CN106785411A - 基于叉形结构的可重构缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于叉形结构的可重构缝隙天线，本发明所述基于叉形结构的可重构缝隙天线包括基板、贴合于所述基板下表面的金属板；所述金属板内设置有叉形缝隙，所述叉形缝隙包括两个二极管。实施本发明可以实现在保持极化方式不变的情况下，根据通信要求适时改变天线的频率和辐射方向图，减少无线通信系统的空间噪声，避免电子干扰，提高系统安全性，增加信道容量。

Description

基于叉形结构的可重构缝隙天线
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于叉形结构的可重构缝隙天线。
背景技术
近年来，随着卫星导航、卫星通信的快速发展和广泛应用，天线作为这些系统的前端设备，其性能指标的优劣，对于卫星通信手持终端和射频识别读卡设备的性能起着极其重要的作用。另外，为了便于卫星通信终端和射频识别系统的大规模推广应用，系统的经济成本和体积大小都是至关重要的考虑因素，作为其中重要部件的圆极化天线，在保证较高性能指标的前提下，必须具备成本低廉、结构紧凑和体积小巧的特点。在对天线或阵列天线进行馈电时，需要对馈电网络进行设计。由于现在的卫星通信系统都需要多频化、宽带化、小型化。而现有的馈电网络体积庞大，无法实现频率及方向图上课重构，且当大多工作在单一频点，不利于在多频或宽带条件下工作。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于叉形结构的可重构缝隙天线，旨在解决现有技术中天线无法在频率及方向图上进行可重构的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于叉形结构的可重构缝隙天线，本发明所述基于叉形结构的可重构缝隙天线包括基板、贴合于所述基板下表面的金属板；
所述金属板内刻蚀有叉形缝隙且左右对称，所述叉形缝隙包括一个T型槽、两个竖槽及两个二极管，一个竖槽与所述T型槽横边的一端通过一个二极管连接，另一个竖槽与所述T型槽横边的另一端通过另一个二极管连接。
优选的，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线为长方体结构，所述金属板为铜面，所述金属板的厚度均为0.5盎司。
优选的，所述基板为FR4的介质基板，所述基板的厚度为1.6厘米且介电常数优选为4.4。
优选的，所述金属板的长度均为40mm、所述金属板的宽度均为30mm、所述金属板的竖槽的高度为9.3mm、所述金属板的T形槽的水平边的长度为30.4mm、、所述金属板的T型槽的竖直边的高度为14mm、所述金属板的竖槽的宽度为3.14mm，所述金属板的T型槽的水平边及竖直边的宽度为3.14mm。
优选的，当叉形缝隙上的一个二极管开通且另外一个二极管断开，两个镰刀形缝隙的二级管均断开时，所述的频率及方向图可重构缝隙天线的工作频段为3.71～4.21GHz。
优选的，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线的E面的方向图呈“8”字型，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线的H面的方向图指向θ＝-90°或θ＝+90°。
本发明采用上述技术方案，带来的技术效果为：本发明所述基于叉形结构的可重构缝隙天线可以在保持极化方式不变的情况下，根据通信要求适时改变天线的频率和辐射方向图，减少无线通信系统的空间噪声，避免电子干扰，提高系统安全性，增加信道容量，在汽车和飞机雷达以及卫星通信网络等诸多方面得到广泛的应用。
附图说明
图1是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的侧面的结构示意图；
图2是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的优选实施例的叉形结构的示意图；
图3是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的正面示意图；
图4是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线中四种状态的天线发射系数的优选实施例的示意图；
图5-1至图5-2是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的四种状态的辐射方向图的仿真示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至3所示，图1是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的侧面的结构示意图；图2是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的优选实施例的叉形结构的示意图；图3是本发明基于叉形结构的可重构缝隙天线的正面示意图。
本发明所述基于叉形结构的可重构缝隙天线1包括基板10及金属板12。在本实施例中，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线1为长方体结构，其中，金属板12贴合在所述基板10的下表面。所述金属板12为铜面，且厚度相同。优选地，所述金属板12的厚度为0.5盎司。
在本实施例中，所述基板10为FR4的介质基板。所述基板10的厚度优选为1.6厘米，介电常数优选为4.4。
所述金属板12的长度为W，高度为L。所述金属板12内刻蚀有叉形缝隙120。如图3所示，所述叉形缝隙120包括一个T型槽、两个竖槽及两个二极管(分别为第一二极管D1及第二二极管D2)，其中，一个竖槽与所述T型槽横边的一端通过一个第一二极管D1连接，另一个竖槽与所述T型槽横边的另一端通过一个第二二极管D2连接。所述两个竖槽的高度均为lfeed，T型槽的水平边的长度为lstub，T型槽的竖直边的高度为lf，所述T型槽的竖直边及水平边的宽度为wf，所述金属板的竖槽的宽度为也为wf，所述两个竖槽的宽度均为d。此外，所述叉形缝隙120的厚度均为金属板12的厚度。所述叉形缝隙120在所述金属板12上左右对称结构。
需要说明的是，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线1通过控制两个二极管进行状态组合，来改变天线谐振缝隙长度，从而实现频率可重构。具体地说，通过控制二极管，可以控制频率，也就是说可以调频率，一个天线就可以实现多个频段的调节。
采用叉形馈电的结构，在叉形馈电结构的水平枝节和垂直枝节的连接处加载两个二极管，控制二极管的不同组合状态，天线可以实现方向图可重构。同时，采用叉形馈电以及对称的天线结构，天线实现了宽频操作。
在本实施例子中，采用仿真软件CST对天线各个状态进行仿真分析，最后优化的参数为：W＝40mm、L＝30mm、lfeed＝9.3mm、lstub＝30.4mm、lf＝14mm、wf＝3.14mm及d＝1mm。
选取二极管BAR50-02V作为射频开关。二极管的不同组合状态如表所示。
开关 D1 D2
状态1 off on
状态2 on off
图4给出天线各个状态仿真的反射系数曲线。当D1导通，D2断开，即state1时，天线工作频段为3.71～4.21GHz。由于天线的结构对称，当D2导通，D1断开，即state2时，天线的工作频段和state3相同。
图5-1至图5-2给出天线各个谐振频率的仿真辐射方向图。从图中可以看出，E面的方向图基本呈“8”字型，H面(波传播的方向与磁场方向组成的平面)的方向图随开关状态的改变而发生改变。当D1断开且D2导通，即state1时，如图5-1所示，H面的方向图指向θ＝-90°。当D1导通且D2断开，即state2时，如图5-2所示，H面的方向图指向θ＝+90°。由此可见，天线在state1，state2两个状态实现了方向图可重构。
需要说明的是，本发明中的基于叉形结构的可重构缝隙天线省略了连接外界控制设备的导线，及对第一二极管、第二二极管进行控制的控制设备。在本实施例中，所述控制设备可以是，但不限于，电子开关或者微控制器等其它任意能够控制二极管的开合及闭合的装置。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或之间或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，本发明所述基于叉形结构的可重构缝隙天线包括基板、贴合于所述基板下表面的金属板；
所述金属板内刻蚀有叉形缝隙且左右对称，所述叉形缝隙包括一个T型槽、两个竖槽及两个二极管，一个竖槽与所述T型槽横边的一端通过一个二极管连接，另一个竖槽与所述T型槽横边的另一端通过另一个二极管连接。
2.如权利要求1所述的基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线为长方体结构，所述金属板为铜面，所述金属板的厚度均为0.5盎司。
3.如权利要求2所述的基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，所述基板为FR4的介质基板，所述基板的厚度为1.6厘米且介电常数优选为4.4。
4.如权利要求3所述的基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，所述金属板的长度均为40mm、所述金属板的宽度均为30mm、所述金属板的竖槽的高度为9.3mm、所述金属板的T形槽的水平边的长度为30.4mm、、所述金属板的T型槽的竖直边的高度为14mm、所述金属板的竖槽的宽度为3.14mm，所述金属板的T型槽的水平边及竖直边的宽度为3.14mm。
5.如权利要求4所述的基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，当叉形缝隙上的一个二极管开通且另外一个二极管断开，两个镰刀形缝隙的二级管均断开时，所述的频率及方向图可重构缝隙天线的工作频段为3.71～4.21GHz。
6.如权利要求8所述的基于叉形结构的可重构缝隙天线，其特征在于，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线的E面的方向图呈“8”字型，所述基于叉形结构的可重构缝隙天线的H面的方向图指向θ＝-90°或θ＝+90°。
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