CN110061347A - 频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，包括超宽带单极子天线、谐振寄生器和开关管，超宽带单极子天线包括辐射体、金属地和与辐射体相连的馈线，开关管设于谐振寄生器上并控制谐振寄生器上谐振条的通断，谐振寄生器设于所述馈线侧部并与馈线耦合，所述寄生谐振器具有影响第一缺口频带的第一部分，以及影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带的第二部分，所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管设于所述第一部分上，所述第二开关管设于所述第二部分上，可通过一个谐振寄生器控制两个缺口频带，简化天线结构，并可通过两个可控的开关管控制谐振寄生器上不同地方的通断，从而控制两个缺口频带的变化。
Description
技术领域
本发明涉及天线，尤其涉及频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线。
背景技术
在UWB通信系统中，将考虑在3.1至10.6GHz的频带范围内进行通信。到目前为止，为了实现超宽带天线，人们对各种结构进行了研究。然而，在实际应用中，超宽带天线的设计仍然面临着许多挑战。其中一个挑战是避免干扰其他已经占用UWB频段的现有窄带业务。近年来，许多超宽带天线试图利用频带拒绝功能设计来克服干扰问题。最流行的具有频带拒绝功能的天线设计方法是嵌入槽(C槽，U槽，方形槽，弧形槽)，附加杆，U形杆，以及散热器或地板平面上的狭缝。然而，大多数设计只能对应的产生单缺口频带。
另一个挑战是天线的可重构性。近年来，许多超宽带天线通过添加可控装置来实现频率的可重构，使得天线的工作性能灵活多变。在实际应用中，可以使用一根或很少几根天线就满足无线系统多功能的要求。
2013年Rezaul Azim，Mohammad Tariqul Islam和Ahmed Toaha Mobashsher 所发表的“Design of a Dual Band-Notch UWB Slot Antenna by Means of SimpleParasitic Slits”，通过嵌入一个角形寄生缝和两个对称寄生缝，分别对应实现3.35-3.8GHz和5.12-5.84GHz的双缺口频带。
2014年Tong Li，Huiqing Zhai，Long Li和Changhong Liang所发表的“Frequency-Reconfigurable Bow-Tie Antenna With a Wide Tuning Range”，通过在辐射片上加入一对PIN二极管和一对变容二极管，实现了天线在 3.04-5.89GHz的频率宽调谐。
2016年Tianjiao Li，Mahmoud Shirazi和Xun Gong所发表的“S-bandContinuously-Tunable Slot-Ring Antennas for Reconfigurable Antenna ArrayApplications”，通过在加载多个开关，实现了天线在1-4GHz的频率宽调谐。
上述现有技术当中的这些天线中的每个结构只能分别对应地产生一个缺口频带。因此，需要N个谐振器才能实现具有N个缺口频带的超宽带天线。而使用多个谐振器将增加天线结构的复杂性。这给天线设计带来了额外的限制。
再者，上述天线中，PIN二极管或变容二极管等可控装置大多是加载在辐射片当中，因此实现的是频率在一定范围内的改变，而不能使得该频率直接被屏蔽从而实现缺口频带数量和频率的改变。
故，急需一种可解决上述问题的天线结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，可通过一个谐振寄生器产生两个缺口频率可以调整的缺口频带，简化天线结构，并可通过两个可控的开关管控制谐振寄生器上不同地方的通断，从而控制两个缺口频带的变化。
为了实现上有目的，本发明公开了一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，包括超宽带单极子天线、谐振寄生器和开关管，所述超宽带单极子天线包括辐射体、金属地和与辐射体相连的馈线，所述开关管设于所述谐振寄生器上并控制所述谐振寄生器上谐振条的通断，所述谐振寄生器设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合，所述寄生谐振器具有影响第一缺口频带的第一部分，以及影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带的第二部分，所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管设于所述第一部分上，所述第二开关管设于所述第二部分上。
与现有技术相比，本发明通过在超宽带单极子天线的馈线侧方插入一个谐振寄生器，且谐振寄生器包括位于馈线侧方且与馈线直接耦合，谐振寄生器的第一部分影响第一缺口频带，第二部分影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带，由于第二部分仅影响第二缺口频带的位置，不影响第一缺口频带的位置，故可通过第一部分来调节第一缺口频带，通过第二部分来调节第二缺口频带，使用一个谐振寄生器产生两个缺口频率可以调整的缺口频带，相比现有技术需要具有相同个数缺口频带的天线，本发明的天线结构有着更简单的结构和更易于制造的优点。再者，本发明还在第一部分和第二部分上分别加载两个可控的开关管，并可通过两个可控的开关管控制第一部分和第二部分的长度变化，从而控制两个缺口频带的频率变化，实现缺口频带的可重构性。
较佳地，所述第一部分与所述馈线耦合，所述第二开关管位于所述第二部分与所述第一部分连接的端部，将第二开关管设于第二部分与第一部分连接的端部，控制第二开关管断开，可直接屏蔽第二部分以使得天线减少一个缺口频带，实现缺口频带数量和频带上的改变。
较佳地，所述第一频带为高频频带，所述第二频带为低频频带，所述谐振寄生器包括设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合的第一纵向谐振条、沿所述第一纵向谐振条的下端弯折延伸形成的公有横向谐振条、从所述公有横向谐振条的中间位置向上弯折延伸形成的第二纵向谐振条，所述第一纵向谐振条形成影响高频频带和低频频带的第一部分，所述第二纵向谐振条形成影响低频频带且不影响高频频带的第二部分，所述第二纵向谐振条将所述公有横向谐振条分为临近所述第一纵向谐振条的第一横向谐振条和远离所述第一纵向谐振条的第二横向谐振条，所述第一开关管设于除去所述第一横向谐振条的其他第一部分上。本方案中，第一纵向谐振条设于所述馈线侧部并与所述馈线直接耦合，使得第一纵向谐振条可直接影响馈线，无论低频频带还是高频频带，天线的表面电流都将分布于第一纵向谐振条上，使得第一纵向谐振条形成影响超宽带单极子天线的所有频道缺口，即所述第一纵向谐振条形成影响天线高频频带和低频频带的第一部分；而第二纵向谐振条由公有横向谐振条的中间分支而成，相对于第一纵向谐振条远离馈线且未设于第二纵向谐振条末端，在高频频带部分，天线的表面电流在第二纵向谐振条上分布很少，只有在低频频带处，电流才会分布于第二纵向谐振条上，使得第二纵向谐振条主要影响低频频带处的频带，对高频频带处的频带影响极小(可忽略其对高频的影响)，即第二纵向谐振条形成影响低频频带不影响高频频带的第二部分，可使用一个谐振寄生器分别控制两个缺口频带，通过第一开关管和第二开关管控制两个缺口频带的位置。
更佳地，所述第一纵向谐振条与所述馈线以一定间距平行相邻，使得第二纵向谐振条相对于第一纵向谐振条远离馈线，进一步降低高频频带时电流对第二纵向谐振条的影响。
更佳地，所述第二纵向谐振条且与所述第一纵向谐振条以一定间距平行相对。
更佳地，所述第二纵向谐振条的上端向外弯折延伸有与所述第二横向谐振条平行相对的第三横向谐振条，所述公有横向谐振条和第三横向谐振条形成所述第一部分，第三横向谐振条用于调节天线的波长。
具体地，所述谐振寄生器还包括沿所述第二横向谐振条和第三横向谐振条的末端相对弯折延伸形成的两第三纵向谐振条，以及分别沿两所述第三纵向谐振条的末端向所述第二纵向谐振条方向分别弯折延伸形成两第四横向谐振条，两所述第三纵向谐振条之间具有第一预设距离的间隙，并使得所述第四横向谐振条和间隙形成所述谐振寄生器的电容部分。第三横向谐振条、第三纵向谐振条、第四横向谐振条可用于调节天线的波长，且使得谐振寄生器所占体积比较小；电容部分可在高频时，使得电流相对于低频部分向第三纵向谐振条集中，使得电流向第二纵向谐振条处的分布减小，抑制第二纵向谐振条影响高频部分，本方案中还可通过电容部分的调整可调整高频部分和低频部分的频带，使得电容部分形成第一部分。
为了实现上述目的，本发明还公开了一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，包括超宽带单极子天线、谐振寄生器和开关管，所述超宽带单极子天线包括辐射体、金属地和与辐射体相连的馈线，所述开关管设于所述谐振寄生器上并控制所述谐振寄生器上谐振条的通断，所述谐振寄生器包括设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合的第一纵向谐振条、沿所述第一纵向谐振条的下端弯折延伸形成的公有横向谐振条、从所述公有横向谐振条的中间位置向上弯折延伸形成的第二纵向谐振条，所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管设于所述第一纵向谐振条或相对于第二纵向谐振条远离所述第一纵向谐振条一侧的谐振寄生器上，所述第二开关管设于所述第二纵向谐振条上。
与现有技术相比，第一纵向谐振条设于所述馈线侧部并与所述馈线直接耦合，使得第一纵向谐振条可直接影响馈线，对天线频带的影响宽度广，可影响天线上的多个频带，将其中两个频带称为低频频带和高频频带，调节第一纵向谐振条和公有横向谐振条将会影响天线上低频频带和高频频带两个缺口的位置。第二纵向谐振条由公有横向谐振条的中间分支而成，相对于第一纵向谐振条远离馈线且未设于第二纵向谐振条末端，对频带影响的范围小且频带位置偏低，调节第二纵向谐振条将主要影响低频频带处的频带，对高频频带处的频带影响极小(可忽略其对高频的影响)，故通过第二纵向谐振条来单独调节低频频带的缺口位置，可使用一个谐振寄生器产生两个缺口频率可以调整的缺口频带，相比现有技术需要具有相同个数缺口频带的天线，本发明的天线结构有着更简单的结构和更易于制造的优点。再者，本发明还在所述第一纵向谐振条或相对于第二纵向谐振条远离所述第一纵向谐振条一侧的谐振寄生器上设置第一开关管，在第二纵向谐振条上设置第二开关管，可通过两个可控的开关管控制对应谐振条的长度变化，从而控制低频频带和高频频带的位置。
较佳地，所述第二开关管位于所述第二纵向谐振条与所述公有横向谐振条相接的一端，控制第二开关管断开，可直接屏蔽第二纵向谐振条以使得天线减少低频缺口频带的位置，实现缺口频带数量和频带上的改变。
更佳地，所述第一纵向谐振条与所述馈线以一定间距平行相邻，使得第二纵向谐振条相对于第一纵向谐振条远离馈线，进一步降低高频频带时电流对第二纵向谐振条的影响。
更佳地，所述第二纵向谐振条且与所述第一纵向谐振条以一定间距平行相对。
更佳地，所述第二纵向谐振条的上端向外弯折延伸有与所述第二横向谐振条平行相对的第三横向谐振条，所述公有横向谐振条和第三横向谐振条形成所述第一部分，第三横向谐振条用于调节天线的波长。
更佳地，所述谐振寄生器还包括沿所述第二横向谐振条和第三横向谐振条的末端相对弯折延伸形成的两第三纵向谐振条，以及分别沿两所述第三纵向谐振条的末端向所述第二纵向谐振条方向分别弯折延伸形成两第四横向谐振条，两所述第三纵向谐振条之间具有第一预设距离的间隙，并使得所述第四横向谐振条和间隙形成所述谐振寄生器的电容部分。其中，第三横向谐振条、第三纵向谐振条、第四横向谐振条可用于调节天线的波长，且使得谐振寄生器所占体积比较小；电容部分可在高频时，使得电流相对于低频部分向第三纵向谐振条集中，使得电流向第二纵向谐振条处的分布减小，抑制第二纵向谐振条影响高频部分，本方案中还可通过电容部分的调整可调整高频部分和低频部分的频带。
附图说明
图1是本发明超宽带平面天线的正面结构示意图。
图2是本发明超宽带平面天线的背面结构示意图。
图3是是本发明没有加载寄生谐振器的情况下天线反射系数随频率变化的曲线。
图4本发明寄生谐振器中第一二极管和第二二极管闭合的示意图。
图5是本发明加载图4中的寄生谐振器时天线反射系数随频率变化的曲线。
图6是本发明寄生谐振器中第一二极管闭合和第二二极管断开的示意图。
图7是本发明加载图6中的寄生谐振器时天线反射系数随频率变化的曲线。
图8是本发明寄生谐振器中第一二极管断开和第二二极管闭合的示意图。
图9是本发明加载图8中的寄生谐振器时天线反射系数随频率变化的曲线。
图10是本发明寄生谐振器中第一二极管断开和第二二极管断开的示意图。
图11是本发明加载图10中的寄生谐振器时天线反射系数随频率变化的曲线。
图12是G部分长度变化时天线的仿真反射系数随频率变化的曲线。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参考图1至图4，本发明公开了一种具有多缺口频带的超宽带平面天线 100a，包括超宽带单极子天线10、谐振寄生器和开关管，所述超宽带单极子天线100包括辐射体11、金属地12和馈线13，所述谐振寄生器20设于所述馈线 13侧部并与所述馈线13耦合，所述寄生谐振器20具有影响第一缺口频带的第一部分和影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带的第二部分。所述开关管包括第一开关管PIN1和第二开关管PIN2，所述第一开关管PIN1设于所述第一部分上，所述第二开关管PIN2设于所述第二部分上。其中，第一频带和第二频带均为超宽带平面天线100的两个缺口频带。本发明通过设置一个影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带的特有部分(第二部分)，和影响第一缺口频带的第一部分来分别调节第一缺口频带和第二缺口频带的位置，实现一个谐振寄生器 20分别调节两个缺口频带的缺口频率。以下将第二部分称为特有部分。
其中，通过寄生谐振器20的结构以及寄生谐振器20上谐振条相对于馈线 13的位置距离来确定寄生谐振器20上影响不同缺口频带的部分，从而设计出需要的第一部分和第二部分。
在本实施例中，第一缺口频带为高频频带，第二缺口频带为低频频带。
继续参考图1至图4，所述谐振寄生器20包括设于所述馈线13侧部并与所述馈线13耦合的第一纵向谐振条211、沿所述第一纵向谐振条211的下端弯折延伸形成的公有横向谐振条、从所述公有横向谐振条的中间位置向上弯折延伸形成的第二纵向谐振条221。第一纵向谐振条211与馈线13耦合并形成影响低频频带且影响高频频带的第一部分，第二纵向谐振条221为从公有横向谐振条的中间伸出的分支并形成影响低频频带且不影响高频频带的第二部分。特有部分。由于本实施例中，第一部分影响高频频带和低频频带两个缺口，故将第一部分称为公共部分。第二部分影响低频频带但不影响高频频带，故将第二部分称为特有部分。第一开关管PIN1设于公共部分，第二开关管PIN2设于特有部分，即设于第二纵向谐振条221。
参考图4，第二纵向谐振条221将公有横向谐振条分为第一横向谐振条212 和第二横向谐振条213。本实施例中，第二纵向谐振条221在公有横向谐振条的结点相对于公有横向谐振条的末端临近所述第一纵向谐振条211。其中，公有横向谐振条与第一纵向谐振条211的末端相接也形成影响低频频带且影响高频频带的公共部分。本实施例中，第一开关管PIN1设于第二横向谐振条213上，当然，第一开关管PIN1也可以设于第一纵向谐振条211上。
较佳者，第二开关管PIN2设于特有部分与公共部分相接的端部。即，第二开关管PIN2设于第二纵向谐振条221与公有横向谐振条相接的端部，第二开关管PIN2断开后，特有部分缺失，使得频带缺口少1。当然，第二开关管PIN2也可以位于第二纵向谐振条221的中间或末端，从而调节第二纵向谐振条221的长度，此时控制第二开关管PIN2可以控制低频频带的位置而不影响高频频带的位置。
其中，第二纵向谐振条221与所述第一纵向谐振条211以一定间距平行相对。
其中，本实施例中，所述第二纵向谐振条221的宽度宽于所述第一纵向谐振条211的宽度。具体地，第二纵向谐振条221的宽度还宽于公有横向谐振条 212的宽度。第一纵向谐振条211和公有横向谐振条的宽度为3mm，所述第二纵向谐振条221的宽度为5mm。当然，谐振条宽度可由技术人员依据实际需要进行设置，并不限制在上述数值。
继续参考图1和图2，所述超宽带单极子天线100还包括介质基板30，所述辐射体11、馈线13和谐振寄生器20设于所述介质基板30的正面，且所述馈线13的末端延伸至所述介质基板30的底线处，所述金属地12设于所述介质基板30的背面。其中，所述辐射体11呈圆形且其半径为10mm，其圆心距介质基板30的底线25mm，所述介质基板30的厚度为1.55mm，介质常数为4.3，所述馈线的阻抗为50欧姆。本实施例中，介质基板30为FR4材料板，介质基板30 为面积40mm×36mm的长方形。所述金属地12由两块呈方形金属贴片组成，两所述方形金属贴片分别与所述馈线13两侧的位置相对。所述方形金属贴片的长为16.5mm，宽为14mm。当然，天线的具体尺寸厚度可由本领域技术人员依据实际需要进行设置，并不限制在本方案。
本实施例中，谐振寄生器20与所述馈线13平行且与所述馈线13相距0.3mm。具体地，第一纵向谐振条211与所述馈线13平行且与所述馈线13相距0.3mm。该距离可由本领域技术人员依据实际需要进行设置，并不限制在该数值。
其中，本实施例中，谐振寄生器20设于馈线13的右侧，当然，谐振寄生器20也可以设置于馈线13的左侧(如图1所示)。具体地，谐振寄生器20正向设置于馈线13侧部(第一纵向谐振条211上端朝上设置)，当然谐振寄生器 20也可以倒立设于馈线13侧部(第一纵向谐振条211上端朝下设置)。
本实施例中，谐振寄生器20位于辐射体11的下方并未超出辐射体11左右侧的边沿。
较佳者，基于上述实施例，寄生谐振器20还包括沿所述第二纵向谐振条221 上端向远离所述馈线13一侧弯折延伸并与第二横向谐振条213位置相对的第三横向谐振条222，所述公共部分还包括所述第三横向谐振条222。第三横向谐振条222的长度为4mm，第三横向谐振条222为公共部分。在本实施例中，第三横向谐振条222的长度等于第二横向谐振条213的长度。
较佳者，基于上述实施例，寄生谐振器20还沿所述第二横向谐振条213和第三横向谐振条222的末端相对弯折延伸形成的第三纵向谐振条223、223’，两个第三纵向谐振条223之间具有第一预设距离的间隙225。第三横向谐振条222 的长度L4＝4mm，所述间隙225的宽度L5＝0.9mm，第三纵向谐振条223的长度 L7＝2.8mm。所述第三横向谐振条222、间隙225、第三纵向谐振条223、223’为公共部分。当然，所述第一开关管PIN1也可以设于与第三横向谐振条222相接的第三纵向谐振条223’上。
较佳者，基于上述实施例，谐振寄生器20还包括分别沿两所述第三纵向谐振条223、223’的末端向所述第二纵向谐振条213方向分别弯折延伸形成两个第四横向谐振条224、224’，两个第三纵向谐振条223之间具有第一预设距离的间隙225，并使得所述第四横向谐振条224和间隙225形成所述谐振寄生器22的电容部分。当然，第一开关管PIN1也可以设于第四横向谐振条224’上。
其中，第一纵向谐振条211与所述馈线13平行相邻且与所述馈线13相距 0.3mm。本实施例中，谐振寄生器20设于馈线13的右侧。第一纵向谐振条211 的左侧与馈线13以一定间隙平行设置，右侧与第二纵向谐振条221以一定间隙平行设置。第二纵向谐振条221的右侧与电容部分以一定间距相对设置。当然，谐振寄生器20也可以设置于馈线的右侧。在本实施例中，谐振寄生器20正向设置于馈线13侧部(第一纵向谐振条211上端朝上设置)，当然谐振寄生器20 也可以倒立设于馈线13侧部。
本实施例中，所述第一纵向谐振条211的长度L1＝7mm，所述第一横向谐振条212的长度L2＝1.5mm，所述第二纵向谐振条221的长度L3＝6.2mm，所述第二横向谐振条213、第三横向谐振条222的长度L4＝4mm，所述间隙225的宽度 L5＝0.9mm，第四横向谐振条224、224’的长度L6＝1mm，第三纵向谐振条223、223’的长度L7＝2.8mm。所述第二纵向谐振条221形成特有部分，所述第一纵向谐振条211、第一横向谐振条212、第二横向谐振条213、第三横向谐振条222、间隙225、第四横向谐振条224、224’、第三纵向谐振条223、223’形成公共部分。
以本实施例距离，超宽带单极子天线10可满足3.1至10.6GHz的超宽带单极子天线。图3展示了本实施中没有寄生谐振器20的情况下天线的反射系数随频率变化的曲线。图5展示了本实施中加载模式1的寄生谐振器20(第一开关管PIN1闭合，第二开关管PIN2闭合)的情况下天线100的反射系数随频率变化的曲线。由图5可以看出，天线100的仿真回波损耗在3.68-4.22GHz、 5.03-6.03GHz频率范围内都高于-10dB，满足C波段卫星下行频率的3.7-4.2GHz和无线局域网络WLAN的5.15-5.825GHz。因此，在加载了寄生谐振器20的情况下，天线100得到完整覆盖C波段卫星下行频率和无线局域网络 WLAN的双缺口频带天线。本实施例中，天线100为双缺口频带天线。
当电流集中在寄生谐振器20上时，就会发生对所提议天线的激发态电流的破坏性干扰，这使得天线在缺口频率上变得不灵敏。本发明天线100在4GHz时， 4GHz处电流相当一部分集中在所述寄生谐振器20的第二纵向谐振条221，受控于特有部分。本实施例中，电流集中在第一纵向谐振条211、第一横向谐振条 212、第二纵向谐振条221、第三横向谐振条222、第二横向谐振条213、第三纵向谐振条223、223’上，尤其是上端的第三纵向谐振条223上。5.5GHz处电流主要集中公共部分，特有部分对其影响不大。其中，电流集中在第一纵向谐振条 211、第一横向谐振条212、第三横向谐振条222、第二横向谐振条213、第三纵向谐振条223上，尤其是下端的第三纵向谐振条、223’上。所以本发明可通过改变公共部分实现两个缺口频带的共同移动，改变特有部分实现低频处缺口频带的单独移动。
由于所述寄生谐振器20的公共部分对天线产生的双缺口频带均有影响，增加公共部分长度将使天线的两个频率中心往低频方向平移。特有部分主要对天线产生的双频带中的低频部分产生影响，增加特有部分的长度将使天线产生的双频带中的低频部分往低频部分移动，而对高频部分的频带影响很小。
其中，当第一纵向谐振条211的长度L1、第四横向谐振条224的长度L6逐渐增大时，天线的两个缺口频带同时往低频处移动，第一纵向谐振条211的长度L1和第四横向谐振条224的长度L6对调节两个缺口频带的移动起到关键作用。当第二纵向谐振条221的长度L3逐渐增大时，天线的两个缺口频带中的低频部分往低频处移动，而高频部分的缺口频带基本不变，第二纵向谐振条221 的长度L3对调节两个缺口频带中的低频处缺口频带移动起到关键作用。
以上公开了使用一个寄生谐振器调节天线两个缺口频带的实施例，当然可以使用多个寄生谐振器调节天线的频带，只要其中一个寄生谐振器位于馈线侧部且具有公共部分和特有部分，从而可以调节两个缺口频带均属于本发明所要保护的范围。例如，设置两个寄生谐振器，一个寄生谐振器为本发明所公开的寄生谐振器，可调节3.68-4.22GHz、5.03-6.03GHz两个频带，第二个寄生谐振器可为普通寄生谐振器，用于调整另一频带。当然，也可以设置两个本发明所公开的寄生谐振器，分别调节四个频带。
上述实施例仅描述了一个模式的寄生谐振器20下天线的特性，以下描述其他三个模式的寄生谐振器配合下天线100的特性：
参考图6，为第二种模式的寄生谐振器20(第一开关管PIN1闭合，第二开关管PIN2断开)的情况下的示意图，此时，天线100的反射系数随频率变化的曲线如图7所示。由于第二开关管PIN2设于第二纵向谐振条221与公有横向谐振条相接的端部，第二开关管PIN2断开后，特有部分缺失，使得频带缺口少1，由图7可以看出，天线的仿真回波损耗在4.972-5.975GHz频率范围内高于-10 dB，满足无线局域网络WLAN的5.15-5.825GHz。因此，在第一开关管PIN1闭合，第二开关管PIN2断开的情况下，天线100得到完整覆盖无线局域网络WLAN的单阻带超带宽天线。
参考图8为第三种模式下的谐振寄生器20(第一开关管PIN1断开，第二开关管PIN2闭合)的示意图。由于公共部分同时影响两个缺口频带，所以第一开关管PIN1断开时，两个缺口频带同时受到影响，向高频移动，通过参数优化可以使得缺口频带满足现有波段的要求。由图9可以看出，天线的仿真回波损耗在3.605-4.572GHz、7.202-7.753GHz频率范围内都高于-10dB，满足C波段卫星下行频率的3.7-4.2GHz和X波段卫星通信系统下行链路的7.25-7.75GHz。因此，在第二开关管PIN2断开、第一开关管PIN1导通的情况下，所述天线得到完整覆盖C波段卫星下行频率和X波段卫星通信系统下行链路的双阻带超带宽天线。
参考图10为第四种模式下谐振寄生器20(第二开关管PIN2和第一开关管 PIN1都断开)的示意图。图11为此情况下天线的反射系数随频率变化的曲线。第二开关管PIN2和第一开关管PIN1都断开，导致原先只断开第一开关管PIN1 时所产生高频部分缺口频带被保留，而低频部分缺口频带被屏蔽。由图11可以看出，天线的仿真回波损耗在7.237-7.942GHz频率范围内高于-10dB，满足X 波段卫星通信系统下行链路的7.25-7.75GHz。因此，在第二开关管PIN2PIN2 和第一开关管PIN1都断开的情况下，所述天线得到完整覆盖X波段卫星通信系统下行链路的单阻带超带宽天线。
为了体现本发明四个模式下频率可重构天线设计的灵活性，图12展示了第三种模式下，第二开关管PIN2导通、第一开关管PIN1断开时优化第一开关管PIN1所处位置距第一横向谐振条212的距离G不同时，天线的仿真反射系数随频率变化的曲线。从图12可以看出，当距离G的长度逐渐增大时，即第一开关管PIN1远离第一横向谐振条212时，天线高频部分的缺口频带往低频处移动，而低频部分的缺口频带基本不变，展示了第一开关管PIN1所处位置距第一横向谐振条212的距离G对调节高频部分缺口频带的移动起到关键作用。
上述实施例中，可控的开关管为二极管，具体的开关管为PIN二极管，当然，开关管也可以为变容二极管或其他开关管。
综上，本发明在实现一个谐振寄生器产生双缺口频带的前提下，通过控制开关管的通断实现缺口频带的数量和频率的可重构，相比于实现具有相同个数缺口频带的天线和其他频率的可重构天线时，百呢范的结构简单，易于制造且在缺口频带的功能变化上有着更灵活的特性。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“正面”、“背面”、“上端”、“下端”、“左端”、“右端”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不能认定为所指示的元件或者装置是特定的方位。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，包括超宽带单极子天线、谐振寄生器和开关管，所述超宽带单极子天线包括辐射体、金属地和与辐射体相连的馈线，所述开关管设于所述谐振寄生器上并控制所述谐振寄生器上谐振条的通断，其特征在于：所述谐振寄生器设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合，所述寄生谐振器具有影响第一缺口频带的第一部分，以及影响第二缺口频带且不影响第一缺口频带的第二部分，所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管设于所述第一部分上，所述第二开关管设于所述第二部分上。
2.如权利要求1所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第一部分与所述馈线耦合，所述第二开关管位于所述第二部分与所述第一部分连接的端部。
3.如权利要求1所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第一频带为高频频带，所述第二频带为低频频带，所述谐振寄生器包括设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合的第一纵向谐振条、沿所述第一纵向谐振条的下端弯折延伸形成的公有横向谐振条、从所述公有横向谐振条的中间位置向上弯折延伸形成的第二纵向谐振条，所述第一纵向谐振条形成影响高频频带和低频频带的第一部分，所述第二纵向谐振条形成影响低频频带且不影响高频频带的第二部分，所述第二纵向谐振条将所述公有横向谐振条分为临近所述第一纵向谐振条的第一横向谐振条和远离所述第一纵向谐振条的第二横向谐振条，所述第一开关管设于除去所述第一横向谐振条的其他第一部分上。
4.如权利要求3所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第一纵向谐振条与所述馈线以一定间距平行相邻。
5.如权利要求3所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第二纵向谐振条且与所述第一纵向谐振条以一定间距平行相对。
6.如权利要求3所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第二纵向谐振条的上端向外弯折延伸有与所述第二横向谐振条平行相对的第三横向谐振条，所述公有横向谐振条和第三横向谐振条形成所述第一部分。
7.如权利要求6所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述谐振寄生器还包括沿所述第二横向谐振条和第三横向谐振条的末端相对弯折延伸形成的两第三纵向谐振条，以及分别沿两所述第三纵向谐振条的末端向所述第二纵向谐振条方向分别弯折延伸形成两第四横向谐振条，两所述第三纵向谐振条之间具有第一预设距离的间隙，并使得所述第四横向谐振条和间隙形成所述谐振寄生器的电容部分，所述第四横向谐振条、第三纵向谐振条和所述间隙形成所述第一部分。
8.一种频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，包括超宽带单极子天线、谐振寄生器和开关管，所述超宽带单极子天线包括辐射体、金属地和与辐射体相连的馈线，所述开关管设于所述谐振寄生器上并控制所述谐振寄生器上谐振条的通断，其特征在于：所述谐振寄生器包括设于所述馈线侧部并与所述馈线耦合的第一纵向谐振条、沿所述第一纵向谐振条的下端弯折延伸形成的公有横向谐振条、从所述公有横向谐振条的中间位置向上弯折延伸形成的第二纵向谐振条，所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管设于所述第一纵向谐振条或相对于第二纵向谐振条远离所述第一纵向谐振条一侧的谐振寄生器上，所述第二开关管设于所述第二纵向谐振条上。
9.如权利要求8所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第二开关管位于所述第二纵向谐振条与所述公有横向谐振条相接的一端。
10.如权利要求8所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第一纵向谐振条与所述馈线以一定间距平行相邻。
11.如权利要求8所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第二纵向谐振条且与所述第一纵向谐振条以一定间距平行相对。
12.如权利要求8所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述第二纵向谐振条将所述公有横向谐振条分为临近所述第一纵向谐振条的第一横向谐振条和远离所述第一纵向谐振条的第二横向谐振条，且所述第二纵向谐振条的上端向外弯折延伸有与所述第二横向谐振条平行相对的第三横向谐振条。
13.如权利要求12所述的频带可重构的多缺口频带超宽带平面天线，其特征在于：所述谐振寄生器还包括沿所述第二横向谐振条和第三横向谐振条的末端相对弯折延伸形成的两第三纵向谐振条，以及分别沿两所述第三纵向谐振条的末端向所述第二纵向谐振条方向分别弯折延伸形成两第四横向谐振条，两所述第三纵向谐振条之间具有第一预设距离的间隙，并使得所述第四横向谐振条和间隙形成所述谐振寄生器的电容部分。
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