Za1和Za2能够变换实现阻抗匹配；
其中所述TL3、TL3′的特性阻抗为Z2以及长度为四分之一波长的阻抗变换线；所述Z2的大小为：
步骤S2.4：在所述a1与a1′之间连接两根特性阻抗为Z1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；
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Pv2；
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Z1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；
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：设置用于无人机通信的四极化可重构共形阵列天线，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rc，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d1和d2；
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。
2.根据权利要求1所述的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：所述步骤S1.1中圆形辐射贴片(4)的介质基底(3)是材质为F4BM220以及厚度为h1的基板，其包括三个金属化的通孔，三个所述通孔位置分别对应着圆形辐射贴片(4)的两个馈电端口和圆心。
3.根据权利要求1所述的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：所述步骤S2.1中特征阻抗为Z1的微带线TL1一端连接的两个PIN二极管的正负极方向一致，一个所述PIN二极管D1正极与TL1相连，另一个所述PIN二极管D2负极与TL1相连。
4.根据权利要求1所述的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：所述步骤2.2中TL2与TL2′是特性阻抗为Z1以及长度为四分之一波长的微带线。
5.根据权利要求1所述的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：所述步骤S2.3中TL2与TL2′另一端接入长度为四分之一波长的阻抗变换器TL4与TL4′，其阻抗为Z2。
6.根据权利要求1所述的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：所述步骤S2.5中TL4中部位置由一个1nH电感连接一根宽度为w3直流偏置线TLV2。
7.根据权利要求1所述的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：所述步骤S2.5中TL4与TL4′两端分别用两段长度为四分之一波长以及阻抗为Z1的微带线TL3，TL5连接，且所述微带线的中间位置加载两个PIN二极管D2、D3，两个所述PIN二极管正负极一致。
8.根据权利要求1所述的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：所述步骤S2.6中可重构馈电网络(1)两个输出端口P2与P3分别与圆形辐射贴片(4)两个馈电端口通过半径为rf金属馈电针连接。
9.根据权利要求1所述的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：所述步骤S4.1中所述rc为500mm，所述d1和d2分别为120mm和104mm。
10.根据权利要求1所述的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：所述步骤S4.2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。
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