專利名稱：開矩形槽的方向圖可重構(gòu)微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及帶有微機(jī)電開關(guān)(MEMS)的微帶開槽貼片天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，已有不少致力于實(shí)現(xiàn)天線輻射方向圖掃描的研究，但都還存在著各種不同的問題。
在許多有關(guān)天線的科技書籍中，比如“ANTENNA THEORY AND DESIGN”(Warren L.STUTZMAN和Gary A.Thiele編著)，都提到了相控陣天線，這種天線已被廣泛的應(yīng)用。它是通過改變各個(gè)天線陣元之間的相位關(guān)系，從而得到不同指向的天線輻射方向圖。但這種天線需要很多的移相器，損耗隨頻率的增高而變大，而且天線陣不可能做得很小，占用的空間比較大。
文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave SymposiumDigest，1999 IEEE MTT-S International，Volume4，13-19 June 1999)中描述了一種結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的天線(見圖1)，實(shí)現(xiàn)了天線輻射方向圖的改變。但是其結(jié)構(gòu)的改變是采用機(jī)械形式，反應(yīng)速度比較慢。
文獻(xiàn)“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”(IEEE Transactionson Antenna and Propagation，Vol49，NO.10，October 2001)中講述如何采用微機(jī)電開關(guān)(MEMS)來實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)造，結(jié)構(gòu)見圖2，從而使天線能在多個(gè)頻率點(diǎn)上工作。但沒有實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上天線輻射方向圖的掃描。
文獻(xiàn)“Self-Structuring Antennas”(Antennas and PropagationMagazine，IEEE，Volume44 Issue3，June 2002)中描述了一種能實(shí)現(xiàn)方向圖掃描的分布式天線結(jié)構(gòu)(見圖3)，其結(jié)構(gòu)是由線天線和一些可控開關(guān)連接而成。通過改變開關(guān)的工作狀態(tài)，改變了線天線之間的連接方式，天線上的電流分布也就發(fā)生了改變，從而得到了不同的天線輻射方向圖。但缺點(diǎn)在于采用線天線結(jié)構(gòu)，難以和載體共形。
如何去克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種問題，并把各種不同類型天線的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來還有待更深入的研究，發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的天線結(jié)構(gòu)體積大、重量重、難以和載體共形的不足，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上天線輻射方向圖的掃描，本發(fā)明提供了一種開矩形槽的方向圖可重構(gòu)微帶天線，該微帶天線具有體積小、重量輕、易于與載體共形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上的天線輻射方向圖的掃描等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的一種開矩形槽的方向圖可重構(gòu)微帶天線，包括金屬底板12、介質(zhì)基片13，金屬底板12位于介質(zhì)基片13的下表面，如圖4所示，其特征是它還包括金屬貼片14，金屬貼片14是在一片矩形金屬貼片上挖關(guān)于Y軸對稱的12個(gè)矩形槽(21～32)而得到的結(jié)構(gòu)；矩形槽26和27關(guān)于Y軸對稱；矩形槽25位于矩形槽26的上方且與矩形槽26相鄰；矩形槽25和32關(guān)于Y軸對稱；矩形槽21位于矩形槽26的左上方和矩形槽25的左邊；矩形槽21和28關(guān)于Y軸對稱；矩形槽21和24關(guān)于X軸對稱；矩形槽24和31關(guān)于Y軸對稱；矩形槽22位于矩形槽25的左上方和矩形槽21的右邊；矩形槽22和23關(guān)于X軸對稱；矩形槽22和29關(guān)于Y軸對稱；矩形槽23和30關(guān)于Y軸對稱；其中，矩形槽21和22之間有微機(jī)電開關(guān)15；矩形槽21和25之間有微機(jī)電開關(guān)16；矩形槽28和32之間有微機(jī)電開關(guān)17；矩形槽23和24之間有微機(jī)電開關(guān)18；矩形槽24和25之間有微機(jī)電開關(guān)19；矩形槽31和32之間有微機(jī)電開關(guān)20，如圖5所示；金屬貼片14敷在介質(zhì)基片13的上表面；能量通過同軸饋線11饋到天線上，如圖4所示。
需要說明的是上面采用的是同軸饋線11，饋電方式也可采用別的方式。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是應(yīng)用微帶矩形貼片天線，它是在矩形貼片上按一定的方式開大小各不相同的矩形槽(21～32)，得到新結(jié)構(gòu)的金屬貼片14，然后用微機(jī)電開關(guān)(MEMS)(15～20)將部分矩形槽之間的導(dǎo)帶連接起來。通過改變開關(guān)的工作狀態(tài)(連通或斷開)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)帶之間的連通或者斷開，也就控制了電流在導(dǎo)帶之間的流動(dòng)狀態(tài)，從而改變整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的電流分布情況，這樣就可以在同一頻率的某一個(gè)平面內(nèi)得到在不同電流分布情況下，主瓣指向不同的天線輻射方向圖。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用金屬貼片14，使天線平面化，實(shí)現(xiàn)了天線體積小、重量輕、易于與載體(如飛機(jī))共形這一目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了天線輻射方向圖能夠在一個(gè)頻率點(diǎn)上進(jìn)行掃描。天線結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1是文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天線的示意圖在圖1中，1是可重構(gòu)的VEE天線，2是拉伸裝置，3是傳輸線，4是介質(zhì)基片，5是方向圖主瓣方向；圖2是文獻(xiàn)“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天線的示意圖在圖2中，6是饋電點(diǎn)，7是MEMS開關(guān)；圖3是文獻(xiàn)“Self-Structuring Antennas”所述天線的示意圖在圖3中，8是金屬桿，9是可控開關(guān)，10是饋電點(diǎn)；圖4是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖在圖4中，11是同軸饋線，12是金屬底板，13是介質(zhì)基片，14是金屬貼片；圖5是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的俯視6是第一個(gè)實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)的俯視圖在圖5和圖6中，14是金屬貼片，15～20均是微機(jī)電開關(guān)(MEMS)，21～32均是矩形槽；圖7是第一個(gè)實(shí)施例的天線輻射方向圖(在與x軸成90度的平面內(nèi))在圖7中，33是電場θ分量的輻射方向圖，34是電場Φ分量的輻射方向圖；具體實(shí)施方式
在圖6的實(shí)施例中，天線的尺寸和材料屬性是金屬底板12和金屬貼片14采用厚度為0.018mm的銅箔；金屬底板12的尺寸為34×34mm2；金屬貼片14的外尺寸為12×12mm2；矩形槽22、23、29和30的尺寸為1.5×0.6mm2；矩形槽25和32的尺寸為4.2×0.6mm2；矩形槽26和27的尺寸為9.6×0.6mm2；矩形槽21、24、28和31的尺寸為1.5×2.4mm2；介質(zhì)基片13的厚度為3mm，大小為34×34mm2，相對介電常數(shù)為3.5；微機(jī)電開關(guān)(MEMS)(15～20)的尺寸為0.2×1.2mm2。左邊位置的三個(gè)微機(jī)電開關(guān)15、16和17處于斷開狀態(tài)，右邊三個(gè)微機(jī)電開關(guān)18、19和20處于連接狀態(tài)。這時(shí)，當(dāng)頻率為8.75GHz，可以在與x軸成90度的平面內(nèi)得到電場的θ分量與z軸成-40度夾角的天線輻射方向圖，見圖7。
同理，通過改變各個(gè)開關(guān)的工作狀態(tài)，還可以得到同一個(gè)頻率點(diǎn)在同一個(gè)平面內(nèi)主瓣指向不同的方向圖。
權(quán)利要求
1.一種開矩形槽的方向圖可重構(gòu)微帶天線包括金屬底板(12)、介質(zhì)基片(13)，金屬底板(12)位于介質(zhì)基片(13)的下表面，其特征是它還包括金屬貼片(14)，金屬貼片(14)是在一片矩形金屬貼片上挖關(guān)于Y軸對稱的12個(gè)矩形槽(21～32)而得到的結(jié)構(gòu)；矩形槽(26)和(27)關(guān)于Y軸對稱；矩形槽(25)位于矩形槽(26)的上方且與矩形槽(26)相鄰；矩形槽(25)和(32)關(guān)于Y軸對稱；矩形槽(21)位于矩形槽(26)的左上方和矩形槽(25)的左邊；矩形槽(21)和(28)關(guān)于Y軸對稱；矩形槽(21)和(24)關(guān)于X軸對稱；矩形槽(24)和(31)關(guān)于Y軸對稱；矩形槽(22)位于矩形槽(25)的左上方和矩形槽(21)的右邊；矩形槽(22)和(23)關(guān)于X軸對稱；矩形槽(22)和(29)關(guān)于Y軸對稱；矩形槽(23)和(30)關(guān)于Y軸對稱；其中，矩形槽(21)和(22)之間有微機(jī)電開關(guān)(15)；矩形槽(21)和(25)之間有微機(jī)電開關(guān)(16)；矩形槽(28)和(32)之間有微機(jī)電開關(guān)(17)；矩形槽(23)和(24)之間有微機(jī)電開關(guān)(18)；矩形槽(24)和(25)之間有微機(jī)電開關(guān)(19)；矩形槽(31)和(32)之間有微機(jī)電開關(guān)(20)；金屬貼片(14)敷在介質(zhì)基片(13)的上表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種開矩形槽的方向圖可重構(gòu)微帶天線，包括金屬底板12、介質(zhì)基片13，其特征是它還包括金屬貼片14，金屬貼片14是在一片矩形金屬貼片上挖關(guān)于Y軸對稱的12個(gè)矩形槽(21～32)而得到的結(jié)構(gòu)，金屬貼片14敷在介質(zhì)基片13的上表面；能量通過同軸饋線11饋到天線上，通過改變開關(guān)的工作狀態(tài)(連通或斷開)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)帶之間的連通或者斷開，也就控制了電流在導(dǎo)帶之間的流動(dòng)狀態(tài)，從而改變整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的電流分布情況，由于采用金屬貼片14，使天線平面化，實(shí)現(xiàn)了天線體積小、重量輕、易于與載體(如飛機(jī))共形這一目的；天線結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK1599134SQ03135828
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者王秉中, 吳煒霞, 孫樹輝 申請人:電子科技大學(xué)