CN103956579A - 一种具有移相功能的微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有移相功能的微带天线，包括基片、金属地平面、信号传输线及辐射贴片，金属地平面位于基片的上表面；其还包括铁电体介质层，金属地平面位于铁电体介质层的下表面，信号传输线贴在铁电体介质层的上表面，直流偏置电压与高频电磁波信号叠加，加在信号传输线和金属地平面之间。本发明具有结构简单、高频损耗小、噪声小、成本低廉等优点。

Description

一种具有移相功能的微带天线

技术领域

本发明涉及微波射频电路领域，具体涉及一种具有移相功能的微带天线。

背景技术

相控阵天线由于具有扫描速度快、控制灵活、可靠性高等优势，已在无线通信和探测、检测等多领域获得了广泛应用。然而，传统的相控阵天线是给每一根天线连接一个移相器来控制电磁波信号的相位，从而实现波束形成和偏转、聚焦等控制。当频率达到几十吉赫兹甚至进入太赫兹波段时，给天线连接任何一个信号处理器件都会来带低频时意想不到的衰减大、噪声大等不良影响。因此，发明一种具有移相功能的天线来建立新型的相控阵天线就很重要。

现有技术中公开了一种电调谐微带天线，包括微带馈线、馈电层介质基片、金属地平面、耦合缝隙、辐射层介质基片、辐射贴片、直流馈线，馈电层介质基片与辐射层介质基片之间夹有金属地平面，微带馈线贴在馈电层介质基片上，辐射贴片贴在辐射层介质基片上，微带馈线与辐射贴片用金属地平面隔开，并通过在金属地平面上的一条耦合缝隙进行耦合，馈电层介质基采用聚四氟乙烯制成，辐射层介质基片采用铁电体钛酸锶钡制成，直流偏置电压通过直流馈线加载在辐射贴片和金属地平面之间。

虽然以上结构中采用了铁电体作为辐射层介质基片，通过改变加载辐射贴片与金属地平面之间的直流偏压来改变天线的谐振频率，实现高频段低损耗电调谐。但是，其只是利用铁电体实现了天线的谐振频率的调谐，并没有考虑供给天线的电磁波信号的相位调谐。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、高频损耗小、噪声小的具有移相功能的微带天线。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有移相功能的微带天线，包括基片、金属地平面、信号传输线及辐射贴片，所述金属地平面位于基片的上表面，还包括铁电体介质层，所述金属地平面位于铁电体介质层的下表面，所述信号传输线贴在铁电体介质层的上表面；直流偏置电压与高频电磁波信号叠加，加在信号传输线和金属地平面之间。

作为本发明的进一步改进：所述信号传输线和辐射贴片之间设有电磁晶体结构以用来隔离两者之间的电磁波。

作为本发明的进一步改进：所述电磁晶体结构为由若干个金属圆柱或金属孔构成的阵列结构。

作为本发明的进一步改进：所述阵列结构呈四方形阵列或三角形阵列或蜂窝形阵列。

作为本发明的进一步改进：所述信号传输线的形状为均匀传输线式或非均匀传输线式。

作为本发明的进一步改进：所述信号传输线为非均匀传输线式时是在均匀传输线式上加载可变电容制成。

作为本发明的进一步改进：所述基片采用高阻单晶硅片或蓝宝石基片。

作为本发明的进一步改进：所述铁电体介质层采用钛酸锶钡制成。

与现有技术相比，本发明具有的优点如下：

1、本发明中采用了铁电体介质层，通过改变加在信号传输线和金属地平面之间的直流偏压来改变铁电体介质层的介电常数，从而改变电磁波在传输线中的传播速度，直接实现供给天线的电磁波信号的相位调谐，也就是实现了一种具有移相功能的微带天线。

2、本发明中铁电薄膜的损耗小，可降低天线的高频损耗；由于采用电磁晶体结构，利用相应频段的带隙特性实现信号隔离，有效降低噪声。

3、本发明将具有移相功能的器件直接做在微带贴片天线上，实现了二者的直接集成，使得消耗面积小、工艺简单，且能大大降低损耗。

附图说明

图1是本发明一种具有移相功能的微带天线的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是信号传输线周期加载电容的平面示意图。

图4是电磁晶体结构的各种阵列排列图形的平面结构示意图。

图例说明：

1、基片；2、金属地平面；3、铁电体介质层；4、信号传输线；5、辐射贴片；6、电磁晶体结构；7、可变电容。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明包括从下至上依次叠加在一起的基片1、金属地平面2、铁电体介质层3，还包括设置在铁电体介质层3上的信号传输线4和辐射贴片5。

本发明采用铁电薄膜作为铁电体介质层3，通过改变加载在信号传输线4和金属地平面2之间的直流偏压来改变铁电体介质层3的介电常数，从而改变电磁波在传输线中的传播速度，直接实现供给天线的电磁波信号的相位调谐。具体是这种实现的：高频电磁波信号在金属导线中的传播速率是由周围传输媒介的介电常数和磁导率共同决定的。其他条件不变时，当周围媒介比如铁电体介质层3的介电常数增大时电磁波信号的传播速率降低，当铁电体介质层3的介电常数减小时电磁波信号的传播速率增大。铁电体介质层3的介电常数受外加直流偏置电压的影响，当外来的直流偏置电压加载在信号传输线4和金属地平面2之间时，也就相当于加在铁电体介质层3两侧，电压越高铁电体介质层3的介电常数越小，这样电磁波信号在信号传输线4中的传播速率就越大，到达辐射贴片5中的信号相位就超前，改变外来的直流偏置电压，就改变了到达辐射贴片5的电磁波信号的相位，就实现了具有移相功能的微带天线。

进一步的，在信号传输线4和辐射贴片5之间分布设置电磁晶体结构6，所述电磁晶体结构6为由若干个金属圆柱或金属孔构成的阵列结构。通过利用电磁晶体结构6在相应频段的带隙特性对信号传输线4和辐射贴片5二者之间的电磁波进行有效隔离，降低噪声。

电磁晶体结构6的周期性间距、孔或圆柱的直径、形状、排列方式都会影响电磁晶体结构6的带隙位置和宽度，为了实现信号传输线4和辐射贴片5中电磁波信号的有效隔离，可以针对不同频段电磁波的需要采用不同电磁晶体结构6，如附图4所示，电磁晶体结构6的形状可以是由若干个金属圆柱或金属孔构成的阵列结构，且不论是圆柱阵列还是孔阵列的形状都可以是四方形阵列或三角形阵列或蜂窝形阵列。

进一步的，信号传输线4的形状为均匀传输线式或非均匀传输线式。如图3所示，为了增大传输信号的相位可调度，应采用非均匀传输线式，即可以通过在均匀传输线上加载可变电容7制成。

进一步的，本发明的基片1采用高阻单晶硅片或蓝宝石基片，铁电体介质层3采用钛酸锶钡制成。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种具有移相功能的微带天线，包括基片（1）、金属地平面（2）、信号传输线（4）及辐射贴片（5），所述金属地平面（2）位于基片（1）的上表面，其特征在于，还包括铁电体介质层（3），所述金属地平面（2）位于铁电体介质层（3）的下表面，所述信号传输线（4）贴在铁电体介质层（3）的上表面；直流偏置电压与高频电磁波信号叠加，加在信号传输线（4）和金属地平面（2）之间。

2.根据权利要求1所述的具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述信号传输线（4）和辐射贴片（5）之间设有电磁晶体结构（6）以用来隔离两者之间的电磁波。

3.根据权利要求2所述的具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述电磁晶体结构（6）为由若干个金属圆柱或金属孔构成的阵列结构。

4.根据权利要求3所述的具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述阵列结构呈四方形阵列或三角形阵列或蜂窝形阵列。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述信号传输线（4）的形状为均匀传输线式或非均匀传输线式。

6.根据权利要求5所述的具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述信号传输线（4）为非均匀传输线式时是在均匀传输线式上加载可变电容（7）制成。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述基片（1）采用高阻单晶硅片或蓝宝石基片。

8.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种具有移相功能的微带天线，其特征在于，所述铁电体介质层（3）采用钛酸锶钡制成。