CN1599132A - 带环形槽的方向图可重构微带天线 - Google Patents

带环形槽的方向图可重构微带天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带环形槽的方向图可重构微带天线，它是采用微带矩形贴片天线的结构，在矩形贴片上开几个周长各不相同的环行槽，构成一个新结构的金属贴片14，用微机电开关将彼此相邻的环行导带或环行导带与中间位置的小矩形贴片15搭接起来，通过改变各个微机电开关(19～30)的工作状态，从而改变金属贴片14整个结构上的电流分布情况，便可以在同一个频率点得到同一个平面内主瓣指向不同的天线辐射方向图。由于采用金属贴片14，使天线平面化，实现了天线体积小、重量轻、易于与载体(如飞机)共形的目的，天线结构简单，具有很高的实用价值。

Description

带环形槽的方向图可重构微带天线
所属技术领域
本发明属于电子技术领域，它特别涉及带有微机电开关(MEMS)的微带开槽贴片天线技术。
背景技术
目前，已有不少致力于实现天线辐射方向图扫描的研究，但都还存在着各种不同的问题。
在许多有关天线的科技书籍中，比如“ANTENNA THEORY AND DESIGN”(Warren L.STUTZMAN和Gary A.Thiele编著)，都提到了相控阵天线，这种天线已被广泛的应用。它是通过改变各个天线阵元之间的相位关系，从而得到不同指向的天线辐射方向图。但这种天线需要很多的移相器，损耗随频率的增高而变大，而且天线阵不可能做得很小，占用的空间比较大。
文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave SymposiumDigest，1999 IEEE MTT-S International，Volume：4，13-19 June 1999)中描述了一种结构可重构的天线(见图1)，实现了天线辐射方向图的改变。但是其结构的改变是采用机械方式，反应速度比较慢。
文献“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”(IEEE Transactionson Antenna and Propagation，Vol：49，NO.10，October 2001)中讲述如何采用微机电开关(MEMS)来实现天线结构的重新构造，结构见图2，从而使天线能在多个频率点上工作。但没有实现在一个频率点上天线辐射方向图的扫描。
文献“Self-Structuring Antennas”(Antennas and PropagationMagazine，IEEE，Volume：44 Issue：3，June 2002)中描述了一种能实现方向图扫描的分布式天线结构(见图3)，其结构是由线天线和一些可控开关连接而成。通过改变开关的工作状态，改变了线天线之间的连接方式，天线上的电流分布也就发生了改变，从而得到了不同的天线辐射方向图。但缺点在于采用线天线结构，难以和载体共形。
如何去克服现有技术中存在的各种问题，并把各种不同类型天线的优点有机的结合起来还有待更深入的研究，
发明内容
为了克服现有的天线结构体积大、重量重、难以和载体共形的不足，同时实现在一个频率点上天线辐射方向图的扫描，本发明提供了一种带环形槽的方向图可重构微带天线，该微带天线具有体积小、重量轻、易于与载体共形，同时实现在一个频率点上的天线辐射方向图的扫描等特点。
本发明提供的一种带环形槽的方向图可重构微带天线包括：金属底板12、介质基片13，介质基片13下表面衬一金属底板12，如图4所示，其特征是：它还包括金属贴片14，金属贴片14包括位于中心位置的小矩形金属贴片15和环绕小矩形金属贴片15且周长依次增大的三条矩形金属导带(16、17、18)；其中，在小矩形金属贴片15和矩形金属导带16之间有Y方向左右对称的微机电开关19和20；在矩形金属导带16和17之间有Y方向左右对称的微机电开关24、25、26和21、22、23；在矩形金属导带17和18之间有Y方向左右对称的微机电开关29、30和27、28，如图5所示；金属贴片14敷在介质基片13的上表面；能量通过同轴馈线11馈到天线上，如图4所示。
需要说明的是上面采用的是同轴馈线11，馈电方式也可采用别的方式。
本发明的实质是采用微带矩形贴片天线的结构，它是在其矩形贴片上开几个周长各不相同的环行槽，构成一个新结构的金属贴片14(包括中间的一个小矩形贴片15和围绕此小矩形贴片的几条周长各不相同的环行导带(16、17、18))，用微机电开关(MEMS)(19～30)将彼此相邻的环行导带(16、17、18)或环行导带(16、17、18)与中间位置的小矩形贴片15搭接起来，通过改变各个微机电开关(19～30)的工作状态(连通或断开)，决定各相邻环行导带(16、17、18)或环行导带(16、17、18)与中间位置的小矩形贴片15之间是否存在彼此之间的电流流动(如果存在电流流动，也可通过控制开关(19～30)使电流沿不同的途径流动)，从而改变整个结构上的电流分布情况，便可以在同一个频率点得到同一个平面内主瓣指向不同的天线辐射方向图。
本发明的有益效果是，由于采用金属贴片14，使天线平面化，实现了天线体积小、重量轻、易于与载体(如飞机)共形这一目的，同时实现了天线辐射方向图能够在一个频率点上进行扫描。天线结构简单，实现方便，具有很高的实用价值。
附图说明
图1是文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天线的示意图
在图1中，1是可重构的VEE天线，2是拉伸装置，3是传输线，4是介质基片，5是方向图主瓣方向；
图2是文献“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天线的示意图
在图2中，6是馈电点，7是MEMS开关；
图3是文献“Self-Structuring Antennas”所述天线的示意图
在图3中，8是金属杆，9是可控开关，10是馈电点；
图4是本发明的基本结构的侧视图
在图4中，11是同轴馈线，12是金属底板，13是介质基片，14是金属贴片；
图5是本发明的基本结构的俯视图
图6是第一个实施例的基本结构的俯视图
在图5和图6中，15是小矩形金属贴片，16、17、18均是矩形金属导带，19～30均是微机电开关(MEMS)；
图7是第一个实施例的天线辐射方向图(在与x轴成90度的平面内)
在图7中，31是电场θ分量的辐射方向图，32是电场Φ分量的辐射方向图；
具体实施方式
在图6的实施例中，天线的尺寸和材料属性是：金属底板12和金属贴片14采用厚度为0.018mm的铜箔；金属底板12的尺寸为34×34mm2；小矩形金属贴片15为2×2mm2；矩形金属导带16的内尺寸为4×4mm2，外尺寸为6×6mm2；矩形金属导带17的内尺寸为8×8mm2，外尺寸为10×10mm2；矩形金属导带18的内尺寸为12×12mm2，外尺寸为14×14mm2；介质基片13的厚度为3mm，大小为34×34mm2，相对介电常数为3.5；微机电开关(MEMS)(19～30)的尺寸为0.25×1mm2。左边位置的六个微机电开关19、24、25、26、29和30处于连接状态，右边六个微机电开关20、21、22、23、27和28处于断开状态。这时，当频率为7.75GHz，可以在与x轴成90度的平面内得到电场的θ分量与z轴成40度夹角的天线辐射方向图，见图7。
同理，通过改变各个开关的工作状态，还可以得到同一个频率点在同一个平面内主瓣指向不同的方向图。

Claims (1)

1、一种带环形槽的方向图可重构微带天线，它包括：金属底板(12)、介质基片(13)，介质基片(13)下表面衬一金属底板(12)，其特征是：它还包括金属贴片(14)，金属贴片(14)包括位于中心位置的小矩形金属贴片(15)和环绕小矩形金属贴片(15)且周长依次增大的三条矩形金属导带(16、17、18)；其中，在小矩形金属贴片(15)和矩形金属导带(16)之间有Y方向左右对称的微机电开关(19)和(20)；在矩形金属导带(16)和(17)之间有Y方向左右对称的微机电开关(24)、(25)、(26)和(21)、(22)、(23)；在矩形金属导带(17)和(18)之间有Y方向左右对称的微机电开关(29)、(30)和(27)、(28)；金属贴片(14)敷在介质基片(13)的上表面。
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