CN115377677A - 一种频率与方向图混合可重配置天线 - Google Patents

一种频率与方向图混合可重配置天线 Download PDF

Info

Publication number
CN115377677A
CN115377677A CN202211219696.8A CN202211219696A CN115377677A CN 115377677 A CN115377677 A CN 115377677A CN 202211219696 A CN202211219696 A CN 202211219696A CN 115377677 A CN115377677 A CN 115377677A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
frequency
transmission line
microstrip transmission
metal ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211219696.8A
Other languages
English (en)
Inventor
洪卫军
蒋志伟
杨辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202211219696.8A priority Critical patent/CN115377677A/zh
Publication of CN115377677A publication Critical patent/CN115377677A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/22—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation in accordance with variation of frequency of radiated wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种频率与方向图混合可重配置天线，属于天线技术领域。其特征在于，圆形辐射贴片作为主要辐射单元，采用共面波导馈电。同时在圆形辐射贴片与地板间加入一个金属开口金属环，并在辐射贴片、圆环、金属地平面之间添加六条缝隙，以及在圆形辐射贴片内加入两条“I”型缝隙。在缝隙位置共加载八个PIN二极管，通过控制PIN二极管的组合工作状态，实现了频率和方向图的可重配置。

Description

一种频率与方向图混合可重配置天线
技术领域
本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种频率与方向图混合可重配置天线。
背景技术
天线所要求的各个射频参数指标，如工作频率(频段)，辐射方向图，以及天线的极化方式都是由天线结构中封闭面上的电流分布所决定的。而可重配置天线可以利用一些射频开关来改变其封闭面上的射频路径，从而达到天线工作特性改变。其中主要包含频率可重配置天线、方向图可重配置天线、极化可重配置天线、混合可重配置天线四种方式。
理想状态下的频率可重配置天线可以在动态地改变天线的频率的同时能确保其他工作状态(辐射方向图、极化方式)始终保持不变，但是在实际应用中，很难保证天线在改变谐振频率的同时，其他的辐射特性(如方向图、极化方式)能够保持稳定的状态，因此这也是设计混合可重配置天线的难点。
现有可重配置天线如【文献1】，【文献2】主要实现了在频率、方向图或者极化等方面的单方面调控，但是在混合可重配置方面(如同时控制频率、方向图、极化)有所欠缺。鉴于此，本发明提出了一种频率与方向图混合可重配置天线的设计。
【文献1】Muhamud-Kayat S,Ali M T,Salleh M,et al.Reconfigurable gap-coupled back-to-back truncated rhombus-like slotted patch antenna withsteerable beams[C]//International Conference on Telecommunications.IEEE,2016.
【文献2】靳贵平,黎淼兰,陆杜娇,孙毅,廖绍伟.差分馈电双极化四波束方向图可重构天线[J].电波科学学报,2021,36(02):187-194.
发明内容
现有的可重配置天线以单一工作状态(频率、方向图、极化)可重配置为主，其次混合可重配置天线由于多因素的干扰，很难保证天线在改变某一工作状态的同时，其他的辐射特性能够保持稳定的状态。鉴于此，本发明提供了一种频率与方向图混合可重配置天线。该天线通过加载缝隙和控制寄生单元的技术，改变天线表面电流路径，实现了频率和方向图混合调控的特性。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种频率与方向图混合可重配置天线，其结构包括圆形辐射贴片、开口金属环、微带传输线、接地金属面、寄生单元和介质基板。
具体结构描述如下：
圆形辐射贴片通过微带传输线相连，同时圆形辐射贴片与接地金属面共面。在圆形辐射贴片和微带传输线之间开了两个“I”型槽，对称分布在微带传输线两侧。并且在圆形辐射贴片和接地金属面之间的缝隙中间位置部署一个开口金属环，该开口金属环放置在圆形辐射贴片外围，其圆环开口处位于微带传输线一侧。开口金属环和接地金属面、圆形辐射贴片之间各有一定宽度的开槽缝隙。
本发明提出一种频率与方向图混合可重配置天线，其八个PIN二极管分别放置在开口金属环和接地金属面、开口金属环和圆形辐射贴片以及圆形辐射贴片和微带传输线之间。通过加载缝隙和控制寄生单元的技术，实现了频率和方向图混合调控的功能。通过控制八个PIN二极管的工作状态，实现频率和方向图的稳定调控，具有结构简单、多种模式可调、工作稳定的特点。
附图说明
图1本发明频率与方向图混合可重配置天线的俯视图。
图2本发明频率与方向图混合可重配置天线的侧视图。
图3本发明频率与方向图混合可重配置天线的模式一的仿真结果，(a)反射系数，(b)E面和H面辐射方向图。
图4本发明频率与方向图混合可重配置天线的模式二的仿真结果，(a)反射系数，(b)E面和H面辐射方向图。
图5本发明频率与方向图混合可重配置天线的模式三的仿真结果，(a)反射系数，(b)E面和H面辐射方向图。
图6本发明频率与方向图混合可重配置天线的模式四的仿真结果，(a)反射系数，(b)E面和H面辐射方向图。
图7本发明频率与方向图混合可重配置天线的模式五的仿真结果，(a)反射系数，(b)E面和H面辐射方向图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，为本发明为一种频率与方向图混合可重配置天线的贴片天线结构，该天线由六部分组成：圆形辐射贴片(12)、开口金属环(11)、微带传输线(13)、接地金属面(10)、寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)和介质基板(50)。
介质基板(50)为FR4，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，尺寸为Wsub*Lsub*hd。圆形辐射贴片(12)、开口金属环(11)、微带传输线(13)、接地金属面(10)、寄生单元均紧密贴合在介质基板(50)的顶层。接地金属面(10)上挖空一个半径为R1的圆形槽，在圆形槽的正中心放置一个外径为R2、内径为R3的金属开口金属环(11)圆形和半径Rc的圆形辐射贴片(12)。从介质基板(50)下层边缘引出宽度为d1的微带传输线(13)连接至圆形辐射贴片(12)，同时在微带传输线(13)的末端开了一对对称的“I”型缝隙(36、37)。并在微带传输线(13)所处位置的接地金属面(10)挖空宽度为d2的槽。如图1所示，缝隙(30、31、32、33、34、35、36、37)的尺寸为Ws*Ls，分别在缝隙(30、31、32、33、34、35、36、37)处放置寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)。此时，寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)均为PIN二极管为MA4AGBLP912。MA4AGBLP912型号的PIN二极管在导通状态下等效为一个0.5nH的电感与4Ω的电阻串联，在断开状态下等效为0.5nH的电感和4000Ω与0.025pF的电容的并联，这种型号的二极管的封装尺寸为0.3mm*0.2mm。
表1天线的详细尺寸
参数 W<sub>sub</sub> L<sub>sub</sub> h<sub>d</sub> R<sub>1</sub> R<sub>2</sub> R<sub>3</sub> R<sub>c</sub> d<sub>1</sub> d<sub>2</sub> W<sub>s</sub> L<sub>s</sub>
数值 140 140 1.5 47 44 41 38 3.2 9.4 3 0.3
表2说明了天线在各个工作模式下所有PIN二极管的通断状态。此时为了方便表述，将PIN二极管进行标号。将寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)处放置的PIN二极管分别命名为为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。
表2天线工作模式与PIN二极管之间的对应情况表
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
模式一 on on off off off off off off
模式二 off off off off off off off off
模式三 on on on on off off off off
模式四 on on on on on on off off
模式五 on on on on off off on on
如表2所示：
当天线处在工作模式一时，圆形辐射贴片上的缝隙形成封闭，天线能同时在内外环的缝隙中产生谐振，此时天线工作在2.4GHz和3.4GHz双频模式，能够适应n41和n78双频段监测的需求。
当天线处在工作模式二时，此时圆形辐射贴片上的缝隙产生谐振，天线工作在2.4GHz单频模式，能够适应n41单频段窄带监测的需求。
当天线处在工作模式三时，S1-S4导通，此时外环的缝隙被圆环断开，天线只会在内环的缝隙上产生谐振，天线工作在3.30-3.60GHz，天线的辐射方向为±30°、±150°。
当天线处在工作模式四时，天线在内环的缝隙上产生谐振，同时S5和S6的导通使得天线的电场分布不均匀，天线工作在n78单频段的方向图可重配置模式，辐射方向为-150°～-30°。
当天线处在工作模式五时天线工作在n78单频段，同时方向图辐射在30°～150°。

Claims (7)

1.一种频率与方向图混合可重配置天线，包括圆形辐射贴片(12)、开口金属环(11)、微带传输线(13)、接地金属面(10)、寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)和介质基板(50)；
所述天线的圆形辐射贴片(12)通过微带传输线(13)相连，同时圆形辐射贴片(12)与接地金属面(10)共面，所述天线采用共面波导的方式进行馈电。
所述天线的圆形辐射贴片(12)和微带传输线(13)之间开了两个“I”型槽(36、37)，对称分布在微带传输线(13)两侧；
所述天线的圆形辐射贴片(12)和金属地平面之间缝隙的中间位置布置一个开口金属环(11)，该开口金属环(11)放置在圆形辐射贴片(12)外围，其开口处在微带传输线(13)一侧；
所述天线的开口金属环(11)和接地金属面(10)、圆形辐射贴片(12)之间各有一定宽度的开槽缝隙(20、21)；
所述天线的八个寄生单元分别放置在开口金属环(11)和接地金属面(10)、开口金属环(11)和圆形辐射贴片(12)、金属圆形辐射贴片(12)和微带传输线(13)之间。
2.根据权利要求1所述的一种频率与方向图混合可重配置天线，其特征在于：所述天线的接地金属面(10)、微带传输线(13)、开口金属环(11)均为1OZ厚度铜材质，介质基板(50)为FR4板材。
3.根据权利要求1所述的一种频率与方向图混合可重配置天线，其特征在于：所述天线的接地金属面(10)、微带传输线(13)、开口金属环(11)及寄生单元均为传导连接在介质基板(50)顶层，介质基板(50)底层不做任何处理。
4.根据权利要求1所述的一种频率与方向图混合可重配置天线，其特征在于：所述天线的布局沿着微带传输线(13)的传输方向成轴对称分布。
5.根据权利要求1所述的一种频率与方向图混合可重配置天线，其特征在于：所述天线的寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)均为MA4AGBLP912型号的PIN二极管，均可独立控制开关。
6.根据权利要求5所述的一种频率与方向图混合可重配置天线的寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47),其特征在于:当PIN二极管处于导通状态时,其等效为一个电阻；当PIN二极管处于截止状态时,其等效为电容与电阻并联。
7.根据权利要求5所述的一种频率与方向图混合可重配置天线的寄生单元，其特征在于：所述寄生单元(40、41、42、43、44、45、46、47)与接触的金属面之间均为传导连接。
CN202211219696.8A 2022-09-30 2022-09-30 一种频率与方向图混合可重配置天线 Pending CN115377677A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211219696.8A CN115377677A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种频率与方向图混合可重配置天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211219696.8A CN115377677A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种频率与方向图混合可重配置天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115377677A true CN115377677A (zh) 2022-11-22

Family

ID=84073354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211219696.8A Pending CN115377677A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种频率与方向图混合可重配置天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115377677A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116231300A (zh) * 2023-05-04 2023-06-06 湖南大学 1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116231300A (zh) * 2023-05-04 2023-06-06 湖南大学 1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线
CN116231300B (zh) * 2023-05-04 2023-11-17 湖南大学 1bit宽带辐射式可重构单元及波束扫描阵列天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A multi-linear polarization reconfigurable unidirectional patch antenna
CN111146585B (zh) 天线单元和天线装置
CN107978858B (zh) 一种工作于60GHz频段的方向图可重构天线
CN110544823B (zh) 频率和极化可重构的固态等离子体天线
CN107768820B (zh) 一种差分频率可重构天线
JP4364439B2 (ja) アンテナ
CN110911845A (zh) 一种宽带零交叉极化时空编码数字超表面单元及控制方法
CN217114809U (zh) 一种超宽双极化Vivaldi天线和通信设备
CN115377677A (zh) 一种频率与方向图混合可重配置天线
CN210272663U (zh) 一种方向图可重构左/右旋圆极化天线
CN117594969B (zh) 一种新型谐振器结构及方向图可重构天线
CN115036688A (zh) 一种低剖面天线波束类型可重构超表面天线
CN110768012A (zh) 天线
CN114243279A (zh) 一种双层金属片加载的宽带多线极化可重构天线
CN218677564U (zh) 一种单、双频段可重构微带准八木天线
Buravalli et al. Simulation study of 2x3 microstrip patch antenna array for 5G applications
CN115347359B (zh) 一种宽带高增益圆极化磁电偶极子天线阵列
CN116259969A (zh) 一种具有低rcs特性的三极化可重构超表面天线
CN107623185B (zh) 一种矩形环状五频可重构微带天线和通讯装置
US11664598B2 (en) Omnidirectional dielectric resonator antenna
CN114498016A (zh) 一种极化可调圆极化贴片阵列天线及极化调控方法
CN107026318A (zh) 一种基于Koch分形贴片的方向图可重构天线
Kumar et al. Frequency diversified rectangular microstrip patch antenna for microwave communication
Hasan et al. A quad-polarization and beam agile array antenna using rat-race coupler and switched-line phase shifter
Niture et al. A pattern and polarization reconfigurable antenna for WLAN application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination