一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與人類通信與日倶增的需求，無線通信朝著多功能、小型化、結(jié)構(gòu)簡單等方向發(fā)展，可重構(gòu)天線正是在這種背景下應(yīng)運而生。可重構(gòu)天線可解決傳統(tǒng)天線同一平臺上搭載多天線引起的電磁兼容問題，并且可以節(jié)約系統(tǒng)成本，減小占用體積。方向圖可重構(gòu)天線是可重構(gòu)領(lǐng)域的一個分支，有比較重要的研究意義。
[0003]方向圖是天線的一個重要特性，在軍民用雷達、智能武器制導(dǎo)、無線通信等系統(tǒng)中要求天線具有方向圖可控性。方向圖可重構(gòu)天線是指通過在天線輻射體或者天線饋電結(jié)構(gòu)等中引入MEMS開關(guān)、二極管開關(guān)或場效應(yīng)管開關(guān)等來改變天線的電流分布，在保證覆蓋頻段與極化方式不變前提下，改變方向圖的指向。方向圖可重構(gòu)天線可以避免信號干擾，提高工作安全性以及節(jié)省系統(tǒng)功率，對未來無線通信的發(fā)展具有重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本實用新型提供一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線。
[0005]本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線，包括介質(zhì)基板，蝕刻在介質(zhì)基板正面的矩形金屬環(huán)、共面波導(dǎo)饋線及共面波導(dǎo)地板，所述共面波導(dǎo)饋線與矩形金屬環(huán)連接，還包括蝕刻在介質(zhì)基板背面的金屬地板、第一金屬條、平行于第一金屬條的第二金屬條及加載在第一金屬條上的開關(guān)，所述第一金屬條與金屬地板連接；
[0007]所述第一金屬條為矩形，所述第一金屬條具體為兩個，結(jié)構(gòu)相同，位于矩形金屬環(huán)的左右兩側(cè)，且關(guān)于矩形金屬環(huán)對稱。
[0008]所述第二金屬條為矩形，具體為兩個，與第一金屬條平行，且關(guān)于矩形金屬環(huán)對稱。
[0009]開關(guān)為射頻二極管開關(guān)，具體為兩個，分別加載在兩個第一金屬條上。
[0010]矩形金屬環(huán)外徑長0.16 λ。，外徑寬0.14 λ。，內(nèi)徑長為0.1 λ。，內(nèi)徑寬為0.11 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。
[0011]所述第二金屬條與第一金屬條的寬度相同，均為9mm,所述第二金屬條的長度為0.22 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。
[0012]所述第一金屬條的長度分為兩部分，位于開關(guān)的頂部長度為0.25 λ。，位于開關(guān)底部的長度為0.05 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。
[0013]采用共面波導(dǎo)饋電方式，第一金屬條靠近矩形金屬環(huán)兩側(cè)的垂直邊，形成電容耦入口 ο
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015](I)本實用新型的主輻射體是天線矩形環(huán)，通過在介質(zhì)基板背面與矩形金屬環(huán)靠近兩邊蝕刻第一金屬條，實現(xiàn)第一金屬條與矩形金屬環(huán)的耦合；由于采用了該技術(shù)特征，給本實用新型帶來的技術(shù)效果是:天線獲得較好的阻抗匹配，帶寬達到22.89%(2.09GHZ-2.63GHZ)；
[0016](2)本實用新型的介質(zhì)基板背面蝕刻的第一金屬條上各加載一個射頻二極管開關(guān)，由于采用了該技術(shù)特征，給本實用新型帶來的技術(shù)效果是:通過控制開關(guān)的導(dǎo)通與斷開，可同時實現(xiàn)E面和H面的方向圖可重構(gòu)；
[0017](3)本實用新型采用單極子環(huán)天線與共面波導(dǎo)饋電相結(jié)合的方式，由于采用了該技術(shù)特征，給本實用新型帶來的技術(shù)效果是:天線結(jié)構(gòu)簡單，易于制作。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的參數(shù)示意圖；
[0020]圖3是本實用新型第一開關(guān)7A、第二開關(guān)7B閉合時的等效電路；
[0021]圖4是本實用新型第一開關(guān)7A、第二開關(guān)7B斷開時的等效電路；
[0022]圖5是本實用新型第一開關(guān)7A斷開、第二開關(guān)7B導(dǎo)通時的回波損耗；
[0023]圖6是本實用新型第一開關(guān)7A斷開、第二開關(guān)7B導(dǎo)通時的E面方向圖；
[0024]圖7是本實用新型第一開關(guān)7A斷開、第二開關(guān)7B導(dǎo)通時的H面方向圖；
[0025]圖8是本實用新型第一開關(guān)7A導(dǎo)通、第二開關(guān)7B斷開時的回波損耗；
[0026]圖9是本實用新型第一開關(guān)7A導(dǎo)通、第二開關(guān)7B斷開的E面方向圖；
[0027]圖10是本實用新型第一開關(guān)7A導(dǎo)通、第二開關(guān)7B斷開的H面方向圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0029]實施例
[0030]如圖1及圖2所示，一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線，包括介質(zhì)基板1、蝕刻在介質(zhì)基板I正面的矩形金屬環(huán)2、共面波導(dǎo)饋線3及共面波導(dǎo)地板4，所述共面波導(dǎo)饋線3與矩形金屬環(huán)2連接，蝕刻在介質(zhì)基板背面的金屬地板5、第一金屬條6、第二金屬條9及加載在第一金屬條6的開關(guān)，所述第一金屬條與第二金屬條平行，第二金屬條位于第一金屬條的外側(cè)，所述第一金屬條與金屬地板連接，還包括饋電端口 8。
[0031]本實施例采用的介質(zhì)基板長度Subx為10mm,寬度suby為90mm，所述矩形金屬環(huán)位于介質(zhì)基板正面的中間位置，所述共面波導(dǎo)地板4位于介質(zhì)基板I的正面兩側(cè)，所述共面波導(dǎo)饋線位于共面波導(dǎo)地板的中間位置并與矩形金屬環(huán)連接，所述矩形金屬環(huán)外徑長L2約為0.16人。，外徑寬似約為0.14 λ。，內(nèi)徑長L3約為0.1 λ。，內(nèi)徑寬W3約為0.11 λ 0。
[0032]所述金屬地板的長度Gndx約為0.33 λ。，寬度Gndy約為0.19 λ。。
[0033]共面波導(dǎo)饋線3長度Kl約為0.41 λ。，寬度Kw為2mm。構(gòu)成共面波導(dǎo)饋電的共面波導(dǎo)地板4長度Gndxl約為0.09 λ。，Gndyl寬度約為0.16 λ。。
[0034]所述第一金屬條6具體為兩個，蝕刻在介質(zhì)基板的背面，且對應(yīng)位于矩形金屬環(huán)垂直邊的兩側(cè)，關(guān)于矩形金屬環(huán)對稱，距離垂直邊0.5mm，這個間距對天線阻抗匹配有較大影響。當(dāng)間距增大時，第一金屬條與矩形金屬環(huán)耦合減弱，阻抗匹配變差。
[0035]所述開關(guān)為射頻開關(guān)，具體個數(shù)為兩個，分別為第一開關(guān)7A，第二開關(guān)7B，分別加載在兩個第一金屬條上，第一金屬條可以分為兩節(jié)，一節(jié)是位于開關(guān)頂部，長度LI約為0.25 λ。，另一節(jié)位于開關(guān)底部，長度L5約為0.05 λ。，所述開關(guān)的長度L4為6mm，寬度與第一金屬條6相同。
[0036]所述第二金屬條9具體為兩個，分別位于兩個第一金屬條的外側(cè)，關(guān)于矩形金屬環(huán)左右對稱，所述第二金屬條與第一金屬條的寬度相同，均為9mm,所述第二金屬條的長度為0.22 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。
[0037]第一金屬條的寬度對天線影響較小，其長度對天線方向圖有較大影響，過長或過短都會使天線方向圖發(fā)生偏離與畸變。矩形金屬環(huán)長度與寬度對天線有一定影響，太大或太小天線性能都會變差。另外，開關(guān)在第一金屬條6上加載的位置對天線方向圖有較大影響，加載不當(dāng)將會導(dǎo)致天線方向圖發(fā)生偏離。
[0038]加載在第一金屬條6上的第一及第二開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下其開關(guān)等效電路如圖3所示，電阻Rf為0.6 Ω，在斷開狀態(tài)下其開關(guān)等效電路如圖4所示，電容C 3為8000PF，電阻R f為0.6 Ω，其中Cl為二極管的封裝電容，LI為二極管的封裝電感。
[0039]通過控制開關(guān)的狀態(tài)，可以實現(xiàn)E面和H面方向圖可重構(gòu)，本實用新型包括兩個工作模式:
[0040]具體模式一，第一開關(guān)7A斷開，第二開關(guān)7B導(dǎo)通，天線工作頻段和E面和H面方向圖如圖5、6、7所示；
[0041]模式二，第一開關(guān)7A導(dǎo)通，第二開關(guān)7B斷開，此時天線工作作頻段和E面和H面方向圖如圖8、9、10所示。
[0042]本實用新型附圖中方向圖均取中心頻點2.4GHZ為例。
[0043]本實用新型天線體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、阻抗帶寬較寬、且可同時實現(xiàn)E面和H面方向圖可重構(gòu)。共面波導(dǎo)饋電結(jié)合金屬條與矩形金屬環(huán)的耦合，可在2.09-2.63GHZ實現(xiàn)回波損耗大于10DB，在2.3-2.55GHZ實現(xiàn)E面、H面方向圖可重構(gòu)，且天線平均增益約為4.5dBi0滿足了小型化、結(jié)構(gòu)簡單、阻抗帶寬較寬和方向圖可重構(gòu)的要求，適用于軍民用雷達、無線通信、智能武器制導(dǎo)等領(lǐng)域。
[0044]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線，其特征在于，包括介質(zhì)基板，蝕刻在介質(zhì)基板正面的矩形金屬環(huán)、共面波導(dǎo)饋線及共面波導(dǎo)地板，所述共面波導(dǎo)饋線與矩形金屬環(huán)連接，還包括蝕刻在介質(zhì)基板背面的金屬地板、第一金屬條、平行于第一金屬條的第二金屬條及加載在第一金屬條上的開關(guān)，所述第一金屬條與金屬地板連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一金屬條為矩形，所述第一金屬條具體為兩個，結(jié)構(gòu)相同，位于矩形金屬環(huán)的左右兩側(cè)，且關(guān)于矩形金屬環(huán)對稱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二金屬條為矩形，具體為兩個，與第一金屬條平行，且關(guān)于矩形金屬環(huán)對稱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，開關(guān)為射頻二極管開關(guān)，具體為兩個，分別加載在兩個第一金屬條上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，矩形金屬環(huán)外徑長0.16 λ。，外徑寬0.14 λ。，內(nèi)徑長為0.1 λ。，內(nèi)徑寬為0.11 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二金屬條與第一金屬條的寬度相同，均為9mm，所述第二金屬條的長度為0.22 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一金屬條的長度分為兩部分，位于開關(guān)的頂部長度為0.25 λ。，位于開關(guān)底部的長度為0.05 λ。，其中λ。是中心頻率2.4GHZ所對應(yīng)的自由空間的波長。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單極子環(huán)的方向圖可重構(gòu)天線，包括介質(zhì)基板，共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)以及蝕刻于介質(zhì)基板的金屬，所述基板的正面蝕刻有矩形金屬環(huán)、共面波導(dǎo)饋線和共面波導(dǎo)地板，所述基板的背面蝕刻有耦合第一金屬條及第一金屬條平行的第二金屬條，第一金屬條上加載有開關(guān)，通過控制開關(guān)的導(dǎo)通與斷開，即可實現(xiàn)天線的方向圖可重構(gòu)，本方向圖可重構(gòu)天線具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、阻抗帶寬較寬、且可同時實現(xiàn)E面和H面方向圖可重構(gòu)的優(yōu)點，適用于軍民用雷達、無線通信、智能武器制導(dǎo)等領(lǐng)域。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q3/01
【公開號】CN204947080
【申請?zhí)枴緾N201520647961
【發(fā)明人】李融林, 楊歡, 孫成煊
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月25日