一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展，天線(xiàn)作為其中的關(guān)鍵部件，需要能適應(yīng)多變的環(huán) 境W及更小的設(shè)計(jì)空間。為了提高信息容量和天線(xiàn)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)度，就需要對(duì)其進(jìn)行可重 構(gòu)的設(shè)計(jì)?？删幊烫炀€(xiàn)是可重構(gòu)天線(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)方法，首先要在單一天線(xiàn)上構(gòu)造盡可能多 的工作模式，其次，每種工作模式可W通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行 編程控制就能夠?qū)崿F(xiàn)在多種工作模式之間的靈活切換。與通常的可重構(gòu)天線(xiàn)相比，可編程 天線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)的工作模式多W及可W簡(jiǎn)單迅速地進(jìn)行切換。
[0003] 可編程技術(shù)在微波器件的應(yīng)用由來(lái)已久，包括增益可編程的放大器、頻率可編程 的振蕩源、可編程濾波器W及可編程的數(shù)字移相器等等，但是在天線(xiàn)領(lǐng)域可編程技術(shù)的應(yīng) 用范圍還不甚廣泛。對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行可重構(gòu)設(shè)計(jì)一般分為對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可重構(gòu)和對(duì)天線(xiàn)結(jié)構(gòu) 進(jìn)行可重構(gòu)兩種方法。對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)可W通過(guò)改變不同端口的饋電相位來(lái)使天線(xiàn)工作 在不同的極化特性下，但是由于天線(xiàn)的工作頻率一般主要由其結(jié)構(gòu)的諧振長(zhǎng)度決定，因此 該種方法很難同時(shí)對(duì)天線(xiàn)的工作頻率進(jìn)行可重構(gòu)。對(duì)天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可重構(gòu)可W改變其工 作頻率和極化，但是對(duì)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的破壞會(huì)伴隨性能的惡化，同時(shí)不同模式之間的影響不可 避免，因此該種方法可W實(shí)現(xiàn)的模式選擇數(shù)量比較受限。已有的可編程天線(xiàn)除了對(duì)單個(gè)單 元進(jìn)行控制的陣列天線(xiàn)W外，就是對(duì)反射面相位進(jìn)行編程控制的反射陣天線(xiàn)，然而該兩種 實(shí)現(xiàn)方法都具有較大的體積、復(fù)雜的饋電W及數(shù)量龐大的開(kāi)關(guān)。因此，本發(fā)明致力于實(shí)現(xiàn)一 種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模式多樣、易于控制的可重構(gòu)貼片天線(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，解決了現(xiàn)有可編程天線(xiàn) 體積大、饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、工作模式有限的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括從上向下依次設(shè)置的第一金屬覆蓋層，介質(zhì)層、 第二金屬覆蓋層、第一金屬化通孔、第二金屬化通孔、第=金屬化通孔、第四金屬化通孔；
[0006] 所述第一金屬覆蓋層包括饋電線(xiàn)和福射貼片，饋電線(xiàn)包括能與外部饋電端口相連 的微帶線(xiàn)，微帶線(xiàn)通過(guò)高阻線(xiàn)連接福射貼片的一邊；福射貼片為正方形的金屬貼片，在靠近 福射貼片另一邊即福射邊的位置蝕刻有一個(gè)縫隙，縫隙與福射邊平行；
[0007] 第一金屬化通孔、第二金屬化通孔、第=金屬化通孔、第四金屬化通孔位于縫隙彎 折部分的兩側(cè)、兩端分別連接第一金屬覆蓋層和第二金屬覆蓋層，在第一金屬化通孔、第二 金屬化通孔、第=金屬化通孔、第四金屬化通孔上分別設(shè)有開(kāi)關(guān)，當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一 金屬覆蓋層通過(guò)該個(gè)開(kāi)關(guān)所控制的金屬化通孔與第二金屬覆蓋層相連。
[000引進(jìn)一步，所述縫隙的中間部分呈首尾相接的U形，且U形邊垂直于福射邊。
[0009] 進(jìn)一步，所述介質(zhì)層與第二金屬覆蓋層為面積相同的正方形，其面積大于第一金 屬覆蓋層。
[0010] 進(jìn)一步，所述開(kāi)關(guān)為PIN二極管開(kāi)關(guān)、MEMS開(kāi)關(guān)或者機(jī)械式金屬連接型開(kāi)關(guān)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是提供了饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、工作模式多樣的可編程 天線(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的第一金屬覆蓋層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是實(shí)施例的縫隙和開(kāi)關(guān)示意圖。
[0015] 圖中，1.第一金屬覆蓋層，2.介質(zhì)層，3.第二金屬覆蓋層，41.第一金屬化通孔， 42.第二金屬化通孔，43.第S金屬化通孔，44.第四金屬化通孔，5.微帶線(xiàn)，6.高阻線(xiàn)， 7.縫隙。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 本發(fā)明天線(xiàn)如圖1所示，包括從上向下依次設(shè)置的第一金屬覆蓋層1，介質(zhì)層2、第 二金屬覆蓋層3、第一金屬化通孔41、第二金屬化通孔42、第=金屬化通孔43、第四金屬化 通孔44;第一金屬覆蓋層1包括饋電線(xiàn)和福射貼片，饋電線(xiàn)包括能與外部饋電端口相連的 50Q的微帶線(xiàn)5,微帶線(xiàn)5通過(guò)高阻線(xiàn)6連接福射貼片的一邊；福射貼片為正方形的金屬貼 片，在靠近福射貼片另一邊即福射邊的位置蝕刻有一個(gè)縫隙7,縫隙7與福射邊平行，縫隙7 的中間部分彎折，最好呈首尾相接的U形，且U形邊垂直于福射邊；第一金屬化通孔41、第 二金屬化通孔42、第=金屬化通孔43、第四金屬化通孔44位于縫隙7彎折部分的兩側(cè)、兩 端分別連接第一金屬覆蓋層1和第二金屬覆蓋層3,在第一金屬化通孔41、第二金屬化通孔 42、第=金屬化通孔43、第四金屬化通孔44上分別設(shè)有開(kāi)關(guān)，當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一金屬 覆蓋層1通過(guò)該個(gè)開(kāi)關(guān)所控制的金屬化通孔與第二金屬覆蓋層3相連；其中，開(kāi)關(guān)優(yōu)選PIN 二極管開(kāi)關(guān)。介質(zhì)層2與第二金屬覆蓋層3為面積相同的正方形，其面積大于第一金屬覆 蓋層1。高阻線(xiàn)6能設(shè)置為不同長(zhǎng)度和寬度。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)方案的原理是：改變上述高阻線(xiàn)6的長(zhǎng)度和寬度可W匹配到不同的 輸入阻抗，同時(shí)加載開(kāi)關(guān)可W對(duì)阻抗匹配進(jìn)行改善，所W可W將高頻匹配到最佳，使低頻的 失配用開(kāi)關(guān)來(lái)改善。上述彎折縫隙7的位置靠近貼片的福射邊，對(duì)于TMi。。模，貼片的福射邊 為電流零點(diǎn)，縫隙7的影響很??；對(duì)于TMw。模，縫隙7所處位置的電流較大，又與諧振電流 的方向垂直，從而對(duì)電流的干擾比較大。當(dāng)縫隙7的長(zhǎng)度和位置比較合適時(shí)，使得其中一個(gè) 半波長(zhǎng)諧振區(qū)域縮小，同時(shí)由于電流在縫隙7周?chē)@行，產(chǎn)生的遠(yuǎn)場(chǎng)福射抵消，TM2。。模的兩 個(gè)波束W及中間的零點(diǎn)消失，變成一個(gè)類(lèi)似于TMi。。模的波束。如果把縫隙7及周?chē)馁N片 看作兩個(gè)U型支節(jié)對(duì)接在一起，在TM2。。模式下可W看作電流在一個(gè)支節(jié)上諧振。對(duì)于TM1。。 模也可W把該一區(qū)域看作U型支節(jié)，只不過(guò)沒(méi)有諧振。而縫隙在中間的彎折相當(dāng)于把U型 支節(jié)上的電流路徑加長(zhǎng)了，有助于略微降低工作頻率。
[0019] 當(dāng)四個(gè)開(kāi)關(guān)中Si、Ss和S4都斷開(kāi)，S2閉合時(shí)，對(duì)于TMi。。模，右邊支節(jié)靠近貼片內(nèi)部 的一端通過(guò)開(kāi)關(guān)接地，相當(dāng)于在支節(jié)的末端加載了一段電感，從而改變了表面電流的相位， 形成了圓極化；對(duì)于TMw。模，開(kāi)關(guān)同樣相當(dāng)于電感接地，但是由于受到貼片下半部分諧振 電流的影響，此時(shí)的電感是一個(gè)負(fù)電感，相當(dāng)于縮短了諧振長(zhǎng)度。因此相比于四個(gè)開(kāi)關(guān)全部 斷開(kāi)的情況，此時(shí)的高頻向上移動(dòng)了一些。當(dāng)把導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)從S2變成Si，則低頻由右旋圓 極化變成左旋圓極化。當(dāng)開(kāi)關(guān)Si和S2導(dǎo)通，S3和S4斷開(kāi)時(shí)，對(duì)于低頻相當(dāng)于左右兩個(gè)U型 支節(jié)對(duì)稱(chēng)加載了電感，就不存在表面電流的相位差了，因此此時(shí)為雙頻線(xiàn)極化工作。同時(shí)對(duì) 本來(lái)失配的低頻輸入阻抗進(jìn)行了補(bǔ)償，從而在不影響高頻的情況下，改善了低頻的匹配。對(duì) 于S3或S4其中至少有一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，TM1。。模式嚴(yán)重失配，只有TM2。。模式一個(gè)工作頻率，但是 對(duì)于不同開(kāi)關(guān)的組合，由于所呈現(xiàn)的電感加載不同，工作的頻率也不同。因此通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)狀 態(tài)的調(diào)節(jié)可W實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。由于此時(shí)的工作頻率為T(mén)M2。。模的諧振頻率，因此都為線(xiàn)極 化工作狀態(tài)。
[0020] 為進(jìn)一步說(shuō)明上述技術(shù)方案的可實(shí)施性，下面給出一個(gè)具體設(shè)計(jì)實(shí)例，如圖2和 圖3所示，一個(gè)頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)天線(xiàn)。介質(zhì)基片厚度為2mm，介電常數(shù)為2. 55 的F4B基片。對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)的幾何參數(shù)取值如下；a= 75mm,b= 36.8mm,li=6. 9mm, 12= 12mm,13= 31. 4mm, 14= 26mm,g= 2. 5mm,p= 2. 4mm,w= 3. 34mm,d= 1mm,q= 2. 35mm。測(cè) 試結(jié)果表明，該天線(xiàn)在雙頻線(xiàn)極化工作模式下的工作頻段分別為2. 47GHz和4GHz，在右旋 圓極化-線(xiàn)極化工作模式下的工作頻率分別為2. 45GHz和3. 89GHz，其中2. 45GHz的軸比為 0.86地。天線(xiàn)在單頻工作下的工作頻率如表1所示，其中工作模式的編碼規(guī)則為，當(dāng)某個(gè)開(kāi) 關(guān)導(dǎo)通時(shí)計(jì)為"1"，斷開(kāi)時(shí)計(jì)為"0"，例如當(dāng)S2和S4導(dǎo)通時(shí)，S1S2S3S4的狀態(tài)為0101。在所 有頻率下天線(xiàn)的交叉極化均小于-15地。
[0021] 表1
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，其特征在于：包括從上向下依次設(shè)置的第一金屬 覆蓋層（1)，介質(zhì)層（2)、第二金屬覆蓋層（3)、第一金屬化通孔（41)、第二金屬化通孔（42)、 第三金屬化通孔（43)、第四金屬化通孔（44); 所述第一金屬覆蓋層（1)包括饋電線(xiàn)和輻射貼片，饋電線(xiàn)包括能與外部饋電端口相連 的微帶線(xiàn)（5)，微帶線(xiàn)（5)通過(guò)高阻線(xiàn)（6)連接輻射貼片的一邊；輻射貼片為正方形的金 屬貼片，在靠近輻射貼片另一邊即輻射邊的位置蝕刻有一個(gè)縫隙（7)，縫隙（7)與輻射邊平 行； 第一金屬化通孔（41)、第二金屬化通孔（42)、第三金屬化通孔（43)、第四金屬化通孔 (44)位于縫隙（7)彎折部分的兩側(cè)、兩端分別連接第一金屬覆蓋層（1)和第二金屬覆蓋層 (3)，在第一金屬化通孔（41)、第二金屬化通孔（42)、第三金屬化通孔（43)、第四金屬化通 孔（44)上分別設(shè)有開(kāi)關(guān)，當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一金屬覆蓋層（1)通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)所控制的 金屬化通孔與第二金屬覆蓋層（3)相連。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，其特征在于：所述縫隙（7) 的中間部分呈首尾相接的U形，且U形邊垂直于輻射邊。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，其特征在于：所述介質(zhì)層（2) 與第二金屬覆蓋層（3)為面積相同的正方形，其面積大于第一金屬覆蓋層（1)。
4. 按照權(quán)利要求1所述一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，其特征在于：所述開(kāi)關(guān)為PIN 二極管開(kāi)關(guān)、MEMS開(kāi)關(guān)或者機(jī)械式金屬連接型開(kāi)關(guān)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種頻率和極化可編程貼片天線(xiàn)，包括從上向下依次設(shè)置的第一金屬覆蓋層，介質(zhì)層、第二金屬覆蓋層和四個(gè)金屬化通孔；第一金屬覆蓋層包括饋電線(xiàn)和輻射貼片，饋電線(xiàn)包括能與外部饋電端口相連的微帶線(xiàn)，微帶線(xiàn)通過(guò)高阻線(xiàn)連接輻射貼片的一邊；輻射貼片為正方形的金屬貼片，在靠近輻射貼片另一邊即輻射邊的位置蝕刻有一個(gè)縫隙，縫隙與輻射邊平行；金屬化通孔位于縫隙彎折部分的兩側(cè)、兩端分別連接第一金屬覆蓋層和第二金屬覆蓋層，金屬化通孔上分別設(shè)有開(kāi)關(guān)，當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一金屬覆蓋層通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)所控制的金屬化通孔與第二金屬覆蓋層相連。本發(fā)明的有益效果是提供了饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、工作模式多樣的可編程天線(xiàn)。
【IPC分類(lèi)】H01Q1-38
【公開(kāi)號(hào)】CN104810616
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510182499
【發(fā)明人】林先其, 張瑾, 江源, 于家偉, 康湛毓, 梅鵬, 劉中華, 華彥平
【申請(qǐng)人】江蘇亨鑫科技有限公司, 電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日