一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線，包括天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電線、FR4介質(zhì)基板、對(duì)稱梯形地板，以及第一、二、三、四和第五光控硅開關(guān)，所述天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電線、對(duì)稱梯形地板和第一、二、三、四、五光控桂開關(guān)都位于FR4介質(zhì)基板的同一側(cè)，所述共面波導(dǎo)饋電線位于對(duì)稱梯形地板的中間位置，所述天線輻射單元包括U形單極子天線，所述U形單極子天線與所述共面波導(dǎo)饋電線連接，所述U形貼片單極子內(nèi)設(shè)有彎曲對(duì)稱槽，彎曲對(duì)稱槽的形狀關(guān)于所述共面波導(dǎo)饋線對(duì)稱。本發(fā)明具有尺寸小、全向性好、寬頻帶和開關(guān)電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，適用于認(rèn)知無(wú)線電領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線電領(lǐng)域，具體涉及一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天 線。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，頻譜需求量快速增長(zhǎng)，頻譜資源顯得越來(lái)越缺乏，已成 為制約無(wú)線通信發(fā)展的瓶頸之一。認(rèn)知無(wú)線電是一個(gè)智能的無(wú)線通信系統(tǒng)，能自動(dòng)感知周 圍的無(wú)線環(huán)境，實(shí)時(shí)調(diào)整內(nèi)部無(wú)線電參數(shù)（如功率、頻率、調(diào)制和編碼方案等），以適應(yīng)外部 無(wú)線環(huán)境的變化，并保證在不對(duì)授權(quán)用戶造成干擾的情況下，利用空閑頻譜資源進(jìn)行通信。 對(duì)應(yīng)于射頻終端，可重構(gòu)超寬帶陷波天線可以應(yīng)用到認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中，在頻譜感知的時(shí) 候如果發(fā)現(xiàn)很寬的頻帶都沒(méi)有被授權(quán)用戶使用，此時(shí)系統(tǒng)就可以使用寬帶天線直接工作； 當(dāng)發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)頻帶被授權(quán)用戶使用，則可以使用陷波功能使認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)不在這個(gè)頻 帶內(nèi)工作，避免了對(duì)現(xiàn)存無(wú)線通信系統(tǒng)造成千擾，因此可重構(gòu)超寬帶陷波天線屬于認(rèn)知無(wú) 線電天線的一種。
[0003] 現(xiàn)在大多數(shù)可重構(gòu)超寬帶陷波天線采用電學(xué)開關(guān)，它會(huì)對(duì)天線的電磁輻射性能造 成影響；有些采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，則會(huì)增加天線后期制作的難度并且不利于小型化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,本發(fā)明提供一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬 帶陷波天線。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線，包括FR4介質(zhì)基板、天線輻射 單元、對(duì)稱梯形地板、共面波導(dǎo)饋電線及彎曲對(duì)稱槽，上述各個(gè)部分均位于所述FR4介質(zhì)基 板的同一側(cè)，所述天線輻射單元包括U形單極子天線，所述U形單極子天線與共面波導(dǎo)饋電 線連接，所述共面波導(dǎo)饋電線位于對(duì)稱梯形地板的中間位置，所述彎曲對(duì)稱槽位于U形單 極子天線的內(nèi)部，所述彎曲對(duì)稱槽、U形單極子天線與對(duì)稱梯形地板關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì) 稱。
[0007]所述彎曲對(duì)稱槽包括第一段矩形槽、兩個(gè)第二段矩形槽、兩個(gè)第三段矩形槽、兩個(gè) 第四段矩形槽及兩個(gè)第五段矩形槽，所述第一、第二、第三、第四及第五段矩形槽依次連接， 所述兩個(gè)第二段、第三段、第四段及第五段矩形槽關(guān)于第一段矩形槽對(duì)稱，所述第一段矩形 槽安裝在U形單極子天線的底部，所述第一、第二、第三、第四及第五段矩形槽的寬度相等， 其長(zhǎng)度總和等于自由空間頻率2. 9GHz的四分之一個(gè)波長(zhǎng)。
[0008]所述第一、第二、第三、第四及第五段矩形槽的寬度為imm，所述第一段矩形槽的長(zhǎng) 度為3. 8mm，第二段矩形槽的長(zhǎng)度& :^圓，第三段矩形槽的長(zhǎng)度5. 4咖，第四段矩形槽的長(zhǎng) 度3醒，第五段矩形槽的長(zhǎng)度7咖1。
[0009]還包括光控娃開關(guān)，具體為5個(gè)，分別為第一、第二、第三、第四及第五光控硅開 關(guān)，所述第一光控硅開關(guān)及第二光控硅開關(guān)關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第四段矩形 槽的中間位置，第三光控硅開關(guān)及第四光控硅開關(guān)關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第二 段矩形槽與第三段矩形槽的連接處，所述第五光控硅開關(guān)安裝在第一段矩形槽的中間位 置。
[0010] 所述U形單極子天線由矩形貼片及橢圓形貼片構(gòu)成。
[0011] 所述橢圓形貼片長(zhǎng)軸2倍是20mm，短軸長(zhǎng)度的2倍是17mm，所述矩形貼片長(zhǎng)為 20ram，寬為 5mm。
[0012] 所述第一、第二、第三、第四及第五光控硅開關(guān)具體為具有內(nèi)光電效應(yīng)的半導(dǎo)體 硅，尺寸為1X1X0. 4mm3。
[0013] 利用激光控制光控硅開關(guān)的通斷兩種狀態(tài)，形成不同的電流輻射路徑，進(jìn)而會(huì)有 不同的頻率重構(gòu)頻段。
[0014] 當(dāng)所述第五光控硅開關(guān)短路，第一、二、三和四光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線表現(xiàn)為超 寬帶單極子天線，工作頻率為2. 1-12GHZ，記為Casel ;
[0015] 當(dāng)所述五個(gè)光控硅開關(guān)都開路時(shí)，天線具有陷波功能，陷波的頻率為2. 2-2. 9GHz， 覆蓋了 WLAN 的 2. 4-2. 483GHz，記為 Case2 ;
[0016] 當(dāng)所述第一和二光控硅開關(guān)短路，第三、四和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為3. 2-4. 7GHz,覆蓋了 WiMAX 3. 3-3. 6GHz應(yīng)用頻段，記為Case3 ;
[0017] 當(dāng)所述第一和四光控硅開關(guān)短路，第二、三和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為4. 8-6. 6GHz，覆蓋了 WLAN 5. 15-5. 35和5. 725-5. 825GHz應(yīng)用頻段，記為 Case4 ；
[0018] 當(dāng)所述第三和四光控硅開關(guān)短路，第一、二和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為7. 5-8. 7GHz，覆蓋了 ITU-8GHZ應(yīng)用頻段，記為Case5。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明提供一種小尺寸和簡(jiǎn)單的用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線。
[0021] 使用一個(gè)U形單極子寬帶天線提供對(duì)2. 1-12GHz內(nèi)頻段的全頻覆蓋，一個(gè)彎曲的 對(duì)稱槽實(shí)現(xiàn)陷波功能，利用五個(gè)光控硅開關(guān)的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)彎曲對(duì)稱槽的電流路徑的控制， 從而實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的特性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2是圖1的參數(shù)示意圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明的電壓駐波比圖；
[0025] 圖4 (a)是本發(fā)明實(shí)施例Casel在頻率為5GHz的方向圖；
[0026] 圖4 (b)是本發(fā)明實(shí)施例Case2在頻率為5GHz的方向圖；
[0027] 圖4 (c)是本發(fā)明實(shí)施例Case3在頻率為5GHz的方向圖；
[0028] 圖5 (a)是本發(fā)明實(shí)施例Case4在頻率為7GHz的方向圖；
[0029] 圖5(b)是本發(fā)明實(shí)施例Case5在頻率為7GHz的方向圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
[0031] 實(shí)施例
[0032] 如圖1、圖2所示，一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線，包括FR4介質(zhì) 基板1、天線輻射單元、對(duì)稱梯形地板3A-3B、共面波導(dǎo)饋電線4及彎曲對(duì)稱槽5、還有第一、 第二、第三、第四及第五光控硅開關(guān)6A-6E，上述各個(gè)部分均位于所述FR4介質(zhì)基板1的同 一側(cè)，所述天線輻射單元包括U形單極子天線2,所述U形單極子天線2與共面波導(dǎo)饋電線 4連接，所述共面波導(dǎo)饋電線4位于對(duì)稱梯形地板的中間位置，所述彎曲對(duì)稱槽5位于U形 單極子天線的內(nèi)部，所述彎曲對(duì)稱槽5、U形單極子天線2與對(duì)稱梯形地板關(guān)于共面波導(dǎo)饋 電線4對(duì)稱。
[0033] 所述FR4介質(zhì)基板1的長(zhǎng)度是L = 25mm，寬度W = 25mm，厚度是〇· 8mm,相對(duì)介電 常數(shù)是4. 4,損耗角正切是0. 02。
[0034] 所述U形單極子天線2由矩形貼片及橢圓形貼片構(gòu)成，具體是將矩形貼片放在 橢圓形貼片的上半部分疊加構(gòu)成，所述橢圓形貼片長(zhǎng)軸的2倍是W4 = 20ram，短軸的2倍 是L4 = 17mra，長(zhǎng)方形貼片的長(zhǎng)度是W4 = 20mm，寬度L3 = 5mm。U形超寬帶天線能工作在 2. 1-11GHz，能在一個(gè)很寬的頻率范圍通信并且方向性在水平面為全向。
[0035] 所述對(duì)稱梯形地板是用來(lái)提高天線的阻抗匹配，寬度為Wg = 11. 5mm，W3 = 4. 05mm，高度LI = 2mm，Lg = 6mra，中間開有縫隙。
[0036] 所述共面波導(dǎo)饋電線位于所述FR4介質(zhì)基板的中間，用來(lái)提高天線的阻抗匹配， 寬度是Wl = 1. 5mm與所述U形單極子天線2相連，具體位置位于對(duì)稱梯形地板的中間縫隙， 并與對(duì)稱梯形地板的縫隙間隔gl二0. 25mm。所述U形單極子天線2和對(duì)稱梯形地板3都 是關(guān)于所述共面波導(dǎo)饋線4對(duì)稱。
[0037] 所述彎曲對(duì)稱槽位于U形單極子天線內(nèi)部，并關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，包括第 一段矩形槽、兩個(gè)第二段矩形槽、兩個(gè)第三段矩形槽、兩個(gè)第四段矩形槽及兩個(gè)第五段矩形 槽，兩個(gè)第二段矩形槽分別位于第一段矩形槽的兩端，所述第一、第二、第三、第四及第五段 矩形槽依次連接，所述兩個(gè)第二段、第三段、第四段及第五段矩形槽關(guān)于第一段矩形槽對(duì) 稱，所述第一段矩形槽安裝在U形單極子天線的底部，關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，矩形槽的 寬度相等，均為g = 1_，所述第一段矩形槽的長(zhǎng)度SI = 3. 8_，第二段矩形槽的長(zhǎng)度S2 = 6. 32mm，第三段矩形槽的長(zhǎng)度S3 = 5. 4mm，第四段矩形槽的長(zhǎng)度S4 = 3mm，第五段矩形槽的 長(zhǎng)度S5 = 7mm。第一、第二、第三、第三、第四及第五段矩形槽的長(zhǎng)度總和等于自由空間頻率 2.9GHz的四分之一個(gè)波長(zhǎng)。
[0038]天線的性能主要是由矩形槽的長(zhǎng)度確定，本實(shí)施例中第二段分別與第一段及第三 段矩形槽不是直角連接，其他矩形槽為直角連接。
[0039] 本發(fā)明還包括光控硅開關(guān)，具體為5個(gè)，分別為第一光控硅開關(guān)6A、第二光控硅開 關(guān)6B、第三光控硅開關(guān)6C、第四光控硅開關(guān)6D及第五光控硅開關(guān)6E，所述第一光控硅開關(guān) 6A及第二光控硅開關(guān)6B關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第四段矩形槽的中間位置，第三 光控硅開關(guān)6C及第四光控硅開關(guān)6D關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第二段矩形槽與第 三段矩形槽的連接處，所述第五光控硅開關(guān)安裝在第一段矩形槽的中間位置。
[0040]所述五個(gè)光控硅開關(guān)是有高電阻率的硅片組成，具有內(nèi)光電效應(yīng)，位置關(guān)于共面 波導(dǎo)饋線對(duì)稱，所述五個(gè)光控開關(guān)的五種組合導(dǎo)致彎曲對(duì)稱槽5的有效電流的長(zhǎng)度不同， 對(duì)應(yīng)著不同的陷波頻率。所述第一、第二、第三及第四光控硅開關(guān)具有電磁透明的特點(diǎn)不會(huì) 對(duì)所述天線輻射單元造成影響，根據(jù)內(nèi)光電效應(yīng)，當(dāng)入射光子的能量大于半導(dǎo)體硅的能量 帶隙時(shí)，硅原子中的電子就會(huì)從禁帶躍遷到價(jià)帶，表現(xiàn)為從絕緣體成為導(dǎo)體，利用激光控制 硅開關(guān)的通斷兩種狀態(tài)，形成不同的電流輻射路徑，進(jìn)而會(huì)有不同的頻率重構(gòu)頻段。
[0041] 所述第一、二、三、四和五光控硅開關(guān)的尺寸都是1X 1X 〇· 4mm3,通過(guò)使用808nm波 長(zhǎng)的激光對(duì)所述光控硅開關(guān)是否進(jìn)行照射來(lái)控制開關(guān)進(jìn)的通斷，這種光控方式具有電磁透 明的特點(diǎn)能有效的減少對(duì)天線輻射影響。當(dāng)有激光照射時(shí)，開關(guān)表現(xiàn)為"短路"，當(dāng)沒(méi)有激光 照射時(shí)，開關(guān)表現(xiàn)為"開路"。
[0042] 當(dāng)所述第五光控硅開關(guān)短路，第一、二、三和四光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線表現(xiàn)為超 寬帶單極子天線，工作頻率為2. 1-12GHZ，記為Casel ;
[0043] 如圖3所示，當(dāng)所述五個(gè)光控硅開關(guān)都開路時(shí)，天線具有陷波功能，陷波的頻率為 2. 2-2. 9GHz，覆蓋了 WLAN 的 2. 4-2. 483GHz，記為 Case2 ;
[0044] 當(dāng)所述第一和二光控硅開關(guān)短路，第三、四和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為3. 2-4. 7GHz，覆蓋了 WiMAX 3. 3-3. 6GHz應(yīng)用頻段，記為Case3 ;
[0045] 當(dāng)所述第一和四光控硅開關(guān)短路，第二、三和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為4. 8-6. 6GHz，覆蓋了 WLAN 5. 15-5. 35和5. 725-5. 825GHz應(yīng)用頻段，記為 Case4 ；
[0046] 當(dāng)所述第三和四光控硅開關(guān)短路，第一、二和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波 功能，陷波頻率為7. 5-8. 7GHz，覆蓋了 ITU-8GHz應(yīng)用頻段，記為Case5。
[0047] 如圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)和如圖5(a)、圖5(b)所示，天線在所述Casel-C ase5 方向圖，天線在水平面Χ0Ζ呈現(xiàn)很好的全向性。
[0048]該天線具有小型化的特點(diǎn)，并且采用光控硅開關(guān)能減小對(duì)天線輻射的影響，陷波 頻段覆蓋了大部分的常見(jiàn)無(wú)線通信，能有效地減少與其他無(wú)線通信的影響，所以適用于認(rèn) 知無(wú)線電系統(tǒng)。 t〇〇49] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于認(rèn)知無(wú)線電光控可重構(gòu)超寬帶陷波天線，其特征在于，包括FR4介質(zhì)基板、 天線輻射單元、對(duì)稱梯形地板、共面波導(dǎo)饋電線及彎曲對(duì)稱槽，上述各個(gè)部分均位于所述 FR4介質(zhì)基板的同一側(cè)，所述天線輻射單元包括U形單極子天線，所述U形單極子天線與共 面波導(dǎo)饋電線連接，所述共面波導(dǎo)饋電線位于對(duì)稱梯形地板的中間位置，所述彎曲對(duì)稱槽 位于U形單極子天線的內(nèi)部，所述彎曲對(duì)稱槽、U形單極子天線與對(duì)稱梯形地板關(guān)于共面波 導(dǎo)饋電線對(duì)稱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陷波天線，其特征在于，所述彎曲對(duì)稱槽包括第一段矩形槽、 兩個(gè)第二段矩形槽、兩個(gè)第三段矩形槽、兩個(gè)第四段矩形槽及兩個(gè)第五段矩形槽，所述第 一、第二、第三、第四及第五段矩形槽依次連接，所述兩個(gè)第二段、第三段、第四段及第五段 矩形槽關(guān)于第一段矩形槽對(duì)稱，所述第一段矩形槽安裝在U形單極子天線的底部，所述第 一、第二、第三、第四及第五段矩形槽的寬度相等，其長(zhǎng)度總和等于自由空間頻率2. 9GHz的 四分之一個(gè)波長(zhǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陷波天線，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四及第五段 矩形槽的寬度為1mm，所述第一段矩形槽的長(zhǎng)度為3. Smm，第二段矩形槽的長(zhǎng)度6. 32mm，第 三段矩形槽的長(zhǎng)度5. 4mm，第四段矩形槽的長(zhǎng)度3mm，第五段矩形槽的長(zhǎng)度7mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的陷波天線，其特征在于，還包括光控硅開關(guān)，具體為 5個(gè)，分別為第一、第二、第三、第四及第五光控硅開關(guān)，所述第一光控硅開關(guān)及第二光控硅 開關(guān)關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第四段矩形槽的中間位置，第三光控硅開關(guān)及第四 光控硅開關(guān)關(guān)于共面波導(dǎo)饋電線對(duì)稱，安裝在第二段矩形槽與第三段矩形槽的連接處，所 述第五光控硅開關(guān)安裝在第一段矩形槽的中間位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陷波天線，其特征在于，所述U形單極子天線由矩形貼片及橢 圓形貼片構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的陷波天線，其特征在于，所述橢圓形貼片長(zhǎng)軸2倍是20mni，短 軸長(zhǎng)度的2倍是17mm，所述矩形貼片長(zhǎng)為20mm,寬為5mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陷波天線，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四及第五光 控硅開關(guān)具體為具有內(nèi)光電效應(yīng)的半導(dǎo)體硅，尺寸為IX 1X0. 4mm3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，利用激光控制光控硅開關(guān)的通斷兩種狀 態(tài)，形成不同的電流輻射路徑，進(jìn)而會(huì)有不同的頻率重構(gòu)頻段。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，當(dāng)所述第五光控硅開關(guān)短路，第一、二、三 和四光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線表現(xiàn)為超寬帶單極子天線，工作頻率為2. 1-12GHZ ; 當(dāng)所述五個(gè)光控硅開關(guān)都開路時(shí)，天線具有陷波功能，陷波的頻率為2. 2-2. 9GHz，覆蓋 了 WLAN 的 2· 4-2· 483GHz ; 當(dāng)所述第一和二光控硅開關(guān)短路，第三、四和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波功 能，陷波頻率為3· 2-4. 7GHz,覆蓋了 WiMAX 3. 3-3. 6GHz應(yīng)用頻段； 當(dāng)所述第一和四光控硅開關(guān)短路，第二、三和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波功 能，陷波頻率為 4. 8_6. 6GHz，覆蓋了 WLAN 5. 15-5. 35 和 5. 725-5. 825GHz 應(yīng)用頻段； 當(dāng)所述第三和四光控硅開關(guān)短路，第一、二和五光控硅開關(guān)開路時(shí)，天線具有陷波功 能，陷波頻率為7· 5-8. 7GHz，覆蓋了 ITU-8GHZ應(yīng)用頻段。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK104218316SQ201410424582
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】劉雄英, 鄭守慧, 劉輝 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)