CN110611161B - 一种参数混合可重构天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参数混合可重构天线，所述天线包括：第一介质基板(1)、第二介质基板(2)和金属地层(3)；第一介质基板(1)位于天线的上方，金属地层(3)位于第一介质基板(1)与第二介质基板(2)之间，与第一介质基板(1)和第二介质基板(2)构成层叠结构；第一介质基板(1)的上表面设置有第一金属贴片(4)、第二金属贴片(5)以及用于连接第二金属贴片(5)的射频开关(6)；第二介质基板(2)的下表面设置有第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)；在金属地层(3)的中间位置设置有缝隙(9)。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及参数混合可重构天线。
背景技术
传统天线的结构和工作参数固定，很难满足现代智能无线电设备对复杂环境变化的适应要求，在实际应用环境中将明显降低无线电设备的技术指标。可重构天线可利用光、电或者机械等方式改变天线表面电流的分布，实现工作频率、方向图和/或极化参数的灵活调整。相比价格昂贵系统复杂的相控阵天线形式，基于射频开关的可重构天线能够为无线电设备适应复杂环境变化或人为干扰提供一种智能天线实现的低成本技术途径。
现有技术中频率、方向图或极化的单一参数可重构天线的成果较多，针对智能无线电设备发展对多功能天线的应用需求，主要有基于单参数重构技术组合和可重构孔径天线两种实现途径。一方面，单参数重构技术组合原理易于实现，但可优化重构的维度少、可重构性低。另一方面，可重构孔径天线可重构性高，虽然满足不同类型参数的重构需求，但也存在参数重构的耦合性强的问题，限制了天线的实际应用。
因此希望有一种参数混合可重构天线能够解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明公开了参数混合可重构天线，所述天线包括：第一介质基板(1)、第二介质基板(2)和金属地层(3)；第一介质基板(1)位于天线的上方，金属地层(3)位于第一介质基板(1)与第二介质基板(2)之间，与第一介质基板(1)和第二介质基板(2)构成层叠结构；
第一介质基板(1)的上表面设置有第一金属贴片(4)、第二金属贴片(5)以及用于连接第二金属贴片(5)的射频开关(6)；
第二介质基板(2)的下表面设置有第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)；
在金属地层(3)的中间位置设置有缝隙(9)。
优选地，所述第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)相交并且相互垂直。
优选地,所述缝隙(9)的形状为两条相同长度的十字交叉直线，所述缝隙(9)的位置为所述第一金属贴片(4)的中心正下方。
优选地,所述参数混合包括方向图指向参数和极化状态参数。
优选地,所述方向图指向参数通过改变所述射频开关(6)的通断进行调整。
优选地,所述极化状态参数通过改变所述第一微带馈电线(7)的端口、所述第二微带馈电线(8)的端口和所述射频开关(6)的通断状态进行调整。
优选地,所述可重构天线的工作频率通过改变所述第一金属贴片(4)和所述缝隙(9)的长度和宽度进行调整。
优选地，所述射频开关(6)为微电子机械系统开关、PIN型二极管开关或场效应管开关中任意一种。
本发明提出了一种参数混合可重构天线，本发明采用非均匀尺寸天线形式，通过射频开关通断控制实现方向图可重构，并采用缝隙耦合馈电形式，通过切换馈电端口实现极化可重构，结合了单参数重构技术组合和可重构孔径两种混合可重构天线实现途径的优势，其它参数重构时天线工作频率不变，提升了混合可重构能力，有效解决了参数重构时的耦合性问题。
附图说明
图1为本发明参数混合可重构天线的结构示意图；
图2为本发明第一介质基板的顶视图；
图3为本发明第二介质基板的底视图；
图4为本发明金属地层的顶视图；
图5为实施例2第二金属贴片(5)连接状态示意图；
图6为实施例3第二金属贴片连接状态示意图；
图7为实施例1的S11仿真结果图；
图8为实施例1选择第一微带馈电线时辐射方向图仿真结果图；
图9为实施例1选择第二微带馈电线时辐射方向图仿真结果图；
图10为实施例2的S11仿真结果图；
图11为实施例2选择第一微带馈电线时辐射方向图仿真结果图；
图12为实施例2选择第二微带馈电线时辐射方向图仿真结果图；
图13为实施例3的S11仿真结果图；
图14为实施例3选择第一微带馈电线时辐射方向图仿真结果图；
图15为实施例3选择第二微带馈电线时辐射方向图仿真结果图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种方向图和极化混合可重构天线，包括第一介质基板、第二介质基板、以及第一介质基板和第二介质基板之间的金属地层组成的层叠结构。第一介质基板上表面设有非均匀尺寸的金属贴片、射频开关，金属地层设置一个十字交叉的缝隙，第二介质基板下表面设有两个相互垂直的微带馈电线。本发明所设计天线通过射频开关的通断控制拓扑结构的变化实现方向图和极化重构，方向图和极化参数重构耦合性小、方向图偏转角度大，可作为天线阵列的辐射单元，适用于多功能雷达、遥感遥测、无线通讯等领域。
实施例1：
本实施例通过金属片理想等效射频开关连接各金属贴片，黑色表示连接状态。
如图1所示：一种基于RF MEMS开关的频率可重构天线，包括第一介质基板(1)、第二介质基板(2)、以及第一介质基板和第二介质基板之间的金属地层(3)组成的层叠结构，所述第一介质基板(1)位于层叠结构的上方。介质基板和金属地层大小可以相同，第一介质基板(1)厚度可以为1.5mm，第二介质基板(2)厚度可以为0.508mm，第一介质基板(1)和第二介质基板(2)可以均采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009的Rogers 5880材料，金属地层、金属贴片、微带馈电线可以均为厚度35um的铜。
如图2所示：第一介质基板(1)、第二介质基板(2)和金属地层(3)的正方形边长L1可以为40.0mm，第一金属贴片(4)的正方形边长L2可以为9.0mm，第二金属贴片(5)的正方形边长L3可以设置为3.5mm，等效射频开关(6)的金属贴片长度m1可以设置为2.0mm，宽度n1可以设置为1.1mm，第一金属贴片(4)和外围第二金属贴片(5)之间的间隙s1和s2可以均设置为2mm。
如图3所示：第二介质基板(2)的下表面印制有相互垂直的第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)，各微带馈电线的长度L4可以设置为23.85mm，宽度W1可以设置为2.5mm。
如图4所示：金属地层(3)的中间位置设置一个十字交叉的缝隙(9)，该缝隙(9)的两条线分别与第一金属贴片(4)的两条对角线在金属地层的投影平行。缝隙(9)的长度L5可以设置为7.6mm，宽度W2可以设置为0.7mm。
实施例2，本实施例与实施例1的结构相同，仅对射频开关(6)的状态进行调整。
如图5所示：可以通过等效射频开关(6)对多个第二金属贴片(5)按照如图5所示的方式进行连接。
实施例3，本实施例与实施例1的结构相同，仅对射频开关(6)的状态进行调整。
如图6示：可以通过等效射频开关(6)对多个第二金属贴片(5)按照如图6所示的方式进行连接。
本发明的技术效果可结合仿真结果作进一步说明：
1、仿真内容
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例1中，第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)分别馈电时的S11参数进行仿真计算，结果如图7所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例1中，第一微带馈电线(7)时的方向图进行仿真计算，结果如图8所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例1中，第二微带馈电线(8)时的方向图进行仿真计算，结果如图9所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例2中，第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)分别馈电时的S11参数进行仿真计算，结果如图10所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例2中，第一微带馈电线(7)时的方向图进行仿真计算，结果如图11所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例2中，第二微带馈电线(8)时的方向图进行仿真计算，结果如图12所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例3中，第一微带馈电线(7)和第二微带馈电线(8)分别馈电时的S11参数进行仿真计算，结果如图13所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例3中，第一微带馈电线(7)时的方向图进行仿真计算，结果如图14所示。
利用商业仿真软件HFSS_19.0对本发明实施例3中，第二微带馈电线(8)时的方向图进行仿真计算，结果如图15所示。
2、仿真结果
如图7所示：天线工作在X频段，以S11<-10dB为标准，回波损耗带宽为860MHz，中心频点为8.5GHz。
如图8所示：方向图波束指向为0°，增益为7.58dB，主极化为左旋圆极化，交叉极化抑制比为-16.36dB。
如图9所示：方向图波束指向为0°，增益为7.55dB，主极化为右旋圆极化，交叉极化抑制比为-16.69dB，表明通过切换馈电端口能够实现极化重构，极化抑制比水平较高，同时也实现了极化重构时方向图指向保持不变。
如图10所示：天线工作在X频段，以S11<-10dB为标准，回波损耗带宽为700MHz，中心频点为8.6GHz，对比图7可表明方向图和极化重构时，天线工作频率保持不变。
如图11所示：方向图波束指向为25°，增益为5.2dB，主极化为左旋圆极化，交叉极化抑制比为-23dB。
如图12所示：方向图波束指向为25°，增益为3.4dB，主极化为水平极化，交叉极化抑制比为-10.5dB。结果表明通过切换馈电端口能够实现圆极化与线极化之间的极化重构，同时也实现了极化重构时方向图指向保持不变。
如图13所示：天线工作在X频段，以S11<-10dB为标准，回波损耗带宽为1.06GHz，中心频点为8.6GHz。，对比图7和图10可表明方向图和极化重构时，天线工作频率保持不变。
如图14所示：方向图波束指向为45°，增益为4.7dB，主极化为左旋圆极化，交叉极化抑制比为-13.44dB。
如图15所示：方向图波束指向为45°，增益为4.6dB，主极化为右旋圆极化，交叉极化抑制比为-15.58dB。结果表明在实现左右旋极化重构的同时，保持了方向图指向不变。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种参数混合可重构天线，所述天线包括：第一介质基板（1）、第二介质基板（2）和金属地层（3）；第一介质基板（1）位于天线的上方，金属地层（3）位于第一介质基板（1）与第二介质基板（2）之间，与第一介质基板（1）和第二介质基板（2）构成层叠结构；
第一介质基板（1）的上表面设置有第一金属贴片（4）、第二金属贴片（5）以及用于连接第二金属贴片（5）的射频开关（6）；所述射频开关（6）为微电子机械系统开关、PIN型二极管开关或场效应管开关中任意一种；第二介质基板（2）的下表面设置有第一微带馈电线（7）和第二微带馈电线（8）；在金属地层（3）的中间位置设置有缝隙（9）；其特征在于，所述参数混合包括方向图指向参数和极化状态参数；所述方向图指向参数通过改变所述射频开关（6）的通断进行调整；
所述第一微带馈电线（7）和第二微带馈电线（8）相交并且相互垂直；
所述缝隙（9）的形状为两条相同长度的十字交叉直线，所述缝隙（9）的位置为所述第一金属贴片（4）的中心正下方；
所述极化状态参数通过改变所述第一微带馈电线（7）的端口、所述第二微带馈电线（8）的端口和所述射频开关（6）的通断状态进行调整；
所述可重构天线的工作频率通过改变所述第一金属贴片（4）和所述缝隙（9）的长度和宽度进行调整。
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