低剖面三頻可調天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低剖面三頻可調天線，在第一介質基板上下兩表面分別印制變形分形偶極子上下臂，關于該基板水平中心線對稱，一階輻射單元與雙線饋電微帶線相連并延伸至介質基板邊沿，每階輻射單元配接有各自對應的接入了電感的直流偏置線，用矩形貼片將二階和三階輻射單元中的輻射貼片內側頂點相連接形成各自的輻射單元，各個相鄰階輻射單元中間加載一個PIN開關進行頻率可調。第一介質基板放置在第二介質基板上用泡沫板相隔，周期性排列的EBG單元印制在第二層介質基板上以提高天線增益。本發(fā)明解決了天線在高頻處可調實現(xiàn)困難、方向圖不穩(wěn)定以及剖面較高的問題，能實現(xiàn)在高頻X、Ku、Ka波段低剖面三頻可調的天線特性，可應用于無線通信和衛(wèi)星通信。
【專利說明】低剖面三頻可調天線【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子【技術領域】，涉及低剖面頻率可調天線技術，特別涉及一種高頻X、KiuKa波段的三頻可調天線的設計，具體是一種低剖面三頻可調天線，可以應用于無線通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信的發(fā)展，天線對于整個通信設備的重要性更加顯著，具有低剖面，高增益以及足夠的帶寬等特性的天線也將是通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢和要求。同時隨著通信系統(tǒng)功能的增加，各個載體上搭載的天線數(shù)量越來越多，所負載的重量也隨之增加，并且由于空間限制，多個天線的放置將影響各個天線特性甚至整個系統(tǒng)的工作特性，電磁兼容性成為了一個重要的問題。在這樣的環(huán)境下，可重構天線得到了更多的發(fā)展。
[0003]可重構天線這一概念最早是1983年由D.Schaubert等人在“Frequency Agile,Polarization Diverse Microstrip Antenna and Frequency Scanned Arrays，，專利中提出。在現(xiàn)階段研究的可重構天線所使用的開關主要有PIN開關和MEMS開關，MEMS開關使用方便，但是費用很高，同時國內對其的制備并不是很成熟。而PIN開關的研究較為成熟，同時價格較低，但是需要在開關的兩邊加載直流電壓差，以此來控制開關的通斷。PIN開關加載直流偏置電路往往會對天線的各種特性形成影響，可能造成天線工作頻率偏移，方向圖畸變，增益降低等問題?，F(xiàn)階段可重構天線主要集中在微波波段的通信頻帶，衛(wèi)星通信等高頻頻帶的可重構天線發(fā)展卻很少，主要是由于設計技術的限制，以及制備高頻天線的難度較大，同時天線開關的選 擇較少等原因。因此設計簡單，方向圖穩(wěn)定以及高增益的高頻可調天線的設計成為一個熱點和難點。
[0004]綜上，目前可重構天線面臨著三個問題，1.可調頻率主要集中在WLAN等低頻頻帶，適用于高頻X、Ku波段甚至Ka波段的衛(wèi)星天線較少。2.開關的選擇，PIN開關的使用方法更加成熟，但是在天線上加載PIN開關時直流偏置線的設計對天線影響較大，MEMS開關使用便利，但是對MEMS開關制備方法發(fā)展不夠成熟，同時費用較高，工程化使用存在問題。
3.在低剖面的條件下無法滿足天線高增益的要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對于無線通信和衛(wèi)星通信對天線的需求以及現(xiàn)有技術的不足，提供了一種低剖面、三頻可調、高增益、控制簡單的低剖面三頻可調天線。
[0006]上述目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明是一種低剖面三頻可調天線，包括有:第一介質基板、一階輻射單元、二階輻射單元、三階輻射單元、雙線饋電微帶線、第二介質基板，第二介質基板印制有周期的EBG單元，EBG單元包含第二介質基板上層印制的刻蝕有方環(huán)縫隙的方形貼片和第二介質基板下層印制的金屬地板；第一介質基板放置在第二介質基板上，兩個介質基板之間有泡沫板相隔，在第一介質基板上，三個福射單兀縱向排列印制在介質基板兩個表面，第一介質基板上下兩個表面上各自的三個輻射單元共同組合稱為偶極子，第一介質基板上表面的三個輻射單元貼片的組合稱為偶極子上臂，其下表面的三個輻射單元貼片的組合稱為偶極子下臂，偶極子上下臂對稱于第一介質基板水平中心線，一階輻射單元包含一個輻射貼片，二階輻射單元包含兩個輻射貼片，三階輻射單元包含兩個輻射貼片，輻射貼片的尺寸與整個天線的諧振頻率相關，第一介質基板上下兩個表面的一階輻射單元均與各自的雙線饋電微帶線相連接，雙線饋電微帶線延伸至第一介質基板邊沿，本發(fā)明的低剖面三頻可調天線還包括有直流偏置線和電感，一階輻射單元與一階直流偏置線相連接，二階輻射單元與二階直流偏置線相連接，三階輻射單元與三階直流偏置線相連接，本發(fā)明的輻射單元在傳統(tǒng)Sierpinski分形偶極子基礎上，采用變形的分形偶極子，該變形的分形偶極子即用矩形貼片將二階輻射單元和三階輻射單元中的輻射貼片內側頂點電連接形成各自的輻射單元，各個相鄰階輻射單元之間在縱向排列中線上加載一個PIN開關進行頻率可調，本發(fā)明僅使用兩組開關就可以產生三種頻率的可調。每階輻射單元配接有各自對應的直流偏置線，三組直流偏置線上各自接有電感，兩組PIN開關通過二階直流偏置線共地，即二階直流偏置線為兩組PIN開關直流信號的共用地，一階直流偏置線與三階直流偏置線分別為各自PIN開關直流信號的正極，本發(fā)明只需要三組直流偏置線對兩組PIN開關進行分別控制，本發(fā)明中當所有PIN開關斷開時，一階輻射單元產生Ka波段處諧振頻帶。一階輻射單元與二階輻射單元之間PIN開關連通時，產生Ku頻帶處諧振頻帶。所有PIN開關均處于連通狀態(tài)時，所有福射貼片相互電連接，產生X頻帶處諧振頻帶，實現(xiàn)X、Ku、Ka三頻可調。第二介質基板印制的周期排列的EBG單元產生X、Ku頻帶同相反射特性，同時在Ka頻帶以金屬反射板形式工作，第一介質基板加載第二介質基板后，在三頻可調的基礎上天線實現(xiàn)低剖面、高增益特性。
[0008]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:各階輻射單元中的輻射貼片為三角形貼片，一階輻射單元為一個正三角形，二階輻射單元為兩個正三角形與矩形貼片相連構成，三階輻射單元為鏤空了小正三角形的兩個大正三角形貼片與矩形貼片相連構成。采用三角形貼片能有效減小天線尺寸，同時展寬天線工作帶寬。三角形輻射貼片的邊長為lmm-3mm，通過調整三角形輻射貼片邊長可以調整各個頻帶的諧振頻率。
·[0009]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:第一介質基板印制的各階輻射單元中的輻射貼片或為矩形或為圓形貼片，相比于傳統(tǒng)偶極子均有展寬天線帶寬、減小天線尺寸的作用，同時加工簡單、成本較低。
[0010]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:第一介質基板和第二介質基板之間泡沫板厚度為
采用介電常數(shù)為I的泡沫板,泡沫板厚度決定兩個介質基板間距,調節(jié)泡沫板厚
度可以調節(jié)天線輻射特性。
[0011]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:第二介質基板上EBG單元貼片刻蝕縫隙寬度為0.1-lmm。調整縫隙寬度可以改變EBG單元同相反射特性。利用同向反射特性可以降低天線頻率，提高天線增益，同時減小天線后瓣。
[0012]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:第一介質基板上直流偏置線所接電感值為0.1-1 μ H。電感的接入可以消除直流偏置線對天線特性的影響，使得天線產生穩(wěn)定的方向圖。
[0013]本發(fā)明的實現(xiàn)還在于:第一介質基板和第二介質基板的介電常數(shù)均介于2-10之間，介電常數(shù)變化影響天線電尺寸的變化。[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0015]1、本發(fā)明采用變形的分形偶極子，用矩形貼片將二階輻射單元和三階輻射單元中的輻射貼片內側頂點相連接，分別形成二階輻射單元和三階輻射單元，各個相鄰階輻射單元間只需要加載一個PIN開關進行頻率可調，PIN開關數(shù)目與現(xiàn)有技術相比減少50%，同時天線尺寸得到了減小，阻抗帶寬得以展寬。
[0016]2、本發(fā)明采用共地兩路直流偏置線，共使用三組直流偏置線可以獨立控制兩組開關，使得天線在X、Ku、Ka這三個不同的高頻頻段相互調節(jié)。與傳統(tǒng)的可調天線相比，直流偏置線數(shù)目減少一路。
[0017]3、本發(fā)明第二介質基板采用設計簡單的雙頻EBG結構作為反射板，周期性排列的方形貼片刻蝕方環(huán)縫隙后，與下層金屬地板產生X波段和Ku波段的同相反射特性。同時在Ka波段時，第二介質基板等效為金屬反射板。通過在第一介質基板下加載第二介質基板，天線三個諧振頻帶增益均得到大幅度提高，并且方向圖后瓣得到有效的抑制。與傳統(tǒng)的金屬反射板相比，第二介質基板與天線距離固定，并且天線剖面較低，在三個不同的工作頻帶中，EBG單元與第一介質基板的縱向距離均固定為2mm，遠小于傳統(tǒng)的1/4波長。
[0018]4、本發(fā)明天線的各階直流偏置線接入電感，有效消除了直流偏置線對天線輻射特性的影響，天線在三個不同的工作頻帶方向圖特性穩(wěn)定。
[0019]5、本發(fā)明采用雙線饋電微帶線對天線進行饋電，介質基板上層微帶線為0.4mm寬的微帶線，介質基板下層微帶線為一段寬度從0.4mm線性漸變到2mm的漸變微帶線，這樣的設計可以實現(xiàn)更好的阻抗匹配，展寬天線阻抗帶寬。
[0020]6、本發(fā)明設計靈活，能根據(jù)實際需求通過調節(jié)輻射單元的尺寸，來改變可調的頻率。可以通過增加天線輻射單元數(shù)，實現(xiàn)更多頻率的可調。同時天線成本低、加工簡單、易于工程化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結構示意圖，也是實施例1的正視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1的第一介質基板的后視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例1的仰視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例4的結構示意圖，也是實施例4的正視圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例5的結構示意圖，也是實施例5的正視圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例1的Ka頻帶仿真阻抗特性曲線圖；
[0027]圖7為本發(fā)明實施例1在Ku頻帶仿真阻抗特性曲線圖；
[0028]圖8為本發(fā)明實施例1在X頻帶仿真阻抗特性曲線圖；
[0029]圖9為本發(fā)明實施例1在28GHz的仿真輻射方向圖；
[0030]圖10為本發(fā)明實施例1在15GHz的仿真輻射方向圖；
[0031 ]圖11為本發(fā)明實施例1在9.5GHz的仿真輻射方向圖；
[0032]圖12為本發(fā)明實施例1的EBG單元反射相位仿真圖。
[0033]具體實施方法:
[0034]下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明做進一步描述:
[0035]實施例1[0036]針對現(xiàn)有可重構天線工作頻率較低，增益低，剖面高，同時加載開關對天線輻射特性影響較大，無法滿足衛(wèi)星通信的需求等不足，本發(fā)明開展了創(chuàng)新與研究，本發(fā)明的低剖面三頻可調天線，參見圖1，包括有:第一介質基板1、一階輻射單元2、二階輻射單元3、三階輻射單元4、雙線饋電微帶線8、第二介質基板11，第二介質基板11印制有周期的EBG單元12，EBG單元12包含第二介質基板11上層印制的刻蝕有方環(huán)縫隙14的方形貼片13和第二介質基板11下層印制的金屬地板，換句話說，第二介質基板11的下層為金屬地板，其上層印制有EBG單元12，EBG單元12是以周期性排列分布在整個第二介質基板11的上層，作為EBG單元12其結構是上層為刻蝕有方環(huán)縫隙14的方形貼片13，下層為印制的金屬地板。第一介質基板I放置在第二介質基板11上，兩個介質基板之間有泡沫板15相隔，使用膠粘技術將第一介質基板I和第二介質基板11分別固定在泡沫板15上下兩個表面。在第一介質基板I上，三個輻射單元2-4縱向排列印制在介質基板兩個表面，第一介質基板I上下兩個表面上各自的三個輻射單元2-4共同組合稱為偶極子，第一介質基板I上表面的三個輻射單元2-4貼片的組合稱為偶極子上臂，第一介質基板I下表面的三個輻射單元2-4貼片的組合稱為偶極子下臂，偶極子上下臂對稱于第一介質基板I水平中心線，一階輻射單元2包含一個輻射貼片，二階輻射單元3包含兩個輻射貼片，三階輻射單元4包含兩個輻射貼片，第一介質基板I上下兩表面的一階輻射單元I均與各自的雙線饋電微帶線8電連接，參見圖1和圖2，雙線饋電微帶線8的右側延伸至第一介質基板I邊沿，本發(fā)明的低剖面三頻可調天線還包括有直流偏置線5-7和電感9，一階輻射單元2與一階直流偏置線5相連接，二階輻射單元3與二階直流偏置線6相連接，三階輻射單元4與三階直流偏置線相連接7，輻射單元采用變形的分形偶極子，主要是在傳統(tǒng)Sierpinski分形偶極子基礎上增加了矩形貼片，用矩形貼片連接二階輻射單元3和三階輻射單元4中各個關于偶極子縱向中線對稱的兩個輻射貼片，具體是用矩形貼片將二階輻射單元3和三階輻射單元4中的輻射貼片內側頂點電連接形成各自的輻射單元，各個相鄰階輻射單元之間在縱向排列中線上只需要加載一個PIN開關10進行頻率可調，每階輻射單元2-4配接有各自對應的直流偏置線5-7，本發(fā)明共使用兩組PIN開關10就可以產生三種頻率的可調。三組直流偏置線5-7上各自接有電感9，兩組PIN開關10通過二階直流偏置線6共地，二階直流偏置線6為兩組PIN開關10直流信號的共用地，一階直流偏置線5為一階輻射單元2與二階輻射單元3之間所接PIN開關10直流信號的正極，三階直流偏置線7為二階輻射單元3與三階輻射單元4之間所接PIN開關10直流信號的正極，本發(fā)明只需要三組直流偏置線5-7對兩組PIN開關10分別進行控制，就能實現(xiàn)X、Ku、Ka三個頻帶可調；在三頻可調基礎上，第二介質基板11印制的周期排列的EBG單元12產生X、Ku頻帶同相反射特性，同時在Ka頻帶以金屬反射板形式工作，第一介質基板I加載第二介質基板11后，在三頻可調的基礎上天線實現(xiàn)了低剖面、高增益三頻可調特性。
[0037]參見圖3，本例中第一介質基板I的介電常數(shù)為2.97，基板厚度為0.254mm，介電損耗為0.0015，第二介質基板11介電常數(shù)為3，基板厚度為1.5mm，介電損耗為0.0015，第一介質基板I和第二介質基板11之間采用介電常數(shù)為1，厚度為2mm的泡沫板15相隔,泡沫板15重量輕，加載容易，成本低。本發(fā)明中一階輻射單元2的輻射貼片為正三角形，二階輻射單元3中的兩個輻射貼片為相同的兩個正三角形，放置方向與一階輻射單元2相同，兩個正三角形關于偶極子縱向中線對稱，并且其內側頂點通過矩形貼片相連接。三階輻射單元4中的兩個輻射貼片均為相同的三角形鏤空貼片，具體為鏤空了小三角形的大三角形貼片，其中大三角形放置方向與一階輻射單元2相同，小三角形頂點分別為大三角形各邊中點，小三角形放置方向與大三角形放置方向相反，兩個三角形鏤空貼片關于偶極子縱向中線對稱，其內側頂點用兩個矩形輻射貼片相連。本發(fā)明這種技術特征使得每階輻射單元2-4中輻射貼片內頂點之間直接電連接。因此本發(fā)明中，偶極子上下臂中各個相鄰階輻射單元間各只需要加載一個PIN開關10就可實現(xiàn)天線的頻率可調，現(xiàn)有技術中也是使用開關來實現(xiàn)頻率可調，但是現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)Sierpinski分形偶極子的各個相鄰階輻射單元間需要加載兩個開關，以圖1為例，需要用兩個開關將二階輻射單元3中的兩個輻射貼片各下頂點與一階輻射單元2分別相連，同時還需要用兩個開關將三階輻射單元4中的兩個輻射貼片下頂點與二階輻射單元3分別相連，這樣才能保證天線的對稱性以及天線方向圖的穩(wěn)定性。因此本發(fā)明的技術方案減少了開關數(shù)目，只需沿偶極子縱向中線在二階輻射單元3矩形貼片中點處和一階輻射單元2之間加載一個PIN開關10，同時在三階輻射單元4矩形貼片中點處和二階輻射單元3之間加載一個PIN開關10，這樣就既保證了天線良好的對稱性與輻射特性，同時所需控制的開關數(shù)目減小，降低了開關控制的復雜度，增強了天線的穩(wěn)定性，降低了天線成本，簡化了加工復雜度。用于連接一階輻射單元2的雙線饋電微帶線8的引線方向與偶極子兩臂縱向排列中心線垂直90度，長度為16.9mm，第一介質基板I上表面印制的饋電微帶線8寬度為0.4mm,下表面印制的饋電微帶線8的寬度由0.4mm漸變至為2mm,這樣既保證了天線良好的阻抗匹配，同時又利于加載交流饋電接頭。參見圖1，本發(fā)明的一階直流偏置線5長度為4.5mm,寬度為0.1mm, 二階直流偏置線6長度為4臟，寬度為0.1mm,三階直流偏置線7長度為3.2mm,寬度為0.1mm,三組直流偏置線5-7上各自接有0.84 μ H電感9，本發(fā)明引入電感9消除各直流偏置線5-7對天線輻射特性的影響，使得天線方向圖穩(wěn)定，匹配特性良好。輻射單元的尺寸與整個天線的諧振頻率相關，當所有PIN開關10斷開時，一階輻射單元2產生Ka波段處諧振頻帶，一階輻射單元2三角形邊長為al，al可在1-3mm之間調節(jié)選定，當al取1.26mm時,天線工作在27.8?31.2GHz。當一階福射單元2與二階輻射單元3之間PIN開關10連通時，產生Ku頻帶處諧振頻率，二階輻射單元3中三角形邊長為a2，連接三角形內頂點矩形長度分別為1.3mm和2.5_，寬度為0.2_。當一階福射單元2中al固定時，a2在l_3mm之間調節(jié)可以改變Ku波段諧振頻率，本實例中a2取1.2mm，天線工作在14.1?16.8GHz。所有PIN開關10均處于連通狀態(tài)時，一階輻射單元2與二階輻射單元3之間，二階輻射單元3和三階輻射單元4之間均通過PIN開關10相連，產生X頻帶處諧振頻率，當一階福射單元2中al和二階福射單元3中a2分別固定時,三階輻射單元4中大三角形邊長為a3，鏤空的小三角形邊長為a3/2。連接大三角形頂點矩形長為2.2_，寬為0.2mm, a3在l_3mm調節(jié)，當a3為1.94mm時，天線工作在8.96?9.67GHz。上述每階輻射單元中，通過調節(jié)每階輻射單元的三角形邊長，可以確定可調頻率。同時，由于每個頻帶所對應輻射單元不同，本發(fā)明可以方便、獨立、靈活調節(jié)天線的各個尺寸，以調節(jié)天線三個不同的頻帶調節(jié)范圍。
[0038]當采用普通金屬反射板提高天線增益時，必須將反射板放置在距離天線1/4波長處，但是三頻可調天線不同頻率對應波長不同，不同頻帶金屬反射板所需放置的位置不同，因此對于三頻可調天線無法將普通金屬反射板固定在同一位置，增加了天線的使用難度，并且X波段處所對應的1/4波長為10mm，兩層介質基板距離過大，天線剖面過高，占用空間過大，無法使用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)。相比于普通金屬反射板，本發(fā)明使用的周期性EBG單元12結構參見圖1，包含第二介質基板11上層周期排列的5X7方形貼片13和第二介質基板11下層印制的金屬地板，方形貼片13邊長為5mm，相鄰貼片間距為1mm，每個方形貼片13刻蝕方環(huán)縫隙14，方形貼片13與方環(huán)縫隙14中心重合，方環(huán)縫隙14外邊長為4.5mm,內邊長為4_。周期排列的EBG單元12產生雙頻反射相位特性，X波段的同相反射相位特性工作頻帶為:8.45GHz-9.78GHz (O。頻點為9.22GHz)，Ku波段的同相反射相位特性工作頻帶為:15.03GHz-18GHz (0°頻點為16.46GHz)，在X、Ku兩個頻帶，第二介質基板11同時可固定與第一介質基板I縱向距離為2mm處的位置，天線增益得到以提高，并且保證了天線良好阻抗匹配。X波段中天線工作頻帶為8.96?9.67GHz，天線在9.5GHz處增益為8.16dB。Ku波段天線工作頻帶為14.1?16.8GHz，天線在15GHz處增益為7.66dB。在Ka頻帶第二介質基板11以金屬反射板形式工作，第二介質基板11與第一介質基板I間距固定在Ka波段處1/4波長約為2mm處，Ka波段天線工作頻帶為27.8?31.2GHz，在28GHz處天線增益提高至10.ldB。綜上,本發(fā)明通過加載雙頻EBG單元12結構,合理解決加載普通金屬板帶來的問題，天線工作在X、Ku、Ka三個不同的頻帶時，兩層介質基板間距均只為2mm，并且天線相比于傳統(tǒng)單極子天線三個頻帶處增益均有大于3dB的提高，同時實現(xiàn)了低剖面、高增益兩個特性。
[0039]本發(fā)明的工作過程為:在第一介質基板I雙線饋電微帶線8右側處加載交流信號，在直流偏置線5-7左側加載直流信號。當所有直流偏置線5-7上無直流信號加載時，一階輻射單元2工作，天線工作在Ka波段。一階直流偏置線5加載直流正極和二階直流偏置線6加載直流負極，當直流電流超過IOmA時，一階輻射單元2與二階輻射單元3相接處PIN開關10連通，此時天線有效輻射單元為一階輻射單元2與二階輻射單元3，天線工作在Ku頻帶。當一階直流偏置線5和三階直流偏置線7均加載直流正極，二階直流偏置線6加載直流負極，當直流電流超過IOmA時，此時所有的PIN開關10連通，天線的有效輻射單元為所有福射單元2-4,此時天線工作在X頻帶。
[0040]實施例2
[0041]低剖面三頻可調天線的構成和結構同實施例1，本實施例中第一介質基板印制輻射單元中輻射貼片為三角形，一階輻射單元輻射貼片三角形邊長al為1mm，二階輻射單元輻射貼片三角形邊長a2為1mm，三階輻射單元輻射貼片三角形邊長a3為3mm，第一介質基板和第二介質基板之間泡沫板的厚度為1mm，第二介質基板上的EBG單元貼片刻蝕縫隙寬度為1mm，周期排列的EBG單元貼片產生X波段和Ku波段的反射相位特性。本例中，第一介質基板上直流偏置線所接電感值為0.1 μ H，第一介質基板的介電常數(shù)為10，第二介質基板的介電常數(shù)為2，其余結構與實施例1中的低剖面三頻可調天線一樣，各結構之間的關系也與實施例1中的低剖面三頻可調天線一樣。
[0042]實施例3
[0043]低剖面三頻可調天線的構成和結構同實施例1-2，本實施例中第一介質基板印制的各階輻射單元中輻射貼片為三角形，一階輻射單元輻射貼片三角形邊長al為3mm，二階輻射單元輻射貼片三角形邊長a2為3mm，三階輻射單元輻射貼片三角形邊長a3為1mm，第一介質基板和第二介質基板之間泡沫板的厚度為3mm ;第二介質基板上的EBG單元貼片刻蝕縫隙寬度為0.1mm;第一介質基板上直流偏置線所接電感值為I μ H，本發(fā)明天線各階直流偏置線中均接入電感，有效消除了偏置線對天線輻射特性的影響，使得天線在三個不同的工作頻帶方向圖特性更加穩(wěn)定。本例中，第一介質基板的介電常數(shù)為2，第二介質基板的介電常數(shù)為10，其余結構與實施例1或2中的低剖面三頻可調天線一樣，各結構之間的關系也與實施例1或2中的低剖面三頻可調天線一樣。
[0044]實施例4
[0045]低剖面三頻可調天線的構成和結構同實施例1-3,本實施例中第一介質基板I印制的各階輻射單元2-4中輻射貼片為矩形貼片，參見圖4 ;第一介質基板I和第二介質基板11之間泡沫板的厚度為1mm，第一介質基板I上直流偏置線5_7所接電感值9為0.5 μ H，第一介質基板I的介電常數(shù)為5，第二介質基板11的介電常數(shù)為5，上述參數(shù)外其余結構與實施例I中的低剖面三頻可調天線一樣，各結構之間的關系也與實施例1中的低剖面三頻可調天線一樣。天線同時實現(xiàn)了低剖面、高增益兩個特性。
[0046]實施例5
[0047]低剖面三頻可調天線的構成和結構同實施例1-4，參見圖5，本實施例中第一介質基板I印制的各階輻射單元2-4中輻射貼片為圓形貼片，一階輻射單元2中圓形貼片直徑為1.2mm, 二階輻射單元3中圓形貼片直徑為1.2mm,三階輻射單元4中圓形貼片直徑為
1.8mm，貼片形狀的變化體現(xiàn)了本發(fā)明天線的適用性和靈活性，上述參數(shù)外其余結構與實施例I中的低剖面三頻可調天線一樣，各結構之間的關系也與實施例1-4中的低剖面三頻可調天線一樣。
[0048]以上是本發(fā)明的五個具體實例并不構成對本發(fā)明的任何限制。
[0049]本發(fā)明的實例效果可通過以下結果圖進一步說明:
[0050]實施例6
[0051]使用本發(fā)明的低剖面三頻可調天線進行頻率可調的仿真與模擬，仿真模型為本發(fā)明的實施例1。
[0052]當所有PIN開關10處于斷開狀態(tài)的工作模式，S參數(shù)仿真結果圖見圖6，此時天線工作在Ka頻帶，從圖中可見，本例中的工作頻帶為27.8?31.2GHz，完全處于Ka頻帶中。
[0053]當連接一階輻射單元2 二階和輻射單元3的PIN開關10處于導通狀態(tài)的工作模式，S參數(shù)仿真結果見圖7，此時天線工作在Ku頻帶，圖中可見，本例中的工作頻帶為14.1?16.8GHz，完全處于Ku頻帶中。
[0054]當所有PIN開關10處于導通狀態(tài)的工作模式，S參數(shù)仿真結果見圖8，此時天線工作在X頻帶，圖中可見，本例中的工作頻帶為8.96?9.67GHz，完全處于X頻帶中。
[0055]對本發(fā)明在28GHz處方向圖進行仿真，結果見圖9，圖中光滑實線為H面方向圖，帶點曲線為E面方向圖，可以觀測發(fā)現(xiàn)，方向圖特性為前向輻射，增益為10.ldB。
[0056]對本發(fā)明在15GHz處方向圖進行仿真，結果見圖10，圖中光滑實線為H面方向圖，帶點曲線為E面方向圖，可以觀測發(fā)現(xiàn)，方向圖特性為前向輻射，增益為7.66dB。
[0057]同時，對本發(fā)明在9.5GHz處方向圖進行仿真，結果見圖11，圖中光滑實線為H面方向圖，帶點曲線為E面方向圖，可以觀測發(fā)現(xiàn)，方向圖特性為前向輻射，增益為8.16dB。
[0058]本發(fā)明的第二介質基板上的EBG單元的反射相位特性仿真曲線如圖12，從仿真結果可以看出:EBG的0° ±90。頻段分別為8.45GHz-9.78GHz (O°頻點為9.22GHz)處于X頻帶內，15.03GHz-18GHz(0°頻點為16.46GHz)處于Ku頻帶內。[0059]簡而言之，本發(fā)明的低剖面三頻可調天線，在第一介質基板上下兩表面分別印制變形分形偶極子上下臂，關于該基板水平中心線對稱，一階輻射單元與雙線饋電微帶線相連并延伸至介質基板邊沿，每階輻射單元配接有各自對應的接入了電感的直流偏置線，用矩形貼片將二階和三階輻射單元中的輻射貼片內側頂點相連接形成各自的輻射單元，各個相鄰階輻射單元中間加載一個PIN開關進行頻率可調。第一介質基板放置在第二介質基板上用泡沫板相隔，周期性排列的EBG單元印制在第二介質基板上以提高天線增益。本發(fā)明解決了天線在高頻處可調實現(xiàn)困難、方向圖不穩(wěn)定以及剖面較高的問題，能實現(xiàn)在高頻X、Ku、Ka波段低剖面三頻可調的天線特性，可應用于無線通信和衛(wèi)星通信。
【權利要求】
1.一種低剖面三頻可調天線，包括有:第一介質基板、一階輻射單元、二階輻射單元、三階輻射單元、雙線饋電微帶線、第二介質基板，第二介質基板印制有周期的EBG單元，EBG單元包含第二介質基板上層印制的刻蝕有方環(huán)縫隙的方形貼片和第二介質基板下層印制的金屬地板；第一介質基板放置在第二介質基板上，兩個介質基板之間有泡沫板相隔，在第一介質基板上，三個輻射單元縱向排列印制在介質基板兩個表面，第一介質基板上下兩個表面上各自的三個輻射單元共同組合稱為偶極子，偶極子上下臂對稱于第一介質基板水平中心線，一階輻射單元包含一個輻射貼片，二階輻射單元包含兩個輻射貼片，三階輻射單元包含兩個輻射貼片，一階輻射單元均與雙線饋電微帶線相連接，其特征在于:所述低剖面三頻可調天線還包括有直流偏置線和電感(9),福射單元在傳統(tǒng)Sierpinski分形偶極子基礎上，采用變形的分形偶極子，用矩形貼片將二階輻射單元和三階輻射單元中的輻射貼片內側頂點電連接形成各自的輻射單元，各個相鄰階輻射單元之間在縱向排列中線上加載一個PIN開關(10)進行頻率可調，每階輻射單元配接有各自對應的直流偏置線，三個直流偏置線上各自接有電感(9)，兩組PIN開關(10)通過二階直流偏置線(6)共地，一階直流偏置線(5)與三階直流偏置線(7)分別為各自PIN開關(10)直流信號的正極，只需要三組直流偏置線對兩組開關進行分別控制，實現(xiàn)X、Ku、Ka三頻可調；第二介質基板印制的周期排列的EBG單元產生X、Ku頻帶同相反射特性，同時在Ka頻帶以金屬反射板形式工作,第一介質基板加載第二介質基板后，在三頻可調的基礎上天線實現(xiàn)低剖面、高增益特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:各階輻射單元中的輻射貼片為三角形貼片；三角形輻射貼片的邊長為lmm-3mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:各階輻射單元中的輻射貼片或為矩形或為圓形貼片。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:第一介質基板(I)和第二介質基板(11)之間泡沫板(15)的厚度為lmm-3mm。
5.根據(jù)權利要求4所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:第二介質基板(11)上EBG單元(12)貼片刻蝕縫隙(14)寬度為0.1-lmm。
6.根據(jù)權利要求5所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:第一介質基板(I)上直流偏置線所接電感值(9)為0.1-1 μ H。
7.根據(jù)權利要求6所述的低剖面三頻可調天線，其特征在于:第一介質基板(I)和第二介質基板(11)的介電常數(shù)均介于2-10之間。
【文檔編號】H01Q1/38GK103633431SQ201310660781
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】李龍, 李珂, 翟會清, 余世星, 李桐, 巫釗, 李桂紅, 王鑫, 陳曦, 項永華, 吳素云, 張祖存 申請人:西安電子科技大學