本發(fā)明涉及天線，特別涉及一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、信息技術(shù)的飛速進(jìn)步催生了無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展。無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)于天線的要求變得愈發(fā)苛刻，所配備的天線需要具備高速率、寬頻帶和強(qiáng)大的抗干擾性能。在過去幾十年的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用中，這些技術(shù)要求對(duì)于通信鏈路質(zhì)量提升的作用得到了充分驗(yàn)證。作為整個(gè)系統(tǒng)性能的直接影響因素，天線的工作性能備受關(guān)注。近年來(lái)，多線極化可重構(gòu)天線在極化調(diào)制和抗多徑衰減方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)而受到了廣泛的關(guān)注。

2、從已發(fā)表的文獻(xiàn)和已公開的專利來(lái)看，已實(shí)現(xiàn)的多極化可重構(gòu)天線主要存在線極化數(shù)目不足(小于等于4個(gè))及工作頻帶較窄(小于等于20％)的兩個(gè)問題，例如：

3、yang?yang等人在文獻(xiàn)“a?novel?boresight?and?conical?patternreconfigurable?antenna?with?the?diversity?of?360°polarization?scanning”中設(shè)計(jì)了一種極化及方向圖可重構(gòu)的天線單元，可工作在8個(gè)不同極化狀態(tài)，但工作頻率僅為2.5％。

4、中國(guó)發(fā)明專利(cn108963449a)提出了一種集成人工磁導(dǎo)體的多線極化可重構(gòu)天線及其設(shè)計(jì)方法，雖然實(shí)現(xiàn)了多線極化特性，但每種極化狀態(tài)下的工作帶寬僅為20％，帶寬相對(duì)較窄，無(wú)法滿足多頻帶多功能的應(yīng)用需求。

5、中國(guó)發(fā)明專利(cn106229668a)提出了一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線，通過兩組交叉分布的振子實(shí)現(xiàn)了4種極化狀態(tài)的切換，但其饋電網(wǎng)絡(luò)部分為威爾金森功分器，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且線極化數(shù)目不足以適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境。

6、中國(guó)發(fā)明專利(cn114243279b)提出了一種雙層金屬片加載的寬帶多線極化可重構(gòu)天線，通過加載雙層的金屬片實(shí)現(xiàn)了較寬的帶寬，但其剖面高度較高，無(wú)法適用大多數(shù)低剖面的工作要求。

7、綜上所述，設(shè)計(jì)具有寬帶性能的多線極化可重構(gòu)天線具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

2、一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于，包括，上層饋電片、上層輻射貼片、上層直流偏置電路、下層饋電片、下層輻射貼片、介質(zhì)基板、直流金屬柱、金屬地板、地板基板、上層pin二極管、下層pin二極管、同軸饋線、底層直流偏置電路。所述交疊耦合的寬帶線極化可重構(gòu)天線的輻射貼片形狀為削去一部分的橢圓形，在橢圓形貼片尾部開有縫隙以增強(qiáng)帶寬。所述上層輻射貼片與下層輻射貼片在豎直空間中有較大面積的交疊部分。所述地板基板為兩層結(jié)構(gòu)，用于對(duì)同軸饋線內(nèi)外金屬層同時(shí)接入直流信號(hào)。所述上層輻射貼片與下層輻射貼片分別有七組，均勻分布在中心饋電貼片的周圍。所述上層輻射貼片與上層饋電片之間由上層pin二極管相連接，上層輻射貼片尾部通過上層直流偏置電路與直流金屬柱相連。所述下層輻射貼片與下層饋電片之間由下層pin二極管相連接，下層輻射貼片尾部通過上層直流偏置電路與直流金屬柱相連。所述地板基板為兩層結(jié)構(gòu)，地板上蝕刻有寬帶的底層直流偏置電路，用于對(duì)同軸饋線內(nèi)外金屬層同時(shí)接入直流dc信號(hào)。

3、優(yōu)選的，所述交疊耦合的寬帶極化可重構(gòu)天線采用同時(shí)選通兩組相鄰的上層輻射貼片與下層輻射貼片工作，其余上層輻射貼片與下層輻射貼片作為耦合結(jié)構(gòu)工作，以此產(chǎn)生多個(gè)諧振點(diǎn)以拓展帶寬。

4、優(yōu)選的，所述中心饋電片的形狀為七邊形，分別位于介質(zhì)基板的上下層中心。

5、優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板、地板介質(zhì)基板、金屬地板、直流金屬柱均為圓形或圓柱形；上層輻射貼片、下層輻射貼片、上層饋電片、下層饋電片、上層直流偏置電路均為七組形狀與大小相同、pin二極管型號(hào)與封裝相同的結(jié)構(gòu)，且都沿著介質(zhì)基板中心均勻旋轉(zhuǎn)排布，所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線具有完全的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布。

6、優(yōu)選的，所述同軸饋線處于天線中心位置，同軸線外導(dǎo)體與下層饋電片相連，內(nèi)導(dǎo)體與上層饋電片相連，實(shí)現(xiàn)差分饋電。

7、優(yōu)選的，所述介質(zhì)地板為兩層結(jié)構(gòu)，同軸饋線饋入的信號(hào)為射頻rf信號(hào)與接地的直流dc信號(hào)的疊加。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

9、1.本天線通過交疊耦合的偶極子設(shè)計(jì)，采用同時(shí)選通兩組相鄰的上層輻射貼片與下層輻射貼片工作，其余上層輻射貼片與下層輻射貼片作為耦合結(jié)構(gòu)工作的策略，通過激勵(lì)起多個(gè)諧振模式，使得該天線在取得多極化可重構(gòu)功能的同時(shí)具備寬帶特性。

10、2.本天線通過特殊的橢圓形偶極子形狀設(shè)計(jì)并在尾端有開縫處理，對(duì)天線的輻射阻抗進(jìn)行了較好的調(diào)控，在寬帶范圍內(nèi)提升了天線的阻抗匹配。

11、3.本天線的地板經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，能在不利用外接偏置器件的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)同軸線內(nèi)外導(dǎo)體同時(shí)饋入直流dc信號(hào)。

技術(shù)特征：

1.一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于，包括，上層饋電片(1)、上層輻射貼片(2)、上層直流偏置電路(3)、下層饋電片(4)、下層輻射貼片(5)、介質(zhì)基板(6)、直流金屬柱(7)、金屬地板(8)、地板基板(9)、上層pin二極管(10)、下層pin二極管(11)、同軸饋線(12)、底層直流偏置電路(13)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于：所述上層饋電片(1)及下層饋電片(4)的形狀為七邊形，分別位于介質(zhì)基板(6)的上下層中心。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于：所述介質(zhì)基板(6)、直流金屬柱(7)、金屬地板(8)、地板介質(zhì)基板(9)均為圓形或圓柱形；上層饋電片(1)、上層輻射貼片(2)、上層直流偏置電路(3)、下層饋電片(4)、下層輻射貼片(5)均為七組形狀與大小相同的結(jié)構(gòu)；上層pin二極管(10)及下層pin二極管(11)為型號(hào)與封裝相同的結(jié)構(gòu)，且都沿著介質(zhì)基板(6)中心均勻旋轉(zhuǎn)排布，所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線具有完全的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布特征。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于：所述同軸饋線(12)處于天線中心位置，同軸線外導(dǎo)體與下層饋電片相連，內(nèi)導(dǎo)體與上層饋電片相連，實(shí)現(xiàn)差分饋電。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，其特征在于：所述地板基板(9)為兩層結(jié)構(gòu)，同軸饋線(12)饋入的信號(hào)為射頻rf信號(hào)與處理后的接地的直流dc信號(hào)的疊加。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種通過交疊耦合激勵(lì)多個(gè)諧振模式的寬帶極化可重構(gòu)天線，包括上層輻射貼片、介質(zhì)基板、上層直流偏置電路、下層輻射貼片、金屬地板、地板基板、直流金屬柱、同軸饋線、雙層金屬饋電片。上下層輻射貼片為7組相同的橢圓形，均勻分布于上下層饋電貼片的外圍。上層輻射貼片與下層輻射貼片在豎直空間中有較大面積的交疊部分。通過控制PIN的通斷，每次選通相鄰的2組上層輻射貼片及下層輻射貼片工作，設(shè)計(jì)的天線能工作在7個(gè)不同角度的線極化狀態(tài)。通過特殊的偶極子形狀設(shè)計(jì)及開縫處理，并且采用交疊耦合的方式工作，該天線形成了多個(gè)諧振模式，極大地拓展了工作帶寬。該天線具有線極化數(shù)目多、工作頻帶寬等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉顏回,郭攀,任潛,梁世辰,聶在平,楊仕文,胡俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19