CN102522630B - 一种超宽带开关重构天线及实现不同频率的陷波方法 - Google Patents

Abstract

一种超宽带开关重构天线及实现不同频率的陷波方法，涉及一种超宽带开关重构天线，还涉及实现不同频率的陷波方法。为了解决天线受到馈电线宽度的限制，存在超宽带与窄带系统之间的潜在干扰，以及很难满足特定的陷波特性需求，体积较大，结构复杂，且不可以同时工作在超宽带状态和陷波超宽带状态的问题。它包括正六边形宽槽结构、开关、正六边形顶部的缝隙、共面波导接地面、共面波导馈电结构，通过在正六边形辐射单元和共面波导馈电信号带线上分别刻蚀阶状阻抗调谐棒加载的谐振腔实现双陷波特性。通过调整两个谐振腔滤波器的结构参数，改变其谐振频率，使两个滤波器工作在不同的频率，从而产生两个可调的陷波频率。本发明适用于无线通信领域。

Description

一种超宽带开关重构天线及实现不同频率的陷波方法

技术领域

本发明涉及一种天线，具体涉及一种超宽带开关重构天线，本法明还涉及实现不同频率的陷波方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线通信的要求越来越高。特别是近几年来，个人无线通信业务的飞速增长，移动通信朝着宽频带，高增益，与环境友好发展的方向发展。因此，移动通信的频段越来越集中，且多频段交叠现象越来越严重。自从2002年，美国联邦通信委员会把3.1GHz-10.6GHz作为室内超宽带通信频段公开以后，国内外的专家，学者和相关的公司投入大量的人力和物力开发超宽带通信系统和相关的算法。超宽带天线作为超宽带无线通信系统的重要组成部分，对通信质量起着重要作用。一副高性能的天线不仅能弥补无线通信的不足，同时能实现高性能的通信，能兼顾目前的通信协议，而且还可以实现多系统之间的协同通信。

然而，在目前的超宽带通信范围内存在多种已经使用的窄带通信协议，如C波段，无线区域网WLAN通信，全球微波接入互操作WiMAX系统，X波段等。这些存在的系统都会对目前许可的超宽带系统存在潜在的干扰，降低超宽带通信的性能，甚至造成系统的严重破坏。传统的方法是在系统设计完成之后，在系统的后端增加滤波器或者是在天线的后端增加阻带滤波器的方法实现超宽带系统与存在的窄带系统的协同工作。但是由于增加了滤波器，不仅增加了设备的成本，而且增加了设备的体积，不利于设备的小型化设计。除此之外，由于滤波器与天线和射频前端的不匹配，会降低天线的效能。近年来，不需要钻孔和易于集成的共面波导结构日新月异，并且该结构可以通过照相或者光刻技术制作，并且有较好的极化特性，因此，该技术已经应用在超宽带天线的设计和相关的微波电路元器件的设计中。国内外的学者在超宽带通信中，利用微带馈电技术和共面波导馈电技术提出了很多解决方案，但是作为无线通信的重要组成部分的超宽带天线都是采用各式各样的结构实现超宽带天线的设计。由于受到馈电线宽度的限制，存在超宽带与窄带系统之间的潜在干扰，以及很难满足特定的陷波特性需求，体积较大，结构复杂，且不可以同时工作在超宽带状态和陷波超宽带状态的问题。

发明内容

本发明是为了解决超宽带天线与窄带系统之间存在的潜在干扰，以及很难满足特定的陷波特性需求，体积较大，结构复杂，且不可以同时工作在超宽带状态和陷波超宽带状态的问题。

一种超宽带开关重构天线，它包括矩形谐振腔、第二阶状阻抗调谐棒、第一阶状阻抗调谐棒、正六边形宽槽结构、正六边形谐振腔、正六边形辐射单元、第一缝隙、第一开关、第二开关、共面波导馈电结构和谐振腔高阻抗线，所述的共面波导馈电结构包括共面波导馈电信号带线、共面波导接地面和第二缝隙，

所述的共面波导接地面印刷在介质基板上，共面波导馈电信号带线位于共面波导接地面的内部并印刷在介质基板上，第二缝隙位于共面波导馈电信号带线与共面波导接地面之间，在共面波导接地面上刻蚀正六边形宽槽结构，正六边形宽槽结构的一条对角线与水平方向平行，正六边形辐射单元位于正六边形宽槽结构的内部，正六边形辐射单元为正六边形环形贴片且一条对角线与水平方向垂直，第一缝隙位于正六边形辐射单元的顶端，正六边形辐射单元与共面波导馈电信号带线连接，共面波导馈电信号带线上刻蚀第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔，矩形谐振腔的底边与水平方向平行，第一开关位于矩形谐振腔的顶端，第一开关连接谐振腔高阻抗线和第二阶状阻抗调谐棒以控制二者的通断连接关系，谐振腔高阻抗线是第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔和第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔的共用部分，正六边形辐射单元上刻蚀第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔，第一阶状阻抗调谐棒的底端与正六边形辐射单元内环底端连接，第二开关位于正六边形谐振腔的底端，第二开关连接谐振腔高阻抗线和正六边形谐振腔的底端以控制二者的通断连接关系，共面波导馈电信号带线与正六边形辐射单元连接，第一缝隙、第一阶状阻抗调谐棒和第二阶状阻抗调谐棒在一条直线上。

实现不同频率的陷波方法，第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔和第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔，实现不同频率的陷波步骤为：

步骤一、根据阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论，通过调节第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔和第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的阶状阻抗调谐棒和谐振腔的结构尺寸，调整参数θ₀，θ_s，θ₁，θ₂，R，R₁，R₂，根据阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论抽象出奇偶模谐振条件，

tanθ₀tanθ_s=R   (1)

$\begin{array}{c}\frac{1}{2R_1}[1+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R}][\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]\\ +[\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R}][\frac{1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]=0\end{array}---\left(2\right)$

步骤二、根据步骤一计算出的抽象出奇偶模谐振条件，通过奇偶模等效电路抽象出奇偶模谐振频率公式(4)-(6)，计算出陷波的谐振频率，以产生不同的陷波频率，

$f_r(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r\left[\begin{array}{c}2R_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s\tan {\mathrm{\θ}}_1)\\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\mathrm{ta}n{\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(4\right)$

$f_r(2C_g+C_p)(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(5\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r{C}_p\left[\begin{array}{c}2R_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s\tan {\mathrm{\θ}}_1)\\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\tan {\mathrm{\θ}}_s-R\tan {\mathrm{\θ}}_0)\end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(6\right)$

公式（3）、（4）是计算第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔的，公式（5）、（6）是计算第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的，式中R=Z₀/Z_s,R₁=Z₁/Z_s，R₂=Z₂/Z_s，其中Z₀，θ₀为低阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_s，θ_s为高阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_i，θ_i（i=1,2）为阶状阻抗调谐棒的特性阻抗和电长度，2C_g+C_p和C_p为正六边形顶部的第一缝隙在奇模和偶模的等效电容。

本发明的超宽带天线工作在超宽带状态和陷波超宽带状态，使天线达到了超宽带通信，陷波通信和多频带通信的目的。本装置实现超宽带状态和陷波超宽带状态可以无缝切换，降低超宽带系统与窄带系统之间存在的潜在干扰；实现不同频率的陷波方法根据滤波器理论实现该陷波天线，设计步骤简单，且可以根据公式设计简化操作。通过分别在正六边形辐射单元和共面波导馈电信号带线上刻蚀阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔和阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔实现双陷波特性。降低超宽带系统和WLAN系统，C波段和X波段通信系统之间的干扰。该天线的结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉。

附图说明

图1为本发明的基本结构俯视图；图2为本发明的基本结构正视图；图3为本发明的基本结构侧视图；图4为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔结构示意图；图5为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔结构示意图；图6为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔的奇模等效电路图；图7为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔的偶模等效电路图；图8为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的奇模等效电路图；图9为本发明的阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的偶模等效电路图；图10为本发明的开关断开时的基本结构俯视图；图11为本发明具体实施方式三的开关闭合时的基本结构俯视图；图12为本发明实施方式三的开关断开时的基本结构俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一、一种超宽带开关重构天线，它包括矩形谐振腔103、第二阶状阻抗调谐棒104、第一阶状阻抗调谐棒105、正六边形宽槽结构106、正六边形谐振腔107、正六边形辐射单元108、第一缝隙109、第一开关110、第二开关111、共面波导馈电结构113和谐振腔高阻抗线115，所述的共面波导馈电结构113包括共面波导馈电信号带线101、共面波导接地面102和第二缝隙114，

所述的共面波导接地面102印刷在介质基板112上，共面波导馈电信号带线101位于共面波导接地面102的内部并印刷在介质基板112上，第二缝隙114位于共面波导馈电信号带线101与共面波导接地面102之间，在共面波导接地面102上刻蚀正六边形宽槽结构106，正六边形宽槽结构106的一条对角线与水平方向平行，正六边形辐射单元108位于正六边形宽槽结构106的内部，正六边形辐射单元108为正六边形环形贴片且一条对角线与水平方向垂直，第一缝隙109位于正六边形辐射单元108的顶端，正六边形辐射单元108与共面波导馈电信号带线101连接，共面波导馈电信号带线101上刻蚀第二阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103，矩形谐振腔103的底边与水平方向平行，第一开关110位于矩形谐振腔103的顶端，第一开关110连接谐振腔高阻抗线115和第二阶状阻抗调谐棒104以控制二者的通断连接关系，谐振腔高阻抗线115是第一阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107和第二阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103的共用部分，正六边形辐射单元108上刻蚀第一阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107，第一阶状阻抗调谐棒105的底端与正六边形辐射单元108内环底端连接，第二开关111位于正六边形谐振腔107的底端，第二开关111连接谐振腔高阻抗线115和正六边形谐振腔107的底端以控制二者的通断连接关系，共面波导馈电信号带线101与正六边形辐射单元108连接，第一缝隙109、第一阶状阻抗调谐棒105和第二阶状阻抗调谐棒104在一条直线上。

正六边形辐射单元108采用正六边形贴片，类似于传统的印刷单极子天线，便于实现和制作，且能保证较好的阻抗匹配，实现宽频带阻抗匹配，同时有较好的全向辐射特性。

本实施方式满足超宽带通信需求，产生两个陷波，使超宽带系统和窄带系统实现协同通信。同时实现超宽带天线和具有双陷波特性的超宽带无缝切换。当第一开关110和第二开关111同时闭合时，如图1所示，此时天线产生两个陷波，由阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107、阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103产生两个陷波。该天线可用作陷波超宽带天线，也可用作多频带天线使用。当第一开关110和第二开关111同时断开时，如图10所示，天线为超宽带天线。

具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一的区别在于：介质基板112为介电常数为2.65，且介电损耗正切角小于10^-2，且其尺寸和共面波导接地面102一致。

具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一的区别在于：正六边形辐射单元108的3条轴对称对角线均与正六边形宽槽结构106的3条轴对称对角线均重合，第一缝隙109位于正六边形辐射单元108的顶端，且第一缝隙109、第一阶状阻抗调谐棒105和第二阶状阻抗调谐棒104在一条直线上。

本发明通过第一开关110和第二开关111的通断实现超宽带天线与陷波超宽带天线之间的切换。由阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107、阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103产生两个陷波。图11为开关处于闭合状态的结构示意图，超宽带天线产生两个陷波，能消除或者降低超宽带天线对无线局域网，C波段和X波段的电磁干扰。图12为开关处于断开状态的结构示意图，该天线为一超宽带天线。

具体实施方式四、一种超宽带开关重构天线的实现不同频率的陷波方法，第一阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107和第二阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103，实现不同频率的陷波步骤为：

步骤一、根据阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论，通过调节第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔和第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的阶状阻抗调谐棒和谐振腔的结构参数，进而调整参数θ₀，θ_s，θ₁，θ₂，R，R₁，R₂，根据阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论抽象出奇偶模谐振条件即公式（1）和（2），

tanθ₀tanθ_s=R   (1)

$\begin{array}{c}\frac{1}{2R_1}[1+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R}][\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]\\ +[\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R}][\frac{1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]=0\end{array}---\left(2\right)$

步骤二、根据步骤一计算出的抽象出奇偶模谐振条件，通过奇偶模等效电路抽象出奇偶模谐振频率公式(4)-(6)，计算出陷波的谐振频率，以产生不同的陷波频率，

$f_r(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r\left[\begin{array}{c}2R_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s\tan {\mathrm{\θ}}_1)\\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\mathrm{ta}n{\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(4\right)$

$f_r(2C_g+C_p)(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(5\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r{C}_p\left[\begin{array}{c}2R_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s\tan {\mathrm{\θ}}_1)\\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\tan {\mathrm{\θ}}_s-R\tan {\mathrm{\θ}}_0)\end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(6\right)$

公式（3）、（4）是计算第二阶状阻抗调谐棒104加载的矩形谐振腔103的，公式（5）、（6）是计算第一阶状阻抗调谐棒105加载的正六边形谐振腔107的，式中R=Z₀/Z_s,R₁=Z₁/Z_s，R₂=Z₂/Z_s，其中Z₀，θ₀为低阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_s，θ_s为高阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_i，θ_i（i=1,2）为阶状阻抗调谐棒的特性阻抗和电长度，2C_g+C_p和C_p为正六边形顶部的第一缝隙109在奇模和偶模的等效电容。

本发明所设计的天线采用在超宽带天线上直接集成阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔和阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔滤波器的方法设计超宽带陷波天线，通过调整阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔和阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的参数，使两个滤波器工作在不同的频率，从而产生两个可调的陷波频率。

本发明属于共面波导馈电的单极子天线，该天线印制在介质基板上，采用宽槽技术，谐振腔滤波器技术，开关技术实现工作在超宽带，陷波超宽带和多带通信系统中的开关重构天线。该天线的宽槽结构采用正六边形结构，辐射单元为正六边形贴片，为了使本发明的超宽带天线能和目前存在的窄带天线实现协同通信，分别通过在正六边形辐射单元和共面波导馈电信号带线上刻蚀阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔和阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔实现双陷波特性，降低超宽带系统与窄带系统之间的潜在干扰。为了实现超宽带天线与陷波天线之间的切换，本发明集成两个开关，通过控制开关的通断，实现超宽带天线和带有陷波特性的超宽带天线之间的切换，满足多协议通信的需求。该天线具有良好的阻抗带宽和陷波特性，结构简单，且陷波带宽的中心频率可以调节，因此大大增加了其适用范围。本发明采用印刷天线结构和共面波导馈电结构，大大降低了天线体积，且比较容易和射频前端微波集成电路集成。

本发明与现有技术相比，具有显著的优点为：

1、本发明通过控制开关的通断，使本发明涉及的超宽带天线工作在超宽带模式，带有陷波特性的超宽带模式和多频带模式，实现超宽带通信系统和陷波超宽带系统以及多频带系统之间的无缝切换，同时能有效的降低超宽带系统与传统的窄带系统如C波段，WLAN和X波段的潜在干扰。

2、本发明的阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔，可以通过改变阶状阻抗调谐棒和正六边形谐振腔的尺寸，改变陷波频率，实现可调陷波的超宽带天线。同时在六边形谐振腔的顶部开一个缝隙，调节谐振腔的分布电容，进一步控制陷波特性的中心频率，能满足宽范围内的陷波调节。

3、本发明的阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔，能通过改变阶状阻抗调谐棒和矩形谐振腔的尺寸，改变陷波频率，实现可调陷波的超宽带天线。同时可以根据阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔理论进行分析，能有效的降低设计的复杂度，且设计的陷波频率便于控制。

4、本发明的两个陷波特性分别由阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔和阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔加载产生，因此两个陷波频率可以单独实现，且二者分别采用两个谐振腔，不会彼此造成影响，且调试方便，便于实际生产。

Claims (4)

1.一种超宽带开关重构天线，其特征在于：它包括矩形谐振腔（103）、第二阶状阻抗调谐棒（104）、第一阶状阻抗调谐棒（105）、正六边形宽槽结构（106）、正六边形谐振腔（107）、正六边形辐射单元（108）、第一缝隙（109）、第一开关（110）、第二开关（111）、共面波导馈电结构（113）和谐振腔高阻抗线（115），所述的共面波导馈电结构（113）包括共面波导馈电信号带线（101）、共面波导接地面（102）和第二缝隙（114），

所述的共面波导接地面（102）印刷在介质基板（112）上，共面波导馈电信号带线（101）位于共面波导接地面（102）的内部并印刷在介质基板(112)上，第二缝隙(114)位于共面波导馈电信号带线(101)与共面波导接地面(102)之间，在共面波导接地面(102)上刻蚀正六边形宽槽结构(106)，正六边形宽槽结构(106)的一条对角线与水平方向平行，正六边形辐射单元（108）位于正六边形宽槽结构（106）的内部，正六边形辐射单元（108）为正六边形环形贴片且一条对角线与水平方向垂直，第一缝隙（109）位于正六边形辐射单元（108）的顶端，正六边形辐射单元（108）与共面波导馈电信号带线（101）连接，共面波导馈电信号带线（101）上刻蚀第二阶状阻抗调谐棒（104）加载的矩形谐振腔（103），矩形谐振腔（103）的底边与水平方向平行，第一开关（110）位于矩形谐振腔（103）的顶端，第一开关（110）连接谐振腔高阻抗线（115）和第二阶状阻抗调谐棒（104）以控制二者的通断连接关系，谐振腔高阻抗线（115）是第一阶状阻抗调谐棒（105）加载的正六边形谐振腔（107）和第二阶状阻抗调谐棒（104）加载的矩形谐振腔（103）的共用部分，正六边形辐射单元（108）上刻蚀第一阶状阻抗调谐棒（105）加载的正六边形谐振腔（107），第一阶状阻抗调谐棒（105）的底端与正六边形辐射单元（108）内环底端连接，第二开关（111）位于正六边形谐振腔（107）的底端，第二开关（111）连接谐振腔高阻抗线（115）和正六边形谐振腔（107）的底端以控制二者的通断连接关系，共面波导馈电信号带线（101）与正六边形辐射单元（108）连接，第一缝隙（109）、第一阶状阻抗调谐棒（105）和第二阶状阻抗调谐棒（104）在一条直线上。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带开关重构天线，其特征在于：介质基板（112）介电常数为2.65，且介电损耗正切角小于10^-2，且其尺寸和共面波导接地面（102）一致。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带开关重构天线，其特征在于：正六边形辐射单元（108）的3条轴对称对角线均与正六边形宽槽结构（106）的3条轴对称对角线均重合，第一缝隙（109）位于正六边形辐射单元（108）的顶端，且第一缝隙（109）、第一阶状阻抗调谐棒（105）和第二阶状阻抗调谐棒（104）在一条直线上。

4.针对权利要求1所述的一种超宽带开关重构天线的实现不同频率的陷波方法，其特征是：第一阶状阻抗调谐棒（105）加载的正六边形谐振腔（107）和第二阶状阻抗调谐棒（104）加载的矩形谐振腔（103），实现不同频率的陷波步骤为：

步骤一、根据阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论，通过调节第二阶状阻抗调谐棒加载的矩形谐振腔和第一阶状阻抗调谐棒加载的正六边形谐振腔的阶状阻抗调谐棒和谐振腔的结构参数，从而调整参数θ₀，θ_s，θ₁，θ₂，R，R₁，R₂，利用阶状阻抗线加载的谐振腔滤波器理论抽象出奇偶模谐振条件，

tanθ₀tanθ_s=R   (1)

$\begin{array}{c}\frac{1}{{2R}_1}[1+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R}][\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]\\ +\left[\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R}\right][\frac{1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}]=0\end{array}---\left(2\right)$

步骤二、根据步骤一计算出的抽象出奇偶模谐振条件，通过奇偶模等效电路抽象出奇偶模谐振频率公式(4)-(6)，计算出陷波的谐振频率，以产生不同的陷波频率，

$f_r(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r\left[\begin{array}{cc}2R_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s\tan {\mathrm{\θ}}_1)& \\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+R\tan {\mathrm{\θ}}_0)& \end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(\tan {\mathrm{\θ}}_s+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(4\right)$

$f_r({2C}_g+C_p)(\tan {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_s}{R})-\frac{1}{\mathrm{\π}{Z}_{s}R}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_0\tan {\mathrm{\θ}}_s}{\mathrm{\π}{Z}_s{R}^2}=0---\left(5\right)$

$\begin{array}{c}{f}_r{C}_p\left[\begin{array}{c}{2R}_1(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})(1-R\tan {\mathrm{\θ}}_s{\tan \mathrm{\θ}}_1)\\ +(\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_2}{R_2})({\tan \mathrm{\θ}}_s+R\tan {\mathrm{\θ}}_s)\end{array}\right]\\ +\frac{1}{2\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_1}{R_1}+\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_2}{R_2})(\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_0{\tan \mathrm{\θ}}_s}{R}-1)\\ +\frac{R_1}{\mathrm{\π}{Z}_s}(\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_1{\tan \mathrm{\θ}}_2}{R_2}-\frac{1}{R_1})({\tan \mathrm{\θ}}_s+\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_0}{R})=0\end{array}---\left(6\right)$

公式（3）、（4）是计算第二阶状阻抗调谐棒（104）加载的矩形谐振腔（103）的，公式（5）、（6）是计算第一阶状阻抗调谐棒（105）加载的正六边形谐振腔（107）的，式中R=Z₀/Z_s,R₁=Z₁/Z_s，R₂=Z₂/Z_s，其中Z₀，θ₀为低阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_s，θ_s为高阻抗线的特性阻抗和电长度，Z_i，θ_i（i=1,2）为阶状阻抗调谐棒的特性阻抗和电长度，“R”为低阻抗线的特性阻抗与高阻抗线的特性阻抗之比；“R₁”为第一阶状阻抗调谐棒的特性阻抗与高阻抗线的特性阻抗之比；“R₂”为第二阶状阻抗调谐棒的特性阻抗与高阻抗线的特性阻抗之比；2C_g+C_p和C_p为正六边形顶部的第一缝隙（109）在奇模和偶模的等效电容。

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