一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于頻率可調(diào)天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線。
【背景技術(shù)】
[0002]天線是無線通訊設(shè)備的前端，負責無線信號的收發(fā)。在無線電技術(shù)高度發(fā)展的今天，無線電頻譜資源幾近枯竭，各公共通信信道內(nèi)擁擠不堪、信道干擾加劇。認知無線電技術(shù)可以有效解決這一問題，但認知無線電技術(shù)需要工作頻率可自由調(diào)諧的天線來感知頻譜環(huán)境，進而更高效地利用頻譜資源。頻率可自由調(diào)諧的天線，簡稱頻率可調(diào)天線，即通過天線的可重構(gòu)性，如依靠電、機械或其它方式改變天線的諧振狀態(tài)，進而實現(xiàn)天線在不同工作頻率之間切換或連續(xù)可調(diào)。
[0003]介質(zhì)諧振器天線因其可以采用較高介電常數(shù)材料，減小天線尺寸；有多種饋電機制，包括縫隙耦合饋電、微帶線饋電、同軸探針饋電、共面波導饋電等等，饋電簡單，適用于平面集成；通過適當?shù)剡x擇天線結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、介電常數(shù)和饋電點位置，可以獲得寬頻帶效應(yīng)；天線的每種輻射模式都有特定的內(nèi)部場和相應(yīng)的外部場分布，通過激勵不同的模式可以獲得不同的輻射方向圖；不存在導體損耗和表面波損耗，其輻射效率很高(可達95%以上)；所以在無線通訊領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線，多是通過可調(diào)電容、高頻開關(guān)管或MEMS開關(guān)等附加結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，由于引入的上述外部結(jié)構(gòu)均具有一定的電損耗，所以使用這些附加結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線的輻射效率和增益特性均較差，且天線頻率可調(diào)范圍較窄，不能滿足認知無線電技術(shù)對天線工作頻率在較寬的范圍內(nèi)可調(diào)且具有有效輻射的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線，以滿足新一代無線通信系統(tǒng)及認知無線電技術(shù)對天線頻率可重構(gòu)的需求。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)諧振器1、金屬底座2、金屬波導4、同軸傳輸線5，其特征在于:
[0008]其還具有金屬滑塊6、絕緣連桿7和直線伸縮驅(qū)動單元8 ;
[0009]所述金屬底座2的中心處開有矩形通孔3，介質(zhì)諧振器I固定在金屬底座2上表面的矩形通孔3的正上方開口處；
[0010]所述金屬波導4具有橫截面為矩形的內(nèi)腔，與所述矩形通孔3下開口處相連，兩者開口對齊且橫截面尺寸相同；
[0011]所述金屬波導4的內(nèi)腔中置有金屬滑塊6，金屬滑塊6與金屬波導4內(nèi)腔、矩形通孔3橫截面尺寸相適應(yīng)，能在矩形通孔3和金屬波導4內(nèi)腔中滑動；金屬滑塊6的長度略大于矩形通孔3深度和金屬波導4內(nèi)腔深度的總和，以保證金屬滑塊6的一端與金屬底座2上表面齊平時，金屬滑塊6的另一端由金屬波導4內(nèi)腔的下端面伸出；
[0012]所述金屬滑塊6的下端面通過絕緣連桿7與直線伸縮驅(qū)動單元8相連，由直線伸縮驅(qū)動單元8驅(qū)動金屬滑塊6在金屬波導4和矩形通孔3組成的空腔中滑動；
[0013]同軸傳輸線5從金屬底座2底面穿過與介質(zhì)諧振器I電氣相連。
[0014]本發(fā)明采用深度可調(diào)的縫隙實現(xiàn)介質(zhì)諧振器天線的工作頻率可調(diào)。介質(zhì)諧振器的工作模式為基模，金屬底座2的表面感應(yīng)電流主要集中在介質(zhì)諧振器I的下方(也即金屬底座2上表面的中心處)，表面感應(yīng)電流的方向與所開矩形通孔3的長邊方向垂直，矩形通孔3切割表面感應(yīng)電流，使表面感應(yīng)電流沿縫隙的內(nèi)側(cè)壁流經(jīng)矩形通孔的兩個寬邊內(nèi)壁和金屬滑塊的上端面，表面感應(yīng)電流路徑被延長，進而使介質(zhì)諧振器I的諧振頻率降低。金屬滑塊6上端面與其上部的通孔構(gòu)成深度可調(diào)的金屬接地縫隙，通過金屬滑塊6的上下移動可以改變縫隙的深度，實現(xiàn)表面感應(yīng)電流路徑長度的改變，從而實現(xiàn)介質(zhì)諧振器天線諧振頻率的可控調(diào)諧。
[0015]進一步的，所述介質(zhì)諧振器I的形狀可以但不限于是長方體、圓柱體、半球。
[0016]進一步的，所述介質(zhì)諧振器I的基體材料的相對介電常數(shù)為4-60，可以但不限于是有機高分子材料、微波介質(zhì)陶瓷材料或者前兩者的復合材料。
[0017]進一步的，所述金屬底座2上的矩形通孔3和相應(yīng)的金屬波導4內(nèi)腔及金屬滑塊6的橫截面形狀可以但不限于是矩形、蝴蝶結(jié)形或H形，三者開口對齊且橫截面形狀尺寸相同，矩形通孔3需經(jīng)過金屬底座2表面感應(yīng)電流的最大處。
[0018]進一步的，所述金屬底座2上開有饋線孔，同軸傳輸線5通過饋線孔與介質(zhì)諧振器I電氣相連。
[0019]本發(fā)明采用可調(diào)縫隙結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，且輻射特性穩(wěn)定。相比其它方式實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線，本發(fā)明的天線諧振頻率調(diào)諧范圍寬，輻射效率高，所有調(diào)諧機構(gòu)均放置于天線輻射的陰影區(qū)內(nèi)，對天線輻射特性影響小，方向圖在可調(diào)范圍內(nèi)畸變小，同時具有較高的增益。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明提供的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線的結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明提供的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0022]圖3是本發(fā)明提供的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線的結(jié)構(gòu)截面圖
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線，包括天線金屬底座2、位于金屬底座2上表面中心的介質(zhì)諧振器1、位于金屬底座2中心的矩形通孔3、金屬波導4、同軸傳輸線5、金屬滑塊6、絕緣連桿7和直線伸縮驅(qū)動單元8。金屬底座2的中心處開矩形通孔3，矩形通孔3在金屬底座2中上下貫通，下端與矩形金屬波導4內(nèi)腔相連，金屬波導4的內(nèi)腔橫截面與矩形通孔3的橫截面尺寸相同。與矩形通孔3橫截面相同尺寸的金屬滑塊6置于金屬波導4的內(nèi)腔中，保證金屬滑塊6可以在矩形通孔3和金屬波導4內(nèi)腔中自由滑動。金屬滑塊6的長度略大于矩形通孔3深度和金屬波導4內(nèi)腔深度的總和，以保證金屬滑塊6的一端與金屬底座2上表面齊平時，金屬滑塊6的另一端可由金屬波導4內(nèi)腔的下端面伸出。金屬滑塊6的下端面與絕緣連桿7的一端相連，絕緣連桿7的另一端與直線伸縮驅(qū)動單元8相連。同軸傳輸線5穿過金屬底座2與矩形介質(zhì)諧振器I電氣相連。同軸傳輸線5為信號輸入輸出端。
[0025]作為一個實例，頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線被設(shè)計、加工、測試。選用的介質(zhì)諧振器介電常數(shù)為12.5，長X寬X高為1mmX 1mmX 5mm,金屬底座邊長100mm，矩形通孔的長X寬為30mmX4mm。測試結(jié)果表明，當金屬滑塊的移動使矩形縫隙的深度在O-1Omm范圍內(nèi)變化時，介質(zhì)諧振器天線的頻率調(diào)諧范圍可以覆蓋3.7GHz-6.7GHz，回波損耗值均小于-10dB，增益均大于5dBi。
[0026]當然，此頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線的介質(zhì)諧振器的形狀可以為任意形狀，根據(jù)天線方向圖要求確定；介質(zhì)諧振器的材料選擇包括有機高分子材料、微波介質(zhì)陶瓷材料或者前兩者的復合材料，材料相對介電常數(shù)一般為4-60 ;天線所需的工作頻率可調(diào)范圍可通過改變介質(zhì)諧振器的形狀參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性參數(shù)、縫隙的形狀與結(jié)構(gòu)參數(shù)和金屬滑塊的伸縮范圍實現(xiàn)；金屬底座上所開通孔的橫截面形狀根據(jù)實際需要可以選長矩形、蝴蝶結(jié)形或H形等，但所開通孔需經(jīng)過金屬底座表面感應(yīng)電流的最大處。
【主權(quán)項】
1.一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)諧振器(1)、金屬底座(2)、金屬波導(4)、同軸傳輸線(5)，其特征在于: 其還具有金屬滑塊(6)、絕緣連桿(7)和直線伸縮驅(qū)動單元(8); 所述金屬底座(2)的中心處開有矩形通孔(3)，介質(zhì)諧振器(I)固定在金屬底座(2)上表面的矩形通孔(3)的正上方開口處； 所述金屬波導(4)具有橫截面為矩形的內(nèi)腔，與所述矩形通孔(3)下開口處相連，兩者開口對齊且橫截面尺寸相同；所述金屬波導(4)的內(nèi)腔中置有金屬滑塊(6)，金屬滑塊(6)與金屬波導(4)內(nèi)腔、矩形通孔⑶橫截面尺寸相適應(yīng)，能在矩形通孔⑶和金屬波導⑷內(nèi)腔中滑動；金屬滑塊(6)的長度略大于矩形通孔(3)深度和金屬波導⑷內(nèi)腔深度的總和，以保證金屬滑塊(6)的一端與金屬底座(2)上表面齊平時，金屬滑塊(6)的另一端由金屬波導(4)內(nèi)腔的下端面伸出； 所述金屬滑塊(6)的下端面通過絕緣連桿(7)與直線伸縮驅(qū)動單元(8)相連，由直線伸縮驅(qū)動單元(8)驅(qū)動金屬滑塊(6)在金屬波導(4)和矩形通孔(3)組成的空腔中滑動；同軸傳輸線(5)從金屬底座(2)底面穿過與介質(zhì)諧振器(I)電氣相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述介質(zhì)諧振器(I)的形狀可以但不限于是長方體、圓柱體、半球。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述介質(zhì)諧振器(I)的基體材料的相對介電常數(shù)為4-60，可以但不限于是有機高分子材料、微波介質(zhì)陶瓷材料或者前兩者的復合材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于金屬底座(2)上的矩形通孔(3)和相應(yīng)的金屬波導⑷內(nèi)腔及金屬滑塊(6)的橫截面形狀可以但不限于是矩形、蝴蝶結(jié)形或H形，三者開口對齊且橫截面形狀尺寸相同，矩形通孔(3)需經(jīng)過金屬底座(2)表面感應(yīng)電流的最大處。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于金屬底座(2)上開有饋線孔，同軸傳輸線(5)通過饋線孔與介質(zhì)諧振器⑴電氣相連。
【專利摘要】一種頻率可調(diào)的介質(zhì)諧振器天線，屬于頻率可調(diào)天線技術(shù)領(lǐng)域。包括介質(zhì)諧振器(1)、金屬底座(2)、矩形通孔(3)、金屬波導(4)、同軸傳輸線(5)、金屬滑塊(6)、絕緣連桿(7)和直線伸縮驅(qū)動單元(8)。本發(fā)明采用可調(diào)縫隙結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，且輻射特性穩(wěn)定。相比其它方式實現(xiàn)的頻率可調(diào)介質(zhì)諧振器天線，本發(fā)明的天線諧振頻率調(diào)諧范圍寬，輻射效率高，所有調(diào)諧機構(gòu)均放置于天線輻射的陰影區(qū)內(nèi)，對天線輻射特性影響小，方向圖在可調(diào)范圍內(nèi)畸變小，同時具有較高的增益。
【IPC分類】H01Q13/08, H01Q1/50
【公開號】CN104953281
【申請?zhí)枴緾N201510276142
【發(fā)明人】王曉川, 呂文中, 雷文, 范桂芬, 汪小紅, 梁飛, 付明
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月27日