CN117559127B - 基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线 - Google Patents
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Abstract
本方案提供了基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，包括：顶部辐射层、中间介质层、底部金属层，其中多个金属通孔连接辐射层和底部金属层并穿过中间介质层，其中顶部辐射层上位于谐振腔内的位置刻蚀由领结形缝隙和长条矩形缝隙组成的类T形结构缝隙，长条矩形缝隙的两侧设有一对短路过孔，类T形结构缝隙以长条矩形缝隙为轴对称设置，短路过孔以长条矩形缝隙为轴不对称设置，类T形结构缝隙上加载T形结构贴片和三个PIN二极管，三个PIN二极管分置在T形结构贴片的三个方位且每一PIN二极管连接T形结构贴片和谐振腔的顶部外围金属，可用于用于X波段上带宽可调、超宽带和窄带的相互转变以及单双频天线的可调的场景。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线。
背景技术
当今，移动通信设备、卫星通信、机载雷达和无人机探测通信系统等重要信息通信技术应用领域要求通信电路和器件具有微型化、损耗低、成本低等特点，天线作为关键通信器件实现了电磁信号由通信射频电路到自由空间的转换，因此，为适应并满足当今信息通信技术的发展与需求，微型化、易于与平面电路集成、低成本且性能优异的天线的研究与设计将是一个重要趋势。
基片集成波导是一种在顶部和底部覆盖金属层，两侧采用周期排列的金属通孔组成的新型低剖面类波导结构，其传输特性与传统矩形金属波导相似，通过合理的设置金属通孔的大小和排列周期，它可以在有效地防止电磁波泄露，极其适合于高频应用领域。在加工制作方面，基片集成波导可以直接采用PCB进行加工，并且通过微带线和接地共面波导可以很方便地与微波集成电路集成在一起。基片集成波导不仅保留了传统金属波导辐射损耗低，高Q值，高功率容量的特点，也具有易于加工集成的优点，因此，基片集成波导技术被广泛应用于微波器件的设计与研究。
目前市面上有很多基于SIW的缝隙天线，如公开号为CN108963435A的发明专利报道了一款四模工作的宽带平面基片集成波导背腔缝隙天线，该天线主要由基片集成波导背腔、十字型辐射缝隙和不对称短路金属化过孔构成，但该宽带SIW天线不能适应瞬态通信系统，无法避免不必要的频率信号，工作频带也不能实时变化。
频率可重构天线技术是指通过使用开关元器件如PIN二极管，变容二极管以及MEMS开关等，以改变天线的有效电长度或电抗值，从而改变天线表面的电流分布，使得天线具有工作在多个频段的能力。用单个天线实现多个天线的性能，大大减少了通信系统需要天线的数量，减小了天线间的电磁干扰，能避免外界电磁干扰，保障了通信的畅通与安全，同时降低了制作成本，有利于系统集成。但是，现有基于SIW的频率可重构天线只能作为单频天线工作，不能实现多频段天线的功能，如公开号为CN116706559A的发明专利，其提出了一款基于基片集成波导的频率可重构双缝天线，该天线由SIW腔体，上表面金属层的两条缝隙及PIN二极管构成，当PIN二极管截至时，该天线工作在n257频带，而在导通情况下工作在n258频带，不能同时工作在n257和n258频带，无双频天线的性能；且现有基于SIW的频率可重构天线存在带宽低的缺点:如公开号为CN112467344A所提出的一种基于基片集成波导的频率可重构天线及制备方法，该天线包括：上表面开设有环形缝隙和长缝缝隙的基片集成波导；在开环缝隙同时形成一环形贴片，环形缝隙设有多个PIN二极管，通过PIN二极管的状态实现了S波段和C波段的频率重构，但两波段的带宽分别仅有18MHz和322MHz，存在带宽低的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，使用PIN二极管实现了X波段和Ku波段的频率单双频可调，且具有宽带宽、低损耗和结构简单等优点。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，包括：顶部辐射层、中间介质层、底部金属层，其中多个金属通孔连接辐射层和底部金属层并穿过中间介质层，且多个金属通孔构成谐振腔；其中顶部辐射层上位于谐振腔内的位置刻蚀由领结形缝隙和长条矩形缝隙组成的类T形结构缝隙，长条矩形缝隙的两侧设有一对短路过孔，类T形结构缝隙以长条矩形缝隙为轴对称设置，短路过孔以长条矩形缝隙为轴不对称设置，类T形结构缝隙上加载T形结构贴片和三个PIN二极管，三个PIN二极管分置在T形结构贴片的三个方位且每一PIN二极管连接T形结构贴片和谐振腔的顶部外围金属。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的制备方法，包括以下步骤：
设计谐振腔：获取自上而下依次由顶部辐射层、中间介质层、底部金属层组成的基片，在基片上开设连接辐射层和底部金属层并穿过中间介质层的金属通孔，在顶部辐射上开设微带线，其中多个金属通孔环绕设置形成谐振腔；
刻蚀天线辐射单元：在谐振腔上刻蚀由领结形缝隙和长条矩形缝隙组成的类T形结构缝隙，在类T形结构缝隙上加载T形结构贴片，其中类T形结构缝隙以长条矩形缝隙为轴对称设置；
构建频率可重构单元：在长条矩形缝隙的两侧开设有一对短路过孔，其中短路过孔以长条矩形缝隙为轴不对称设置，在T形结构贴片同谐振腔的顶部外围金属处连接三个PIN二极管，三个PIN二极管分置在T形结构贴片的三个方位且每一PIN二极管连接T形结构贴片和谐振腔的顶部外围金属。
第三方面， 本申请实施例提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的应用方法，将基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线用于X波段上带宽可调、超宽带和窄带的相互转变以及单双频天线的可调的场景
本发明的主要贡献和创新点如下：
本申请实施例通过类T形结构缝隙、T形结构贴片、不对称的短路过孔以及PIN二极管的设计，使得当PIN二极管处于截至状态时可激发X波段上的四分之一TE110和半TE120模式和Ku波段上的混合偶TE230模式和混合半TE230模式，从而拓展了X波段上的带宽并使得天线在Ku波段有一个窄带，达到了双频天线的效果；而当PIN二极管处于导通状态时，增加了天线的有效长度，进而使得四分之一TE110模式、半TE120模式和混合偶TE230模式消失，X波段的带宽变窄，Ku波段不存在通频带，达到了X波段上单频天线的效果，实现了该频率可重构车载天线在X波段上带宽可调、超宽带和窄带的相互转变以及单双频天线的可调性。解决了现有技术的无线通信系统的硬件对频谱资源需求高而导致的成本和复杂度高的问题，也解决了超宽带天线对频谱的利用率低且无法滤除不需要的频率信号，多频天线能工作在多个频段，但工作频段不能实时变化，难以灵活适应多变的问题。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的立体结构示意图；
图2是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的正面结构示意图；
图3是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的类T形缝隙和T形贴片的结构示意图；
图4是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的侧面结构示意图；
图5是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的制备阶段示意图；
图6是天线阻抗随着长条矩形缝隙的变化图；
图7是天线处于不同设计阶段的天线阻抗图示意图。
图8是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线在PIN二极管截至和导通状态下回波损耗S11仿真和测试结果图；
图9是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线在PIN二极管截至和导通状态下增益Gain仿真和测试结果图；
图10是根据本申请实施例的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的方向图，图10中的a是PIN二极管截至时8.92GHz，b是PIN二极管导通时10.46GHz，(c)是PIN二极管截至时15.06GHz。
附图中：1-顶部辐射层，2-中间介质层，3-底部金属层，4-微带线，5-金属通孔，6-短路过孔，7-领结形缝隙，8-长条矩形缝隙，9-T形结构贴片，10-PIN二极管，11-顶部外围金属。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书一个或多个实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书一个或多个实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。
实施例一
如图1到图4所示，本方案提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，包括：顶部辐射层1、中间介质层2、底部金属层3，其中多个金属通孔5连接辐射层1和底部金属层3并穿过中间介质层2，且多个金属通孔5构成谐振腔；其中顶部辐射层1上位于谐振腔内的位置刻蚀由领结形缝隙7和长条矩形缝隙8组成的类T形结构缝隙，长条矩形缝隙8的两侧设有一对短路过孔6，类T形结构缝隙以长条矩形缝隙8为轴对称设置，短路过孔6以长条矩形缝隙8为轴不对称设置，类T形结构缝隙上加载T形结构贴片9和三个PIN二极管10，三个PIN二极管10分置在T形结构贴片9的三个方位且每一PIN二极管10连接T形结构贴片9和谐振腔的顶部外围金属11。
具体的，多个金属通孔5环绕设置在顶部辐射层1的边侧形成谐振腔。在一些实施例中，多个金属通孔5在顶部辐射层1的边侧环绕设置形成基片集成波导的矩形谐振腔，这可以将电磁波束缚在基片集成波导的矩形谐振腔内，使得电磁波不易泄露。
另外，本方案提供的频率可重构车载天线的类T形结构缝隙的长条矩形缝隙8下方形成微带线4，微带线4同两侧的顶部辐射层1上的金属通孔5形成缝隙，且微带线4的一侧连接谐振腔的顶部外围金属11，另一侧接触顶部辐射层1的边线，以形成共地共面波导的馈电网络结构以实现良好的阻抗匹配，从而达到高增益的目的。
在一些实施例中，微带线4的宽度为3.1mm且为50微带线馈电结构。在一些实施例中，刻蚀的类T形结构缝隙的长条矩形缝隙8下端与微带线4两侧的缝隙上端处于同一水平线上。
关于本方案设计的类T形结构缝隙，该类T形结构缝隙由相互垂直且导通的领结型缝隙7和长条矩形缝隙8构成，其中领结型缝隙7为通过横条矩形缝隙相通连接的两个对称设置的梯形缝隙组成，每一个梯形缝隙的缝隙宽度朝向横条缝隙的方向逐渐减小，长条矩形缝隙8相通连接于横条矩形缝隙且相对于横条矩形缝隙垂直设置。在本方案的实施例中，领结型缝隙7相对于长条矩形缝隙8镜像对称设置。
另外，类T形结构缝隙内部嵌入T形结构贴片9，类T形结构缝隙同T形结构贴片9组成天线辐射单元。T形结构贴片9包括加载在领结型缝隙7内的横条贴片以及加载在长条矩形缝隙8内的长条贴片，横条贴片和长条贴片垂直设置形成T形形状。在一些实施例中，T形结构贴片9相对于长条矩形缝隙8镜像对称设置。
两个短路过孔6设置在顶部外围金属11上且分置于长条矩形缝隙8两侧，两个短路过孔6相对于长条矩形缝隙8不对称设置。换言之，两个短路过孔6的连线同长条矩形缝隙8倾斜设置。在本方案的实施例中，两个短路过孔6为金属通孔作为短路过孔。
在一些实施例中，长条矩形缝隙8的长度为14.8mm时，四分之一TE110谐振模式逐渐被激发，在此基础上再调整天线参数使得天线产生的多种谐振模式频率点进行调节，将频率点都设置在一个波段使得可以容易融合这几个谐振模式，从而达到扩展带宽的目的。
另外，T形结构贴片9同顶部外围金属11通过PIN二极管10连接以构成频率可重构单元，通过调节PIN二极管的状态改变天线有效电长度和等效阻抗，从而改变天线表面电流分布以及谐振模式。
具体的，两个PIN二极管10位于T形结构贴片9的横条贴片的同一侧且相对长条矩形缝隙8镜像对称设置，另一个PIN二极管10置于T形结构贴片9的长条贴片的底部靠近微带线4的一侧，三个PIN二极管10形成三角形。
另外，类T形结构的缝隙、短路过孔的尺寸及位置、PIN二极管的状态都与天线的工作频率有关。当PIN二极管10截至时，天线可工作在X波段的一个宽带和Ku波段的一个窄带上，当PIN二极管10导通时，天线可工作在X波段的一个窄带上；在X波段上，实现了工作带宽的超宽带和窄带之间的相互转换。
具体而言，当PIN二极管10截至时，激发了不同频率点的半TE110、四分之一TE110、半TE120、TE120、混合偶TE230和混合半TE230谐振，且通过调整长条矩形缝隙8的长度以及两侧的短路通孔沿着长条矩形缝隙8方向的高度差，在相应频率点激发了一个四分之一TE110模式，从而使天线在不同频率点工作在6种不同的模式下。且调节天线尺寸参数以调节半TE110、四分之一TE110、半TE120、和TE120这四种谐振模式的频率点都设置在X波段内，从而达到扩展天线带宽的效果，同时调节混合偶TE230模式和混合半TE230模式的频率点设置在Ku波段，从而达到在Ku波段产生一个窄带的目的；由此，天线可工作在X和Ku两个波段。换言之，当PIN二极管10截至时，激发了不同频率点的半TE110、四分之一TE110、半TE120、TE120、混合偶TE230和混合半TE230谐振，且半TE110、四分之一TE110、半TE120、和TE120的频率点都设置在X波段内，混合偶TE230模式和混合半TE230模式的频率点设置在Ku波段。
在具体的实施例中，长条矩形缝隙8的长度为14.8mm，两侧的短路通孔沿着长条矩形缝隙8方向的高度差为0.8mm时，在相应频率点激发了一个四分之一TE110模式。关于天线的其他尺寸参数如下：天线的宽度为19.5mm，天线的长度为24mm，T形结构贴片9的横条贴片距离天线的距离为6mm，T形结构贴片9距离长条矩形缝隙8的底端的长度为14.8mm，T形结构贴片9的横条贴片的长度为16mm，T形结构贴片9的横条贴片的宽度为0.5mm ，T形结构贴片9的长条贴片的长度为14.6mm，T形结构贴片9的长条贴片的宽度为0.1mm，两侧的短路过孔6距离T形结构贴片9的高度分别为6mm和5.2mm, 两侧的短路过孔6之间的横向距离为2.3mm，金属通孔5的直径为1mm，金属通孔5圆心之间的间距为1.5mm，微带线4同顶部外围金属11的缝隙宽度为0.9mm，微带线4同顶部外围金属11的缝隙长度为4mm，微带线4的宽度为3.1mm，领结型缝隙7的长度为18mm，领结型缝隙7的梯形缝隙的长度为2mm，领结型缝隙7的横条缝隙的宽度为1.2mm，长条矩形缝隙8的宽度为1.1mm,
如图2和图3所示，图2和图3中标注天线尺寸位置，经过仿真优化后的尺寸如下表一所示：
表一 天线优化的尺寸
当PIN二极管10由截至状态转向导通状态时，X波段上的四分之一TE110谐振模式和半TE120谐振模式和Ku波段上的混合偶TE230谐振模式消失，从而X波段上带宽变窄，Ku波段的通频带不存在，天线由可工作在X波段和Ku波段的双频天线转换为仅可工作在X波段的单频天线。换言之，当PIN二极管导通时，天线等效电长度增加，因而类T形缝隙结构在不同频率点激发了半TE110、TE120和混合半TE230这三种谐振模式，调节天线参数尺寸，使得半TE110和TE120这两种模式频率靠近且在X波段内，这使得天线在X波段存在一个窄带。而因混合半TE230谐振模式频率较远不予考虑。也就是说实现了频率的可重构性及X波段上超宽带和窄带间的相互转换，从而降低了通信系统成本，并实现了既能满足超宽带系统的通信需求又能实现窄带通信系统中滤除不必要的频率信号的功能。换言之，当PIN二极管10由截至状态转向导通状态时，类T形缝隙结构在不同频率点激发了半TE110、TE120和混合半TE230这三种谐振模式，且半TE110和TE120这两种模式频率靠近且在X波段内。
当PIN二极管反向偏置时，当长条矩形缝隙8长度ls2为14.8mm、两个额外的短路过孔6以长条矩形缝隙8为轴不对称设置时激发四分之一TE110模式，以进一步拓展天线带宽。
在一些实施例中，中间介质层2采用介电常数为2.2的Rogers5880板，天线的整体尺寸为29*21.1*1mm3，底面金属层3为一块金属板。
如图5所示，本方案还提供了一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的制备方法，包括以下步骤：
设计谐振腔：获取自上而下依次由顶部辐射层1、中间介质层2、底部金属层3组成的基片，在基片上开设连接辐射层1和底部金属层3并穿过中间介质层2的金属通孔5，在顶部辐射层1上开设微带线4，其中多个金属通孔5环绕设置形成谐振腔；
刻蚀天线辐射单元：在谐振腔上刻蚀由领结形缝隙7和长条矩形缝隙8组成的类T形结构缝隙，在类T形结构缝隙上加载T形结构贴片9，其中类T形结构缝隙以长条矩形缝隙8为轴对称设置；
构建频率可重构单元：在长条矩形缝隙8的两侧开设有一对短路过孔6，其中短路过孔6以长条矩形缝隙8为轴不对称设置，在T形结构贴片9同谐振腔的顶部外围金属11处连接三个PIN二极管10，三个PIN二极管10分置在T形结构贴片9的三个方位且每一PIN二极管10连接T形结构贴片9和谐振腔的顶部外围金属11。
在设计谐振腔的阶段，基于基片集成波导的基本结构设计基片集成波导的矩形谐振腔，这可以将电磁波束缚在基片集成波导的矩形谐振腔，使得电磁波不易泄露，并设计共地共面波导的微带线作为馈电网络结构以实现良好的阻抗匹配，从而达到高增益的目的。
在刻蚀天线辐射单元的阶段，在天线上刻蚀类T形结构缝隙和缝隙内部的T形结构贴片9以构成天线辐射单元，对长条缝隙长度进行参数化扫描如图6所示，从图6中可以观察到天线阻抗随长条矩形缝隙的长度ls2的变化情况，可以看到长条矩形缝隙的长度由8.8mm逐渐增加到14.8mm时，四分之一TE110谐振模式逐渐被激发。在此基础上，调整天线参数，将天线产生的多种谐振模式频率点进行调节，将频率点都设置在一个波段使得可以容易融合这几个谐振模式，从而达到扩展带宽的目的。
在构建频率可重构单元的阶段，使用PIN二极管将T形结构贴片9与天线顶部的顶部外围金属11连接构成频率可重构单元，通过PIN二极管的状态改变天线有效电长度和等效阻抗，从而改变天线表面电流分布，谐振模式也发生相应的变化。
关于该频率可重构车载天线的原理可参考如图7所示的天线阻抗图进行分析，拓展带宽即实现单双频可调的原理可以利用天线输入阻抗Z11进行分析，图中的阶段1指的是设计谐振腔的阶段，阶段2指的是刻蚀天线辐射单元的阶段，阶段3指的是构建频率可重构单元的阶段。可以从图7中看到，首先是谐振腔的设计的阶段1，在7.25GHz、10.29GHz和13.94GHz处分别激发了TE110、TE120和TE130谐振模式。随后在刻蚀天线辐射单元的阶段2中，天线辐射单元对天线产生了很强的加载效应，基膜TE110频率下降到6.7GHz，两个高阶模式TE120和TE130频率分别为10.43GHz和14.69GHz，但是也因为天线辐射单元的加载，TE110模式和TE130模式受到干扰，分别转换为半TE110模式和半TE130模式，并在15.32GHz处激发一个受到微扰的TE130模式。
在不对称的短路过孔和PIN二极管的引入的阶段3且PIN二极管处于截至状态时，因为有短路过孔的加载，天线在6.1GHz处激发了一个受到干扰的TE110模式，而半TE110模式频率从6.73GHz上移到8.94GHz，长条矩形缝隙8下端与微带线4两侧缝隙上端处在同一水平线上，T形结构贴片9与顶部外围金属11处在开路状态，因而将电磁波很好的束缚在SIW的左半边腔内，因而天线在9.38GHz和9.86GHz处分别激发了四分之一TE110模式和半TE120模式，高阶模式TE120的频率点基本不变。此外，在14.96GHz和15.74GHz处又分别额外激发了一个高阶模式，观察其的电场分布可知，该模式是TE120和TE210叠加而成，且14.96GHz处的谐振模式电场分布均匀，因此可定义为混合偶TE230，15.74GHz处的谐振模式被定义为混合TE230模式。半TE110模式、四分之一TE110模式、半TE120模式和TE120模式的频率靠近，所以可将这四种模式融合到一起以达到拓展带宽的目的。天线在15GHz左右额外激发了两个谐振模式，因此天线在15.07GHz处存在一个窄带。
在不对称的短路过孔和PIN二极管的引入的阶段3且PIN二极管处于导通时，由于有额外的短路过孔使得天线在6GHz处激发了一个受到干扰的TE110模式，而基膜半TE110的频率上移到9.66GHz，而T形结构贴片9与顶部外围金属11由PIN二极管截至时的开路状态转为PIN二极管导通时的通路状态，天线的有效电长度增加，电磁波被束缚在分散在整个SIW腔内，因而四分之一TE110和半TE120模式消失。而此时高阶谐振模式TE120频率基本不变，通过融合TE110和TE120这两模式以达到在10.5GHz处产生一个窄带的目的。
为了验证本方案设计的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的性能，本方案对基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线在PIN二极管截至和导通状态下进行测试得到回波损耗S11仿真和测试结果图如图8所示，得到增益Gain仿真和测试结果图如图9所示。另外，该基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线在为PIN二极管截至时8.92GHz的天线方向图如图10的a所示，在PIN二极管导通时10.46GHz的天线图如图10的b所示，在PIN二极管截至时15.06GHz的天线图如图10的c所示。
综上所述，本发明通过类T形结构缝隙和不对称的短路过孔6且在PIN二极管截至的状态下，激发了X波段上的四分之一TE110和半TE120模式和Ku波段上的混合偶TE230模式和混合半TE230模式，从而拓展了X波段上的带宽并使得天线在Ku波段有一个窄带，达到了双频天线的效果，当PIN二极管导通时，由于天线有效电长度增加，四分之一TE110模式、半TE120模式和混合偶TE230模式消失，X波段的带宽变窄，Ku波段不存在通频带，达到了X波段上单频天线的效果，因此实现了X波段上带宽可调、超宽带和窄带的相互转变以及单双频天线的可调性。这降低了无人机探测通信系统的成本和复杂度，既能够滤除不需要的频率信号又适用于带宽传输系统，提高了频谱资源的利用率。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，包括：顶部辐射层（1）、中间介质层（2）、底部金属层（3），其中多个金属通孔（5）连接辐射层（1）和底部金属层（3）并穿过中间介质层（2），且多个金属通孔（5）构成谐振腔；其中顶部辐射层（1）上位于谐振腔内的位置刻蚀由领结形缝隙（7）和长条矩形缝隙（8）组成的类T形结构缝隙，长条矩形缝隙（8）的两侧设有一对短路过孔（6），类T形结构缝隙以长条矩形缝隙（8）为轴对称设置，短路过孔（6）以长条矩形缝隙（8）为轴不对称设置，类T形结构缝隙上加载T形结构贴片（9）和三个PIN二极管（10），三个PIN二极管（10）分置在T形结构贴片（9）的三个方位且每一PIN二极管（10）连接T形结构贴片（9）和谐振腔的顶部外围金属（11），其中两个PIN二极管（10）位于T形结构贴片（9）的横条贴片的同一侧且相对长条矩形缝隙（8）镜像对称设置，另一个PIN二极管（10）置于T形结构贴片（9）的长条贴片的底部靠近微带线（4）的一侧，三个PIN二极管（10）形成三角形。
2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，类T形结构缝隙的长条矩形缝隙（8）下方形成微带线（4），且微带线（4）的一侧连接谐振腔的顶部外围金属（11），另一侧接触顶部辐射层（1）的边线。
3.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，类T形结构缝隙由相互垂直且导通的领结形缝隙（7）和长条矩形缝隙（8）构成，其中领结形缝隙（7）为通过横条矩形缝隙相通连接的两个对称设置的梯形缝隙组成，每一个梯形缝隙的缝隙宽度朝向横条缝隙的方向逐渐减小，长条矩形缝隙（8）相通连接于横条矩形缝隙且相对于横条矩形缝隙垂直设置。
4.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，T形结构贴片（9）包括加载在领结形缝隙（7）内的横条贴片以及加载在长条矩形缝隙（8）内的长条贴片，横条贴片和长条贴片垂直设置形成T形形状。
5.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，两个PIN二极管（10）位于T形结构贴片（9）的横条贴片的同一侧且相对长条矩形缝隙（8）镜像对称设置，另一个PIN二极管（10）置于T形结构贴片（9）的长条贴片的底部靠近微带线（4）的一侧，三个PIN二极管（10）形成三角形。
6.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，当PIN二极管（10）截至时，激发了不同频率点的半TE110、四分之一TE110、半TE120、TE120、混合偶TE230和混合半TE230谐振，且半TE110、四分之一TE110、半TE120、和TE120的频率点都设置在X波段内，混合偶TE230模式和混合半TE230模式的频率点设置在Ku波段。
7.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，当PIN二极管（10）由截至状态转向导通状态时，类T形缝隙结构在不同频率点激发了半TE110、TE120和混合半TE230这三种谐振模式，且半TE110和TE120这两种模式频率靠近且在X波段内。
8.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线，其特征在于，当PIN二极管反向偏置时，当长条矩形缝隙（8）长度s2为14.8mm、两个短路过孔（6）以长条矩形缝隙（8）为轴不对称设置时时激发四分之一TE110模式。
9.一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：设计谐振腔：获取自上而下依次由顶部辐射层（1）、中间介质层（2）、底部金属层（3）组成的基片，在基片上开设连接辐射层（1）和底部金属层（3）并穿过中间介质层（2）的金属通孔（5），在顶部辐射层（1）上开设微带线（4），其中多个金属通孔（5）环绕设置形成谐振腔；刻蚀天线辐射单元：在谐振腔上刻蚀由领结形缝隙（7）和长条矩形缝隙（8）组成的类T形结构缝隙，在类T形结构缝隙上加载T形结构贴片（9），其中类T形结构缝隙以长条矩形缝隙（8）为轴对称设置；构建频率可重构单元：在长条矩形缝隙（8）的两侧开设有一对短路过孔（6），其中短路过孔（6）以长条矩形缝隙（8）为轴不对称设置，在T形结构贴片（9）同谐振腔的顶部外围金属（11）处连接三个PIN二极管（10），三个PIN二极管（10）分置在T形结构贴片（9）的三个方位且每一PIN二极管（10）连接T形结构贴片（9）和谐振腔的顶部外围金属（11）。
10.一种基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线的应用方法，其特征在于，将权利要求1到8任一所述的基于基片集成波导的单双频可调的频率可重构车载天线用于X波段上带宽可调、超宽带和窄带的相互转变以及单双频天线的可调的场景。
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