CN109004346A - 一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，属于无线电通信领域，特别是涉及一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线。解决了现有极化可重构介质谐振天线极化状态单一、馈电端口多、组阵结构复杂的问题。它包括介质谐振器天线、地板、探针和可控馈电网络。它主要用于无线电通信领域。

Description

一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线
技术领域
本发明属于无线电通信领域，特别是涉及一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线。
背景技术
现代无线通讯事业迅速发展，对于无线通讯系统射频前端的天线研究方向向着宽频带，低损耗，小型化方向研究。介质谐振器天线由于其宽频带，低损耗，低成本，辐射效率高的特点受到了学者的广泛关注。介质谐振器天线的辐射单元为纯介质，无金属损耗，很好的弥补了微带天线在高频段尤其至毫米波频段由于金属的趋肤效应导致的损耗严重，天线效率降低的问题。并且，介质谐振器通过上表面与四周向外辐射，没有表面波损耗，因此辐射效率较高。另外介质谐振器天线馈电方式多种多样,易于激励起多种模式，用于微带天线的馈电技术均可相应地用于介质谐振器天线的馈电设计中。所以介质谐振器天线在高频段具有更大的应用价值。并且现代无线通信系统呈现超宽带，大容量，多功能的发展趋势，不可避免的使通信系统天线数量增加，也使系统的电磁兼容性降低，质量增加，成本升高。为使天线能符合多种通信标准和多种工作模式，可重构天线应运而生。极化可重构天线可根据工作环境改变电磁波的极化方式，能够增加独立的收发通道而不增加天线体积，尤其适用于体积受限的通信移动端，而且极化可调天线可以实现频率复用、消除通信系统中多径衰落，通过极化控制改善通信系统和和遥感系统性能，因此国内外相关研究很多，并引起了越来越多的关注，具有极强的实用价值和研究意义。极化可重构介质谐振天线综合了极化可重构天线及介质谐振天线的优点，圆极化天线由于可接收任意极化的来波，不存在极化失配现象，左右旋圆极化天线可重构功能可以提高无线通信系统的频谱利用效率及系统容量，可减小系统体积，为系统可重构提供更高的自由度，且具有较高的辐射效率
极化可重构介质谐振天线起步较晚，研究成果不够丰硕。在已有的研究中，部分设计仅能实现水平与垂直线极化的切换、左/右旋圆极化的切换或需采用多端口馈电、组阵的复杂结构。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，它包括介质谐振器天线、地板、探针和可控馈电网络，所述介质谐振器天线位于地板的正面，所述介质谐振器天线由加载共形贴片的介质谐振器组成，所述可控馈电网络位于地板的背面，所述可控馈电网络为威尔金森功分器加载PIN二极管的形式，所述PIN二极管作为可控馈电网络的射频开关，所述可控馈电网络通过探针与介质谐振器天线耦合。
更进一步的，所述介质谐振器天线形状为矩形或圆柱形或半球形或梯形。
更进一步的，所述介质谐振器天线的馈电方式为缝隙馈电或微带线馈电。
更进一步的，所述介质谐振器介电常数为10。
更进一步的，所述共形贴片的形状为梯形。
更进一步的，所述威尔金森功分器使用的介电基板介电常数为4.2，厚度为0.6mm。
更进一步的，所述PIN二极管组成S1-S8共8个射频开关。
本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线使用PIN二极管作为射频开关控制威尔金森馈电网络支路的选择，将可控馈电网络通过探针与介质谐振器天线耦合，对天线进行激励，可实现两种状态的线极化与左/右旋圆极化之间的切换。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现了单端口、电可控、加载共形贴片、极化可调的介质谐振天线，相比于已有的发明，极化状态多样，且工作状态稳定，在工作频带内可实现很好的圆极化与线极化工作状态。
附图说明
图1为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线三维结构示意图
图2为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线俯视结构示意图
图3为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线仰视结构示意图
图4为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线线极化状态1模式反射系数曲线图
图5为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线线极化状态2模式反射系数曲线图
图6为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线线极化状态1模式远场方向图
图7为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线线极化状态2模式远场方向图
图8为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线右旋圆极化仿真结果反射系数曲线图
图9为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线右旋圆极化仿真结果轴比图
图10为本发明所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线右旋圆极化远场方向图
1-介质谐振器，2-共形贴片，3-地板，4-探针，5-可控馈电网络，6-威尔金森功分器，7-PIN二极管，R为隔离电阻，S11为反射系数，S1-S8为PIN二极管组成的8个射频开关
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-10说明本实施方式，一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：它包括介质谐振器天线、地板3、探针4和可控馈电网络5，所述介质谐振器天线位于地板3的正面，所述介质谐振器天线由加载共形贴片2的介质谐振器1组成，所述可控馈电网络5位于地板3的背面，所述可控馈电网络5为威尔金森功分器6加载PIN二极管7的形式，所述PIN二极管7作为可控馈电网络5的射频开关，所述可控馈电网络5通过探针4与介质谐振器天线耦合。
本实施方式中所述介质谐振器天线形状为矩形且介电常数为10；所述共形贴片2的形状为梯形；所述威尔金森功分器6使用的介电基板介电常数为4.2，厚度为0.6mm；所述PIN二极管7组成S1-S8共8个射频开关。其工作状态如下表所示：
工作状态 S1&&S2 S3&&S4 S5&&S6 S7&&S8
线极化状态1 关 开 开 关
线极化状态2 开 关 关 开
左旋圆极化 开 关 关 开
右旋圆极化 关 开 开 关
本发明可实现两种状态的线极化与左/右旋圆极化之间的切换。当开关S1、S2、S7、S8断开，S3、S4、S5、S6导通时，一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线工作在线极化状态1；当开关S3、S4、S5、S6断开，S1、S2、S7、S8导通时，一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线工作在线极化状态2；当开关S3、S4、S7、S8断开，S1、S2、S5、S6导通时，一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线工作在左旋圆极化状态；当开关S1、S2、S5、S6断开，S3、S4、S7、S8导通时，一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线工作在右旋圆极化状态。
相比于现有技术，本发明所述一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线极化状态多样。且天线的四种工作状态均在2.4GHz附近，两种线极化阻抗带宽分别为250MHz与470MHz，左/右旋圆极化阻抗带宽为860MHz，轴比带宽为750MHz。在工作频带内可实现很好的圆极化与线极化工作状态。
本实施例中所述介质谐振器天线形状可变换为圆柱形或半球形或梯形或其他形状；所述介质谐振器天线的馈电方式为缝隙馈电或微带线馈电；共形贴片2的形状可变换为其他形状。
以上对本发明所提供的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：它包括介质谐振器天线、地板(3)、探针(4)和可控馈电网络(5)，所述介质谐振器天线位于地板(3)的正面，所述介质谐振器天线由加载共形贴片(2)的介质谐振器(1)组成，所述可控馈电网络(5)位于地板(3)的背面，所述可控馈电网络(5)为威尔金森功分器(6)加载PIN二极管(7)的形式，所述PIN二极管(7)作为可控馈电网络(5)的射频开关，所述可控馈电网络(5)通过探针(4)与介质谐振器天线耦合。
2.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述介质谐振器天线形状为矩形或圆柱形或半球形或梯形。
3.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述介质谐振器天线的馈电方式为缝隙馈电或微带线馈电。
4.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述介质谐振器(1)介电常数为10。
5.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述共形贴片(2)的形状为梯形。
6.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述威尔金森功分器(6)使用的介电基板介电常数为4.2，厚度为0.6mm。
7.根据权利要求1所述的一种带共形贴片的极化可重构介质谐振天线，其特征在于：所述PIN二极管(7)组成S1-S8共8个射频开关。
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