CN1599133A - 方向图可重构的类八木微带天线 - Google Patents

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本发明提供了一种方向图可重构的类八木微带天线，包括：同轴馈线14、金属底板15、介质基片16，金属底板15位于介质基片16的下表面，其特征是：它还包括金属贴片17，它包含七片矩形金属贴片(18～24)，七片矩形金属贴片(18～24)按一定的方式敷在介质基片16的上表面：中间的贴片19作为有源贴片，在有源贴片19的左右两边对称的排列四片开有槽缝的贴片21、22和23、24(开槽贴片(21～24)的每一条槽缝(25～32)上都搭接着微机电开关(MEMS)(33～80))，这样便得到本发明的天线结构。由于采用金属贴片17，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。

Description

方向图可重构的类八木微带天线
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)的微带贴片天线技术。
背景技术
在许多有关天线的科技书籍中，比如“天线原理与设计”(谢处方，邱文杰编著)，都提到了八木天线(见图1)，这种天线是由一根有源振子和几根无源振子(包括引向器和反射器)组成。通过各振子之间的强耦合，在引向器和反射器的共同作用下，产生某一特定方向的辐射。缺点在于：只在一个方向上定向辐射，不能实现方向图的扫描，而且其立体结构难以和载体共形。
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2)，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形式，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3，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“A Novel 1-D Periodic Defected Ground Structure for Planar Circuits”(IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS，VOL.10，NO.4，APRIL2000)中提到了一种PBG结构(见图4)，通过改变PBG结构的形状或尺寸可产生带隙或阻带，达到改变频率特性的目的。
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，本发明提供了一种方向图可重构的类八木微带天线，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。
本发明提供的一种方向图可重构的类八木微带天线包括：同轴馈线14、金属底板15、介质基片16，金属底板15位于介质基片16的下表面，如图5所示，其特征是：它还包括金属贴片17，金属贴片17包括：位于中心位置的矩形金属贴片19(以矩形金属贴片19的中心为坐标原点)，矩形金属贴片20位于矩形金属贴片19的正上方，矩形金属贴片18位于矩形金属贴片19的正下方以矩形金属贴片19为中心关于Y轴与矩形金属贴片20对称；开槽矩形金属贴片21以矩形金属贴片19为中心关于X轴与开槽矩形金属贴片24对称；开槽矩形金属贴片22以矩形金属贴片19为中心关于X轴与开槽矩形金属贴片23对称，如图6所示；开槽矩形金属贴片21上开有
Figure A0313582700031
字形槽缝25和26，如图7所示；开槽矩形金属贴片22、23和24的结构和开槽矩形金属贴片21相同，各开槽金属贴片上两条
Figure A0313582700032
字形槽缝的具体位置可以相同，也可以不同；开槽矩形金属贴片21中，
Figure A0313582700041
字形槽缝25上搭接了六个微机电开关(33～38)，
Figure A0313582700042
字形槽缝26上搭接了六个微机电开关(39～44)，如图8所示；开槽矩形金属贴片22中，字形槽缝27上搭接了六个微机电开关(45～50)， 字形槽缝28上搭接了六个微机电开关(51～56)，如图9所示；开槽矩形金属贴片23中，
Figure A0313582700045
字形槽缝29上搭接了六个微机电开关(57～62)，
Figure A0313582700046
字形槽缝30上搭接了六个微机电开关(63～68)，如图10所示；开槽矩形金属贴片24中，
Figure A0313582700047
字形槽缝31上搭接了六个微机电开关(69～74)， 字形槽缝32上搭接了六个微机电开关(75～80)，如图11所示；金属贴片17敷在介质基片16的上表面；能量通过同轴馈线14馈到天线上，如图5所示。
需要说明的是上面采用的是同轴馈线14，馈电方式也可采用别的方式。
本发明的实质是采用微带贴片天线的结构，其金属贴片17包含七片矩形金属贴片(18～24)，七片矩形金属贴片(18～24)按一定的方式敷在介质基片16的上表面：中间的贴片19作为有源贴片(能量通过同轴馈线14直接馈到这片贴片19上)，在有源贴片19的左右两边X轴对称的排列四片开有槽缝的贴片21、22和23、24(开槽贴片(21～24)的每一条槽缝(25～32)上都搭接着微机电开关(MEMS)(33～80))，在有源贴片19的前后两侧Y轴对称的排列两片贴片18和20。这样便得到本发明的基本天线结构。通过控制开槽贴片(21～24)上微机电开关(33～80)的工作状态(连接或断开)，使微带天线处于不同的工作状态，便可在同一个频率上得到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17，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是八木天线的示意图
在图1中，1是反射器，2是引向器，3是馈电点；
图2是文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天线的示意图
在图2中，4是可重构的VEE天线，5是拉伸装置，6是传输线，7是介质基片，8是方向图主瓣方向；
图3是文献“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天线的示意图
在图3中，9是馈电点，10是MEMS开关；
图4是文献“A Novel 1-D Periodic Defected Ground Structure for Planar Circuits”所述的PBG结构的示意图
在图4中，11是介质基片，12是金属底板上的DGS，13是金属导带；
图5是本发明的基本结构的侧视图
在图5中，14是同轴馈线，15是金属底板，16是介质基片，17是金属贴片；
图6是金属贴片17的结构示意图
图7是开槽矩形金属贴片上
Figure A0313582700049
字形槽缝的示意图
图8是开槽矩形金属贴片21的放大图
图9是开槽矩形金属贴片22的放大图
图10是开槽矩形金属贴片23的放大图
图11是开槽矩形金属贴片24的放大图
在图6、图7、图8、图9、图10和图11中，18、19、20均是矩形金属贴片，21、22、23、24均是开槽矩形金属贴片，25～32均是
Figure A0313582700051
字形槽缝，33～80均是微机电开关(MEMS)；
图12是第一个实施例的基本结构的俯视图
图13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13中，81是电场θ分量的辐射方向图，82是电场Φ分量的辐射方向图；
具体实施方式
在图12的实施例中，天线的尺寸和材料属性是：金属底板15和金属贴片17采用厚度为0.018mm的铜箔；金属底板15的尺寸为60×40mm2；矩形金属贴片19的尺寸为8×8mm2；矩形金属贴片18和20的尺寸为7×7mm2；开槽矩形金属贴片(21～24)的尺寸为7×7mm2；相邻矩形金属贴片的间距是0.8mm；字形槽缝(25～32)的两端矩形的尺寸为1.2×0.6mm2，中间条形的尺寸为0.4×5.2mm2；介质基片16的厚度为1mm，大小为50×30mm2，相对介电常数为3；微机电开关(MEMS)(33～80)的尺寸为0.4×0.4mm2。
微机电开关36、37、38、42、43、44、48、49、50、54、55、56处于连接状态，微机电开关33、34、35、39、40、41、45、46、47、51、52、53处于断开状态。这时，当频率为9.95GHz，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32度夹角的天线辐射方向图，见图13。
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天线辐射方向图。

Claims (1)

1、一种方向图可重构的类八木微带天线包括：同轴馈线(14)、金属底板(15)、介质基片(16)，金属底板(15)位于介质基片(16)的下表面，其特征是：它还包括金属贴片(17)，金属贴片(17)包括：位于中心位置的矩形金属贴片(19)(以矩形金属贴片(19)的中心为坐标原点)，矩形金属贴片(20)位于矩形金属贴片(19)的正上方，矩形金属贴片(18)位于矩形金属贴片(19)的正下方以矩形金属贴片(19)为中心关于Y轴与矩形金属贴片(20)对称；开槽矩形金属贴片(21)以矩形金属贴片(19)为中心关于X轴与开槽矩形金属贴片(24)对称；开槽矩形金属贴片(22)以矩形金属贴片(19)为中心关于X轴与开槽矩形金属贴片(23)对称；开槽矩形金属贴片(21)上开有 字形槽缝(25)和(26)；开槽矩形金属贴片(22)、(23)和(24)的结构和开槽矩形金属贴片(21)相同，各开槽金属贴片上两条
Figure A031358270002C2
字形槽缝的具体位置可以相同，也可以不同；开槽矩形金属贴片(21)中， 字形槽缝(25)上搭接了六个微机电开关(33～38)，
Figure A031358270002C4
字形槽缝(26)上搭接了六个微机电开关(39～44)；开槽矩形金属贴片(22)中，
Figure A031358270002C5
字形槽缝(27)上搭接了六个微机电开关(45～50)， 字形槽缝(28)上搭接了六个微机电开关(51～56)；开槽矩形金属贴片(23)中，
Figure A031358270002C7
字形槽缝(29)上搭接了六个微机电开关(57～62)，
Figure A031358270002C8
字形槽缝(30)上搭接了六个微机电开关(63～68)；开槽矩形金属贴片(24)中，
Figure A031358270002C9
字形槽缝(31)上搭接了六个微机电开关(69～74)，
Figure A031358270002C10
字形槽缝(32)上搭接了六个微机电开关(75～80)；金属贴片(17)敷在介质基片(16)的上表面。
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