CN105024168A - 一种可重构双陷波超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构双陷波超宽带天线，包括介质基板及设在介质基板上的天线辐射体，天线辐射体为一个四周切角的矩形金属片，并连接微带馈线，其开有两个不等长、开口相向对置的U型缝隙；两个U型缝隙的底中间各跨接有一个变容二极管；两个U型缝隙的底中部上用比其窄的缝隙各隔开有一块区域，同时在该较窄的缝隙上各跨接有一个隔直电容，微带馈线上加载有一个隔直电容；天线辐射体和两块隔开的区域上采用过孔覆铜，并在介质基板的背面加载有扼流电感。本发明天线结构简单、紧凑，仅通过控制两个变容二极管的电压，便可以使陷波中心频率连续可调；此外，本发明对于偏置直流的电路设计简单，对天线性能的影响较小。

Description

一种可重构双陷波超宽带天线

技术领域

本发明涉及微波通信的技术领域，尤其是指一种可重构双陷波超宽带天线。

背景技术

可重构天线是目前天线领域的前沿课题，同时，它也是未来天线发展的方向。它仍具有传统意义上天线的基本结构，通过加载电子器件或使用机械方法等来改变天线辐射体的结构，天线的谐振特性和辐射特性就会得到大幅扩展。由于可重构天线功能上的多样性，它不仅能满足当代通讯信道多变，高速率的要求，又能极大地降低通讯平台上天线的数量具有重要的实用价值。然而，由于天线的频率特性和辐射特性紧密关联这一固有的性质，在对天线的某一特性，如谐振频率，做出重构时，往往会“牵一发而动全身”地影响天线的其它特性，如极化或辐射方向图，最终导致设计的失败。此外，除去天线本身的设计，直流偏置电路的设计也是可重构天线的难点。另外，我们从现有的文献调研得知，目前，虽然国内外学者对可重构天线的研究日趋深入，可是把可重构与陷波超宽带相结合研究的利相关报道还比较稀少。以往的超宽带陷波天线加工出来后，陷波频率都是不可控的。现在频段越来越紧缺，有时便需要根据应用场景改变陷波频率。所以，研究一种新型的可重构超宽带陷波天线还是很有必要的。

近年来，国内外很多科研团队对可重构天线进行了理论和实践研究，取得了一定的积极成果，推进了可重构天线的发展。一般来说，可重构天线总体上被划分为以下几种类型：频率可重构天线、方向图可重构天线以及极化可重构天线。

频率可重构天线研究较早，频率可重构天线能工作在多个频段，从而等效地增加天线的工作带宽。在所有工作频带内，辐射特性基本保持不变。

2006年，Woosung Lee等在Antennas and Propagation Society International Symposium 2006上发表题为“Reconfigurable Slot Antenna with WideBandwidth”的文章中，提出了一种具有宽频带可重构槽缝天线，为提高带宽，天线设有宽槽缝和窄槽缝，宽槽缝的形状是三角形的，而窄槽缝是矩形的。天线的谐振长度是宽槽缝和窄槽缝的长度之和，它与天线的中心频率有关，PIN二极管位于窄槽缝中，用来改变谐振长度。

极化可重构天线利用极化正交的天线技术来实现频率复用，提高通信系统的容量，减弱多径衰弱的影响。此类天线是具有可变的极化特性，同时保持了方向图以及工作频率不变。极化可重构天线所蕴含的巨大潜力和广阔的应用前景，已经吸引了人们的关注，并发表了一系列的研究成果。2007年，Yi-Fan wu，Chun-Hsienwu等人在IEEE Transactions onAntennas and Propagation上发表题为“A reconfigurable quadri-polarization diversityaperturecoupledpatch antenna”的文章中，提出了一种带有孔径耦合和双馈电结构的四极化分集贴片天线，它可以提供四个极化状态。天线的组成部分包括：接地层上通过四个微带馈线馈电的四个矩形孔径、一个分支线耦合器、8个PIN二极管和一个正方形贴片。通过控制馈电网络中PIN二极管的直流偏压来重构天线从而得到一对正交线极化和一对正交圆极化。

方向图可重构天线可以适时改变方向图，而工作频率保持不变，还可以在单一天线结构上，实现波束扫描。2008年，陈轶博在他的博士论文“可重构微带天线及宽带圆极化微带天线研究”中，提出了一款基于微带天线的方向图可重构天线。该天线结构简单，工作模式多。但是，它也存在着微带天线带宽窄的普遍缺陷。由此可以看出，宽带可重构天线具有较大的研究价值。

上述现有技术总体存在以下两点问题：

1、陷波不可控，所提方法和结构以及所实现的性能有限。

2、偏置直流电路如果设计不合理，常常对天线的性能产生影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑、可靠的可重构双陷波超宽带天线，可实现双陷波连续可调，进而实现了陷波的可重构。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种可重构双陷波超宽带天线，包括介质基板及设置在该介质基板上的天线辐射体，其中，所述天线辐射体为一个四周切角的矩形金属片，并连接有微带馈线，该天线辐射体上开有两个不等长、开口相向对置的U型缝隙，分别为第一U型缝隙和第二U型缝隙，该第一U型缝隙和第二U型缝隙等效于谐振器，用于产生两个频段的陷波，且缝隙的等效长度控制陷波的中心频率；所述第一U型缝隙和第二U型缝隙的底中间各跨接有一个变容二极管，分别为第一变容二极管和第二变容二极管，通过改变电压，使变容二极管容值发生变化，从而改变缝隙的等效长度；所述第一U型缝隙和第二U型缝隙的底中部上用比其窄的缝隙各隔开有一块区域，用来接电压的正极，同时在该较窄的缝隙上各跨接有一个隔直电容，所述天线辐射体接电压的负极，所述微带馈线上加载有一个隔直电容；所述天线辐射体和两块隔开的区域上采用过孔覆铜，并在介质基板的背面加载有扼流电感；所述隔直电容和扼流电感构成直流偏置电路。

所述天线辐射体的接地板设在介质基板的背面，该接地板上设有矩形槽以及弧形切角，所述天线辐射体通过接地板上的矩形槽和弧形切角获得所需的阻抗匹配。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明提出的双陷波可重构的超宽带天线结构简单、紧凑，仅通过控制两个变容二极管的电压，便可以使陷波中心频率连续可调。

2、对于偏置直流的电路设计简单，对天线性能的影响较小。

附图说明

图1a为本发明所述可重构双陷波超宽带天线的结构示意图之一。

图1b为本发明所述可重构双陷波超宽带天线的结构示意图之二。

图2a为第二变容二极管不变，调节第一变容二极管时的天线仿真的天线回波损耗曲线图。

图2b为第一变容二极管不变，调节第二变容二极管时的天线仿真的天线回波损耗曲线图。

图3a为第二变容二极管不变，调节第一变容二极管时的天线测试的天线回波损耗曲线图。

图3b为第一变容二极管不变，调节第二变容二极管时的天线测试的天线回波损耗曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1a和1b所示，本实施例所述的可重构双陷波超宽带天线，包括介质基板1及设置在该介质基板1上的天线辐射体2，其中，所述天线辐射体2为一个四周切角的矩形金属片(这有利于天线得到宽工作带宽)，并连接有微带馈线3，该天线辐射体2的接地板8设在介质基板1的背面，该接地板8上设有矩形槽以及弧形切角，该天线辐射体2通过其接地板8上的矩形槽和弧形切角获得良好的阻抗匹配。所述天线辐射体2上开有两个不等长、开口相向对置的U型缝隙，分别为第一U型缝隙4和第二U型缝隙5，该第一U型缝隙4和第二U型缝隙5等效于谐振器，用于产生两个频段的陷波，且缝隙的等效长度控制陷波的中心频率。所述第一U型缝隙4和第二U型缝隙5的底中间各跨接有一个变容二极管，分别为第一变容二极管6和第二变容二极管7，通过改变电压，使变容二极管容值发生变化，从而改变缝隙的等效长度，具体是：若电容增加，等效长度变长，陷波下移，反之，陷波上移；当保持第一变容二极管6容值不变，改变第二变容二极管7容值，则其中高频陷波保持不变，低频陷波随容值变化而变化；当保持第二变容二极管7容值不变，改变第一变容二极管6容值，则其中低频陷波保持不变，高频陷波随容值变化而变化。此外，所述第一U型缝隙4和第二U型缝隙5的底中部上用比其窄的缝隙各隔开有一块区域，用来接电压的正极，具体是第一U型缝隙4用缝隙9隔开一块区域，第二U型缝隙5用缝隙11隔开一块区域，同时在该缝隙9上跨接有一个隔直电容13，在该缝隙11上跨接有一个隔直电容14，所述天线辐射体2接电压的负极。为了防止直流通路流向高频通路，所述微带馈线3上加载有一个隔直电容15。由于天线体积小，且不易在辐射体上再加扼流电感，所述天线辐射体2和两块隔开的区域、12上采用过孔覆铜，分别是图1a中的16、17、18。为了阻止高频通路流向直流通路，同时防止天线辐射泄漏，所述介质基板1的背面还加载有三个扼流电感19、20、21，如图1b所示，而图1b中的10、12、22为焊盘。在本实施例中，所述三个隔直电容13、14、15和三个扼流电感19、20、21构成了直流偏置电路，能用电压控制第一变容二极管6和第二变容二极管7。

下面结合具体参数对本实施例上述可重构双陷波超宽带天线进行具体说明，其情况如下：

天线辐射体2为四周切角的矩形铜片，被设计在厚度为1.6、相对介电常数为4.4的介质基板1上，天线辐射体2尺寸为33×30mm²，接地板8尺寸为20×30mm²；微带馈线3的宽度为2.2，特性阻抗为50Ω。调整两个U型缝隙长度、宽度以及其相对位置，使其分别谐振在3GHZ和5GHZ，产生两个阻带。缝隙9、11的宽度为0.2mm，隔直电容13、14的容量为1PF，隔直电容15的容量为10PF，三个扼流电感19、20、21的电感值为100nh。

天线仿真的天线回波损耗曲线如图2a和2b所示，C1控制低频陷波，C2控制高频陷波。当固定电容C2，让C1容值从0.3-1.5PF逐渐增大，低频陷波中心频率从4GHZ下移到3GHZ，高频陷波中心频率不变；当固定电容C1，让C2容值从0.8-1.6PF逐渐增大，高频陷波中心频率从5GHZ下移到4GHZ，低频陷波中心频率不变。

为了验证本发明天线的有效性，基于以上讨论的仿真参数，我们加工了一副天线样品，该天线刻制在介电常数为4.4，厚度为1.6的基片上。使用安捷伦N5230A网络分析仪测量回波损耗曲线，如图3a和3b所示，从图中可以看出，仿真结果与测试结果吻合良好。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种可重构双陷波超宽带天线，其特征在于：包括介质基板及设置在该介质基板上的天线辐射体，其中，所述天线辐射体为一个四周切角的矩形金属片，并连接有微带馈线，该天线辐射体上开有两个不等长、开口相向对置的U型缝隙，分别为第一U型缝隙和第二U型缝隙，该第一U型缝隙和第二U型缝隙等效于谐振器，用于产生两个频段的陷波，且缝隙的等效长度控制陷波的中心频率；所述第一U型缝隙和第二U型缝隙的底中间各跨接有一个变容二极管，分别为第一变容二极管和第二变容二极管，通过改变电压，使变容二极管容值发生变化，从而改变缝隙的等效长度；所述第一U型缝隙和第二U型缝隙的底中部上用比其窄的缝隙各隔开有一块区域，用来接电压的正极，同时在该较窄的缝隙上各跨接有一个隔直电容，所述天线辐射体接电压的负极，所述微带馈线上加载有一个隔直电容；所述天线辐射体和两块隔开的区域上采用过孔覆铜，并在介质基板的背面加载有扼流电感；所述隔直电容和扼流电感构成直流偏置电路。

2.根据权利要求1所述的一种可重构双陷波超宽带天线，其特征在于：所述天线辐射体的接地板设在介质基板的背面，该接地板上设有矩形槽以及弧形切角，所述天线辐射体通过接地板上的矩形槽和弧形切角获得所需的阻抗匹配。