CN203312449U

CN203312449U - 一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线

Info

Publication number: CN203312449U
Application number: CN2013201088383U
Authority: CN
Inventors: 胡斌杰; 黄俊杰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-03-11

Abstract

本实用新型公开一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，它包括金属镀层、两个微电子机械系统（MEMS）开关和介质基板。金属镀层包括辐射贴片、共面波导馈线、共面波导地板。其中，共面波导地板包括第一共面波导地板、第二共面波导地板、第三共面波导地板、第四共面波导地板。本实用新型所提出的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线结构简单，仅通过控制第一MEMS开关和第二MEMS开关的导通与断开，便可以改变有效共面波导地板的状态，从而达到在保持工作频率的前提下实现天线辐射方向图可重构的目的。本实用新型的天线用于发射和接收电磁波，具有体积小、重量轻、便于加工和工作频带宽的特点。

Description

一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域中的方向图可重构天线，具体涉及一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线。

背景技术

随着科技的发展和进步，人们在无线通信方面的需求日益提高，多种多样的新型通信方式层出不穷，天线模块的设计也面临着与日俱增的要求和挑战，可重构天线被顺理成章地提出并获得了越来越广泛而深入的发展。当前，无线通信系统正在朝着功能多样化、小型化、模块化以及对不同通信环境适应力强的方向发展。天线模块作为无线通信系统中不可或缺的组合部分，势必具备灵活多样的辐射性能，才能更好地配合这种发展方向的要求，与系统各个不同模块协同合作。可重构天线因其体积小、结构紧凑以及性能多样的优点，克服了传统天线对系统在各方面性能提升的制约，在改善无线通信系统整体性能方面起到了积极作用。

由于无线电被广泛地使用，其频率和强度都在增加，因此，无线通信系统所受到的来自不同方向的电磁干扰日益严重。方向图可重构天线能够在保持天线自身位置和其它辐射参数不变的前提下，根据不同的通信需求，实时地改变天线的辐射方向图，从而避免噪声和电磁干扰，很好地提高通信质量和安全性能，并且减小了系统的复杂性和成本。

在改变天线辐射方向图的方法中，传统的做法是采用相控阵天线技术。但是相控阵往往意味着需要复杂的天馈系统，再加上阵元的间距较大，因而系统整体会不可避免地占用较大空间。并且，随着工作频率的提高，天馈系统中的移相器等部件的价格也会更加昂贵，这会大大地增加系统的制作成本。再者，馈电系统性能由于随工作环境等其他外部因素变化所呈现出的非线性现象，在很大程度上限制着系统的工作性能。若采用方向图可重构天线，便可摆脱相控阵天线所带来的这些限制和缺点。当然，由于方向图可重天线的发展还未十分成熟，在现有的一些方向图可重构天线技术中，还存在着天线工作带宽窄以及由于使用PIN或FET射频开关这些线性度较差的开关从而对天线辐射性能造成不良影响的问题。

实用新型内容

为了减小天线的体积和重量，降低制作的复杂度，以及提高天线的工作带宽，本实用新型提供一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

提出的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线包括：金属镀层、两个微电子机械系统（MEMS）开关和介质基板，其中，所述金属镀层包括辐射贴片、共面波导馈线、共面波导地板。所述辐射贴片包括矩形辐射贴片、半圆形辐射贴片。所述共面波导地板包括第一共面波导地板、第二共面波导地板、第三共面波导地板、第四共面波导地板。所述微电子机械系统（MEMS）开关包括第一MEMS开关和第二MEMS开关。所述金属镀层和所述两个MEMS开关位于所述介质基板的顶面。所述共面波导馈线与所述第一共面波导地板之间存在第一缝隙，所述第一共面波导地板与所述第二共面波导地板之间存在第二缝隙，所述共面波导馈线与所述第三共面波导地板之间存在第三缝隙，所述第三共面波导地板与所述第四共面波导地板之间存在第四缝隙。所述第一MEMS开关连接所述第一共面波导地板和所述第二共面波导地板，所述第二MEMS开关连接所述第三共面波导地板和所述第四共面波导地板。

进一步优化的，所述金属镀层的材料是导电性能较好的金属，如金、银或铜。

进一步优化的，所述矩形辐射贴片、所述半圆形辐射贴片及所述共面波导馈线三者依次相连，同时三者的形状都是轴对称图形，对称轴为Z轴。

进一步优化的，所述第一共面波导地板与所述第三共面波导地板的形状和大小相同，所述第二共面波导地板与所述第四共面波导地板的形状和大小相同。

进一步优化的，所述第一缝隙与所述第三缝隙的宽度相同，所述第二缝隙与所述第四缝隙的宽度相同。

进一步优化的，所述第一共面波导地板与所述第三共面波导地板分别位于共面波导馈线的两侧并且关于共面波导馈线对称，所述第二共面波导地板与所述第四共面波导地板分别位于共面波导馈线的两侧并且关于共面波导馈线对称。

本实用新型通过改变各结构的尺寸，可以调整所述共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线的工作频段。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：本实用新型所提出的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线结构简单，仅通过控制第一MEMS开关和第二MEMS开关的导通与断开，便可以改变有效共面波导地板的状态，从而达到在保持工作频率的前提下实现天线辐射方向图可重构的目的。采用MEMS开关这种隔离度高和插入损耗低的开关，可有效降低对天线辐射性能造成的不良影响，并且利用共面波导馈电的平面单极子结构，使天线呈现出体积小、重量轻、便于加工和工作频带宽的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线的俯视图；

图2是本实用新型实施例提供的当第一MEMS开关导通并且第二MEMS开关断开时共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线的辐射方向图；

图3是本实用新型实施例提供的当第一MEMS开关断开并且第二MEMS开关导通时共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线的辐射方向图；

图4是本实用新型实施例提供的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线工作时的回波损耗曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实用新型实例提供了一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线包括：介质基板4以及位于介质基板4顶面的矩形辐射贴片1、半圆形辐射贴片2、共面波导馈线3、第一共面波导地板5、第二共面波导地板6、第三共面波导地板7、第四共面波导地板8、第一MEMS开关9、第二MEMS开关10。所述共面波导馈线3与所述第一共面波导地板5之间存在第一缝隙11，所述第一共面波导地板5与所述第二共面波导地板6之间存在第二缝隙12，所述共面波导馈线3与所述第三共面波导地板7之间存在第三缝隙13，所述第三共面波导地板7与所述第四共面波导地板8之间存在第四缝隙14。所述第一MEMS开关9连接所述第一共面波导地板5和所述第二共面波导地板6，所述第二MEMS开关10连接所述第三共面波导地板7和所述第四共面波导地板8。

所述金属镀层的材料是导电性能较好的金属，如金、银或铜。

所述矩形辐射贴片1、所述半圆形辐射贴片2及所述共面波导馈线3三者依次相连，同时三者的形状都是轴对称图形，对称轴为Z轴。本实用新型实施例中，所述矩形辐射贴片1沿Z轴方向上的长度为11.2mm，与Y轴平行方向上的宽度为20mm；所述半圆形辐射贴片2的半径为14.7mm。

所述第一共面波导地板5与所述第三共面波导地板7的形状和大小相同，所述第二共面波导地板6与所述第四共面波导地板8的形状和大小相同。

所述第一缝隙11与所述第三缝隙13的宽度相同，所述第二缝隙12与所述第四缝隙14的宽度相同。

所述第一共面波导地板5与所述第三共面波导地板7分别位于共面波导馈线3的两侧并且关于共面波导馈线3对称，所述第二共面波导地板6与所述第四共面波导地板8分别位于共面波导馈线3的两侧并且关于共面波导馈线3对称。

所述第一共面波导地板5、第二共面波导地板6、第三共面波导地板7、第四共面波导地板8都存在一条弧形边缘，这四条弧形边缘同时位于同一个椭圆的边缘上，该椭圆的长半轴及短半轴均大于所述半圆形辐射贴片2的半径。

根据共面波导的理论，所述共面波导馈线3的宽度、所述第一缝隙11的宽度、所述第三缝隙13的宽度、所述介质基板4的厚度以及所述介质基板4的相对介电常数共同决定着所述共面波导馈线3的特征阻抗。选择合适的值，使得所述共面波导馈线3的特征阻抗等于50

。具体的，本实用新型实施例中，所述共面波导馈线3的宽度为5.6mm，所述第一缝隙11的宽度和所述第三缝隙13的宽度为1mm，所述介质基板4的厚度为1.524mm，所述介质基板4的相对介电常数为3.55。

使用特征阻抗为50

的SMA接头进行馈电，将SMA接头的内导体与所述共面波导馈线3焊接在一起，将SMA接头的外导体分别与所述第一共面波导地板5、第二共面波导地板6进行焊接，但不与所述第三共面波导地板7、第四共面波导地板8发生接触。

当天线工作时，第一MEMS开关9和第二MEMS开关10的导通与断开状态，决定着有效共面波导地板的结构，从而控制天线的辐射方向。

具体的，当第一MEMS开关9导通并且第二MEMS开关10断开时，所述第一共面波导地板5和所述第二共面波导地板6连接在一起，而所述第三共面波导地板7和所述第四共面波导地板8之间是断开的。此时，该方向图可重构天线的最大辐射方向朝负Y轴方向偏转，如图2所示，天线工作频率为2.4GHz，主辐射方向为负Y方向。

当第一MEMS开关9断开并且第二MEMS开关10导通时，所述第三共面波导地板7和所述第四共面波导地板8连接在一起，而所述第一共面波导地板5和所述第二共面波导地板6之间是断开的。此时，该方向图可重构天线的最大辐射方向朝正Y轴方向偏转，如图3所示，天线工作频率为2.4GHz，主辐射方向为正Y方向。天线在保持工作频率不变的前提下实现天线辐射方向图可重构的目的。

图4为天线在上述不同两种情况下的回波损耗曲线图，由于上述两种情况具有对称性，因此它们的回波损耗曲线是一样的。由图可见，本实用新型提出的天线在2.14GHz至2.60GHz频段内保持

<-15dB，相对带宽约为20%。

本实用新型所提出的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线结构简单，仅通过控制第一MEMS开关9和第二MEMS开关10的导通与断开，便可以改变有效共面波导地板的状态，从而达到在保持工作频率不变的前提下实现天线辐射方向图可重构的目的。

以上所述的具体实施例，是对本实用新型的目的、技术方案和有益效果做出的进一步的详细说明，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于包括：金属镀层、两个微电子机械系统（MEMS）开关和介质基板（4），其中，所述金属镀层包括辐射贴片、共面波导馈线（3）、共面波导地板；所述辐射贴片包括矩形辐射贴片（1）、半圆形辐射贴片（2）；所述共面波导地板包括第一共面波导地板（5）、第二共面波导地板（6）、第三共面波导地板（7）、第四共面波导地板（8）；所述微电子机械系统（MEMS）开关包括第一MEMS开关（9）和第二MEMS开关（10）；所述金属镀层和所述两个MEMS开关位于所述介质基板（4）的顶面；所述共面波导馈线（3）与所述第一共面波导地板（5）之间存在第一缝隙（11），所述第一共面波导地板（5）与所述第二共面波导地板（6）之间存在第二缝隙（12），所述共面波导馈线（3）与所述第三共面波导地板（7）之间存在第三缝隙（13），所述第三共面波导地板（7）与所述第四共面波导地板（8）之间存在第四缝隙（14）；所述第一MEMS开关（9）连接所述第一共面波导地板（5）和所述第二共面波导地板（6），所述第二MEMS开关（10）连接所述第三共面波导地板（7）和所述第四共面波导地板（8）。

2.根据权利要求1所述的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于，所述金属镀层的材料是金、银或铜。

3.根据权利要求1所述的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于，所述矩形辐射贴片（1）、所述半圆形辐射贴片（2）及所述共面波导馈线（3）三者依次相连，同时三者的形状都是轴对称图形，对称轴为Z轴。

4.根据权利要求1所述的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于，所述第一共面波导地板（5）与所述第三共面波导地板（7）的形状和大小相同，所述第二共面波导地板（6）与所述第四共面波导地板（8）的形状和大小相同。

5.根据权利要求1所述的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于，所述第一缝隙（11）与所述第三缝隙（13）的宽度相同，所述第二缝隙（12）与所述第四缝隙（14）的宽度相同。

6.根据权利要求1所述的共面波导馈电的方向图可重构平面单极子天线，其特征在于，所述第一共面波导地板（5）与所述第三共面波导地板（7）分别位于共面波导馈线（3）的两侧并且关于共面波导馈线（3）对称，所述第二共面波导地板（6）与所述第四共面波导地板（8）分别位于共面波导馈线（3）的两侧并且关于共面波导馈线（3）对称。