本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信
技術領域：
，尤其涉及一種頻率及方向圖可重構縫隙天線。
背景技術：
：近年來，隨著衛(wèi)星導航、衛(wèi)星通信的快速發(fā)展和廣泛應用，天線作為這些系統(tǒng)的前端設備，其性能指標的優(yōu)劣，對于衛(wèi)星通信手持終端和射頻識別讀卡設備的性能起著極其重要的作用。另外，為了便于衛(wèi)星通信終端和射頻識別系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應用，系統(tǒng)的經(jīng)濟成本和體積大小都是至關重要的考慮因素，作為其中重要部件的圓極化天線，在保證較高性能指標的前提下，必須具備成本低廉、結構緊湊和體積小巧的特點。在對天線或陣列天線進行饋電時，需要對饋電網(wǎng)絡進行設計。由于現(xiàn)在的衛(wèi)星通信系統(tǒng)都需要多頻化、寬帶化、小型化。而現(xiàn)有的饋電網(wǎng)絡體積龐大，無法實現(xiàn)頻率及方向圖上課重構，且當大多工作在單一頻點，不利于在多頻或?qū)拵l件下工作。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于提供一種頻率及方向圖可重構縫隙天線，旨在解決現(xiàn)有技術中天線無法在頻率及方向圖上進行可重構的技術問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種頻率及方向圖可重構縫隙天線，本發(fā)明所述頻率及方向圖可重構縫隙天線包括基板、貼合于所述基板上表面的第一金屬板、貼合于所述基板下表面的第二金屬板；所述第一金屬板上刻蝕兩個左右對稱的鐮刀形縫隙，所述兩個左右對稱的鐮刀形縫隙設置于所述第一金屬板水平方向的中間位置，每個鐮刀形縫隙包括一個l型槽及一個水平橫槽，其中，l型槽的長邊水平設置于第一金屬板上，所述水平橫槽的一端與所述l型槽的長邊的末端連接，所述水平橫槽位于所述l型槽的長邊的末端的上方，所述l型槽的短邊內(nèi)還設置一個二極管，所述一個鐮刀形縫隙中的二極管與另外一個鐮刀形縫隙中的二極管連接；所述第二金屬板內(nèi)刻蝕有叉形縫隙且左右對稱，所述叉形縫隙包括一個t型槽、兩個豎槽及兩個二極管，一個豎槽與所述t型槽橫邊的一端通過一個二極管連接，另一個豎槽與所述t型槽橫邊的另一端通過另一個二極管連接。優(yōu)選的，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線為長方體結構，所述第一金屬板及第二金屬板均為銅面且厚度相同，所述第一金屬板及第二金屬板的厚度均為0.5盎司。優(yōu)選的，所述基板為fr4的介質(zhì)基板，所述基板的厚度為1.6厘米且介電常數(shù)優(yōu)選為4.4。優(yōu)選的，所述第一金屬板及第二金屬板的長度均為40mm、所述第一金屬板及第二金屬板的寬度均為30mm、所述第二金屬板的豎槽的高度為9.3mm、所述第二金屬板的t形槽的水平邊的長度為30.4mm、、所述第二金屬板的t型槽的豎直邊的高度為14mm、所述第二金屬板的豎槽的寬度為3.14mm，所述第二金屬板的t型槽的水平邊及豎直邊的寬度為3.14mm、所述鐮刀形縫隙110中水平橫槽的長度為6.7mm，l型槽的長邊的長度為9mm，l型槽的短邊的長度為4mm，l型槽的寬度及水平橫槽的寬度均為1mm、所述鐮刀形縫隙距離所述第一金屬板底邊的距離為17mm，所述鐮刀形縫隙距離所述第一金屬板側(cè)邊的距離為1.5mm。優(yōu)選的，當四個二極管都導通時，所述的頻率及方向圖可重構縫隙天線的工作頻段為4.64-5.36ghz之間。優(yōu)選的，所述當叉形縫隙上的兩個二極管導通，鐮刀形縫隙的兩個二級管斷開時，所述的頻率及方向圖可重構縫隙天線的工作頻段為3.71-4.62ghz。優(yōu)選的，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線的e面的方向圖呈“8”字型，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線的h面方向圖呈全向型。優(yōu)選的，當所述當叉形縫隙上的一個二極管開通且另外一個二極管斷開，兩個鐮刀形縫隙的二級管均斷開時，所述的頻率及方向圖可重構縫隙天線的工作頻段為3.71～4.21ghz。優(yōu)選的，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線的e面的方向圖呈“8”字型，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線的h面的方向圖指向θ＝-90°或θ＝+90°。本發(fā)明采用上述技術方案，帶來的技術效果為：本發(fā)明所述頻率及方向圖可重構縫隙天線可以在保持極化方式不變的情況下，根據(jù)通信要求適時改變天線的頻率和輻射方向圖，減少無線通信系統(tǒng)的空間噪聲，避免電子干擾，提高系統(tǒng)安全性，增加信道容量，在汽車和飛機雷達以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡等諸多方面得到廣泛的應用。附圖說明圖1是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的側(cè)面的結構示意圖；圖2是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的優(yōu)選實施例的上表面示意圖；圖3是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的優(yōu)選實施例的下表面示意圖；圖4是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的透視圖；圖5是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線中四種狀態(tài)的天線發(fā)射系數(shù)的優(yōu)選實施例的示意圖；圖6-1至圖6-4是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的四種狀態(tài)的輻射方向圖的仿真示意圖。本發(fā)明目的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。具體實施方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如下。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。參照圖1至4所示，圖1是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的側(cè)面的結構示意圖；圖2是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的優(yōu)選實施例的上表面示意圖；圖3是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的優(yōu)選實施例的下表面示意圖；圖4是本發(fā)明頻率及方向圖可重構縫隙天線的透視圖。本發(fā)明所述頻率及方向圖可重構縫隙天線1包括基板10、第一金屬板11及第二金屬板12。在本實施例中，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線1為長方體結構，其中，第一金屬板11貼合在所述基板10的上表面，第二金屬板12貼合在所述基板10的下表面。所述第一金屬板11及第二金屬板12均為銅面，且厚度相同。優(yōu)選地，所述第一金屬板11及第二金屬板12的厚度為0.5盎司。在本實施例中，所述基板10為fr4的介質(zhì)基板。所述基板10的厚度優(yōu)選為1.6厘米，介電常數(shù)優(yōu)選為4.4。所述第一金屬板11上刻蝕兩個左右對稱的鐮刀形縫隙110，所述兩個左右對稱的鐮刀形縫隙110設置于所述第一金屬板11水平方向的中間位置，其中，所述鐮刀形縫隙110距離所述第一金屬板11底邊的距離優(yōu)選為17mm，所述鐮刀形縫隙110距離所述第一金屬板11側(cè)邊的距離優(yōu)選為1.5mm。進一步地，所述鐮刀形縫隙110包括一個l型槽及一個水平橫槽，其中，l型槽的長邊水平設置于第一金屬板10上，且所述水平橫槽的一端與所述l型槽的長邊的末端連接，且所述水平橫槽位于所述l型槽的長邊的末端的上方。此外，l型槽的短邊內(nèi)還設置有二極管。所述一個鐮刀形縫隙中的二極管與另外一個鐮刀形縫隙中的二極管連接。如圖2所示，兩個左右對稱的鐮刀形縫隙110分別設置有第一二極管d3及第二二極管d4，其中，第一二極管d3設置于左邊的鐮刀形縫隙110內(nèi)，第二二極管d4設置于右邊的鐮刀形縫隙110內(nèi)，第一二極管d3與第二二極管d4導線連接。所述第一金屬板11的長度為w，高度為l。所述鐮刀形縫隙110的厚度為第一金屬板11的厚度，所述鐮刀形縫隙110中水平橫槽的長度為l1，l型槽的長邊的長度為l3，l型槽的短邊的長度為l4，l型槽的寬度及水平橫槽的寬度均為l2。所述第二金屬板12的長度為w，高度為l。所述第二金屬板12內(nèi)刻蝕有叉形縫隙120。如圖3所示，所述叉形縫隙120包括一個t型槽、兩個豎槽及兩個二極管(分別為第三二極管d1及第四二級管d2)，其中，一個豎槽與所述t型槽橫邊的一端通過一個第三二極管d1連接，另一個豎槽與所述t型槽橫邊的另一端通過一個第四二極管d2連接。所述兩個豎槽的高度均為lfeed，t型槽的水平邊的長度為lstub，t型槽的豎直邊的高度為lf，所述t型槽的豎直邊及水平邊的寬度為wf，所述第二金屬板的豎槽的寬度為也為wf，所述兩個豎槽的寬度均為d。此外，所述叉形縫隙120的厚度均為第二金屬板12的厚度。所述叉形縫隙120在所述第二金屬板12上左右對稱結構。需要說明的是，所述頻率及方向圖可重構縫隙天線1通過控制四個二極管進行狀態(tài)組合，來改變天線諧振縫隙長度，從而實現(xiàn)頻率可重構。具體地說，通過控制二極管，可以控制頻率，也就是說可以調(diào)頻率，一個天線就可以實現(xiàn)多個頻段的調(diào)節(jié)。其中，采用鐮刀形縫隙可以減少e面(即頻率及方向圖可重構縫隙天線的波傳播的方向與電場方向組成的平面)交叉極化(左右對稱，避免方向圖的畸變)，改善天線輻射性能，同時天線實現(xiàn)了小型化(頻率及方向圖可重構縫隙天線上表面開了縫隙，增加電流的有效路徑，電流沿著縫隙走，有利于電流的集中分布，改善了上表面及下表面的電流分布，從而實現(xiàn)小型化)。采用叉形饋電的結構，在叉形饋電結構的水平枝節(jié)和垂直枝節(jié)的連接處加載兩個二極管，控制二極管的不同組合狀態(tài)，天線可以實現(xiàn)方向圖可重構。同時，采用叉形饋電以及對稱的天線結構，天線實現(xiàn)了寬頻操作。在本實施例子中，采用仿真軟件cst對天線各個狀態(tài)進行仿真分析，最后優(yōu)化的參數(shù)為：w＝40mm、l＝30mm、lfeed＝9.3mm、lstub＝30.4mm、lf＝14mm、wf＝3.14mm、l1＝6.7mm、l2＝1mm、l3＝9mm、l4＝4mm及d＝1mm。選取二極管bar50-02v作為射頻開關。二極管的不同組合狀態(tài)如表所示。開關d1d2d3d4狀態(tài)1onononon狀態(tài)2ononoffoff狀態(tài)3offonoffoff狀態(tài)4onoffoffoff圖5給出天線各個狀態(tài)仿真的反射系數(shù)曲線。當四個二極管(如圖1至3中二極管d1，d2，d3及d4)都導通，即state1時，天線工作頻段為4.64-5.36ghz；當d1，d2導通，d3，d4斷開，即state2時，天線工作頻段為3.71-4.62ghz；當d1導通，d2，d3，d4斷開，即state3時，天線工作頻段為3.71～4.21ghz。由于天線的結構對稱，當d2導通，d1，d3，d4斷開，即state4時，天線的工作頻段和state3相同。圖6-1至圖6-4給出天線各個諧振頻率的仿真輻射方向圖。從圖中可以看出，e面的方向圖基本呈“8”字型，h面(波傳播的方向與磁場方向組成的平面)的方向圖隨開關狀態(tài)的改變而發(fā)生改變。當d1，d2導通，即state1和state2時，如圖6-1和6-2所示，h面方向圖基本是全向型，天線在state1和state2兩個狀態(tài)實現(xiàn)了頻率可重構。當d1斷開，d2導通，d3及d4都斷開，即state3時，如圖6-3所示，h面的方向圖指向θ＝-90°。當d1導通，d2斷開，，d3及d4都斷開，即state4時，如圖6-4所示，h面的方向圖指向θ＝+90°。由此可見，天線在state2，state3和state4(工作頻段3.7-4.2ghz)三個狀態(tài)實現(xiàn)了方向圖可重構。需要說明的是，本發(fā)明中的頻率及方向圖可重構縫隙天線省略了連接外界控制設備的導線，及對第一二極管、第二二極管、第三二極管及第四二極管進行控制的控制設備。在本實施例中，所述控制設備可以是，但不限于，電子開關或者微控制器等其它任意能夠控制二極管的開合及閉合的裝置。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或之間或間接運用在其他相關的
技術領域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。當前第1頁12