CN107046169B - 一种极化可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极化可重构天线，包括介质基片(1)、上金属层(21)、下金属层(22)、一对结构对称且可控的接地通孔(5)和2个以上阵列式排布成腔体(4)的金属通孔(41)，所述上金属层(21)设置有天线辐射结构，而所述下金属层(22)上设置有天线的馈电结构；所述接地通孔(5)分别与开关相连，所述开关用于控制接地通孔(5)的接地状态使得对电流有不同的扰动。本发明通过改变开关的状态，即改变一对可控接地通孔的状态，从而改变对电流的扰动，可形成三种不同的极化波：线极化波、左旋圆极化波和右旋圆极化波，从而可实现极化可重构天线。

Description

一种极化可重构天线
技术领域
本发明属于天线技术，尤其涉及一种极化可重构天线。
背景技术
无线通信技术的快速发展对系统需求以及工作模式提出了更高要求，传统的单功能天线不能很好的满足当前的需要，并成为制约系统性能发展的瓶颈。可重构天线的提出和发展给这些问题提供了很好的解决方案。极化可重构天线可以通过频率复用来增加系统的容量，并且能够解决通信中的极化失配的问题，从而提高通信质量。
由于现代单层PCB工艺十分成熟，在不是十分高的频段内，加工精度也十分有保证，同时加工的产品可以拥有低轮廓、小体积、高集成度的特性，有利于天线的大规模生产与应用。因此，使用单层PCB工艺的极化可重构基片集成波导缝隙天线在低轮廓、高集成度以及降低成本上都有很现实的意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种极化可重构天线，该极化可重构天线仅需要在基片集成腔体中引入两个开关就可以构成，与其他极化可重构天线相比，具有尺寸小，易组阵，重量轻，结构简单，易于集成等优点。它具有轴比小、一致性、结构简单、易于实现、成本低等优点。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种极化可重构天线，包括介质基片(1)、上金属层(21)、下金属层(22)、一对结构对称且可控的接地通孔(5)和2个以上阵列式排布成腔体(4)的金属通孔(41)，所述介质基片(1)设置在上金属层(21)和下金属层(22)之间，而所述金属通孔(41)依次贯穿上金属层(21)、介质基片(1)以及下金属层(22)，且金属通孔(41)的上端与上金属层(21)的上表面连接，而下端与下金属层(22)的下表面连接；所述上金属层(21)设置有天线辐射结构，而所述下金属层(22)上设置有天线的馈电结构；所述接地通孔(5)分别与开关相连，所述开关用于控制接地通孔(5)的接地状态改变对电流的扰动。
优选的：所述腔体(4)的轮廓为方形或长方形。
优选的：所述上金属层(21)上表面且位于腔体(4)的四周蚀刻有互补环形开口 缝隙作为辐射缝隙(2)，所述辐射缝隙(2)作为天线辐射结构。
优选的：所述下金属层(22)上设置有天线的馈电端口，所述馈电端口蚀刻出缝隙作为有限接地共面波导传输线(3)，所述有限接地共面波导传输线(3)作为天线的馈电结构。
本发明通过开关控制可控的接地通孔是否接地；改变开关的状态，即改变一对可控接地通孔的状态，从而改变对电流的扰动，可形成三种不同的极化波：线极化波、左旋圆极化波和右旋圆极化波，从而可实现极化可重构天线。
有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
1、整个天线主要有金属层和金属化通孔组成，整个结构可以用传统的PCB或LTCC工艺来实现；
2、该天线能通过两个开关控制电流的扰动，从而实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化，即形成极化可重构天线。
3、该天线具有三种不同的极化：线极化、左旋圆极化和右旋圆极化，且圆极化的轴比很小，满足很好的圆极化特性，较好的驻波特性，且轮廓低、体积小、实现简单，易于集成。
4、该天线尺寸比较小，可以用来组成天线阵列来满足实际需求。
附图说明
图1为一种极化可重构天线的主视结构示意图；
图2为极化可重构天线的后视结构示意图；
图3为金属化通孔的剖视结构示意图；
图4为天线仿真和测试的极化可重构天线在线极化状态的回波损耗|S11|；
图5为天线仿真和测试的极化可重构天线左旋圆极化状态的回波损耗|S11|；
图6为天线仿真和测试的极化可重构天线右旋圆极化状态的回波损耗|S11|；
图7为天线仿真和测试在频率8.2GHz时线极化方向图；
图8为天线仿真和测试在频率8.25GHz时左旋圆极化方向图；
图9为天线仿真和测试在频率8.25GHz时右旋圆极化方向图；
图10为在法向方向上，天线仿真和测试在线极化状态时随频率变化下的增益变化关系图；
图11为在法向方向上，天线仿真和测试在左旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图；
图12为在法向方向上，天线仿真和测试在右旋圆极化状态时随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种极化可重构天线，如图1、2所示，该天线包括介质基片1、上金属层21、下金属层22、金属通孔组成的方形腔体4和一对结构对称且可控的接地通孔5，所述金属通孔贯穿介质基片1、上下两端分别连接上金属层21和下金属层22。
具体的，在上金属层21上表面、腔体4的四周蚀刻出互补开口环形缝隙作为辐射缝隙2，所述辐射缝隙2作为天线的辐射结构。在下金属层22的下表面蚀刻出缝隙作为有限接地共面波导传输线3，所述有限接地共面波导传输线3作为天线的馈电结构；
具体的，所述一对结构对称且可控的接地通孔5分别与开关相连，开关用于控制接地通孔5的接地状态改变对电流的扰动，通过改变开关的状态，即改变通孔的接地状态，可以有不同的电流扰动，从而改变天线中的电流扰动，即可形成三种不同的极化波：线极化、左旋圆极化和右旋圆极化波。
基于上述，如图3所示，所述天线包括介质基片1、上金属层21、下金属层22和若干金属通孔，所述介质基片1设置在上金属层21和下金属层22之间，所述金属通孔41贯穿介质基片1、上金属层21和下金属层22，且上、下两端分别连接上金属层21和下金属层22，所述各金属通孔41阵列式排布成腔体4。所述腔体4的轮廓为方形。
所述上金属层21上腔体4的四周蚀刻出互补开口环形缝隙作为辐射缝隙2，所述辐射缝隙2作为天线的辐射结构。所述天线的馈电端口设置在下金属层22上，所述馈电端口蚀刻出缝隙作为有限接地共面波导传输线3(FG-CPW)，所述有限接地共面波导传输线3作为天线的馈电结构。所述两个开关决定接地通孔的状态，从而改变天线电流的扰动方向，实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化波。
基于本发明思想，利用PCB工艺制作极化可重构天线，并进行相关测试：图4，图5，图6分别为该天线的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化波的仿真和测试的回波损耗 |S11|；图7天线在频率8.2GHz时线极化归一化仿真和测试增益方向图；图8天线在频率8.25GHz时左旋圆极化归一化仿真和测试增益方向图；图9为在法向方向上，天线在频率8.25GHz时右旋圆极化归一化仿真和测试增益方向图；图10为在法向方向上，天线在线极化时随频率变化下的仿真和测试增益变化关系图；图11为在法向方向上，天线在左旋圆极化随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图；图12为在法向方向上，天线在右旋圆极化随频率变化下的轴比变化关系和增益变化关系图。测试表明，该天线具有三种不同的极化：线极化、左旋圆极化和右旋圆极化波，同时满足较好的圆极化特性，较好的驻波特性，且轮廓低、体积小、实现简单，易于集成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种极化可重构天线，其特征在于：包括介质基片(1)、上金属层(21)、下金属层(22)、一对结构对称且可控的接地通孔(5)和2个以上阵列式排布成腔体(4)的金属通孔(41)，所述介质基片(1)设置在上金属层(21)和下金属层(22)之间，而所述金属通孔(41)依次贯穿上金属层(21)、介质基片(1)以及下金属层(22)，且金属通孔(41)的上端与上金属层(21)的上表面连接，而下端与下金属层(22)的下表面连接；所述上金属层(21)设置有天线辐射结构，而所述下金属层(22)上设置有天线的馈电结构；所述接地通孔(5)分别与开关相连，所述开关用于控制接地通孔(5)的接地状态改变对电流的扰动。
2.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于：所述腔体(4)的轮廓为方形或长方形。
3.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于：在上金属层(21)上表面、腔体(4)的四周蚀刻出互补开口环形缝隙作为辐射缝隙2，所述辐射缝隙2作为天线的辐射结构。
4.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于：所述下金属层(22)上设置有天线的馈电端口，所述馈电端口蚀刻出缝隙作为有限接地共面波导传输线(3)，所述有限接地共面波导传输线(3)作为天线的馈电结构。
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