本發(fā)明屬于天線技術(shù),尤其涉及一種極化可重構(gòu)天線。
背景技術(shù):
無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)系統(tǒng)需求以及工作模式提出了更高要求,傳統(tǒng)的單功能天線不能很好的滿足當(dāng)前的需要,并成為制約系統(tǒng)性能發(fā)展的瓶頸??芍貥?gòu)天線的提出和發(fā)展給這些問(wèn)題提供了很好的解決方案。極化可重構(gòu)天線可以通過(guò)頻率復(fù)用來(lái)增加系統(tǒng)的容量,并且能夠解決通信中的極化失配的問(wèn)題,從而提高通信質(zhì)量。
由于現(xiàn)代單層pcb工藝十分成熟,在不是十分高的頻段內(nèi),加工精度也十分有保證,同時(shí)加工的產(chǎn)品可以擁有低輪廓、小體積、高集成度的特性,有利于天線的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。因此,使用單層pcb工藝的極化可重構(gòu)基片集成波導(dǎo)縫隙天線在低輪廓、高集成度以及降低成本上都有很現(xiàn)實(shí)的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種極化可重構(gòu)天線,該極化可重構(gòu)天線僅需要在基片集成腔體中引入兩個(gè)開(kāi)關(guān)就可以構(gòu)成,與其他極化可重構(gòu)天線相比,具有尺寸小,易組陣,重量輕,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于集成等優(yōu)點(diǎn)。它具有軸比小、一致性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種極化可重構(gòu)天線,包括介質(zhì)基片(1)、上金屬層(21)、下金屬層(22)、一對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱且可控的接地通孔(5)和2個(gè)以上陣列式排布成腔體(4)的金屬通孔(41),所述介質(zhì)基片(1)設(shè)置在上金屬層(21)和下金屬層(22)之間,而所述金屬通孔(41)依次貫穿上金屬層(21)、介質(zhì)基片(1)以及下金屬層(22),且金屬通孔(41)的上端與上金屬層(21)的上表面連接,而下端與下金屬層(22)的下表面連接;所述上金屬層(21)設(shè)置有天線輻射結(jié)構(gòu),而所述下金屬層(22)上設(shè)置有天線的饋電結(jié)構(gòu);所述接地通孔(5)分別與開(kāi)關(guān)相連,所述開(kāi)關(guān)用于控制接地通孔(5)的接地狀態(tài)改變對(duì)電流的擾動(dòng)。
優(yōu)選的:所述腔體(4)的輪廓為方形或長(zhǎng)方形。
優(yōu)選的:所述上金屬層(21)上表面且位于腔體(4)的四周蝕刻有互補(bǔ)環(huán)形開(kāi)口縫隙作為輻射縫隙(2),所述輻射縫隙(2)作為天線輻射結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的:所述下金屬層(22)上設(shè)置有天線的饋電端口,所述饋電端口蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導(dǎo)傳輸線(3),所述有限接地共面波導(dǎo)傳輸線(3)作為天線的饋電結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明通過(guò)開(kāi)關(guān)控制可控的接地通孔是否接地;改變開(kāi)關(guān)的狀態(tài),即改變一對(duì)可控接地通孔的狀態(tài),從而改變對(duì)電流的擾動(dòng),可形成三種不同的極化波:線極化波、左旋圓極化波和右旋圓極化波,從而可實(shí)現(xiàn)極化可重構(gòu)天線。
有益效果:本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù),具有以下有益效果:
1、整個(gè)天線主要有金屬層和金屬化通孔組成,整個(gè)結(jié)構(gòu)可以用傳統(tǒng)的pcb或ltcc工藝來(lái)實(shí)現(xiàn);
2、該天線能通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制電流的擾動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)線極化、左旋圓極化和右旋圓極化,即形成極化可重構(gòu)天線。
3、該天線具有三種不同的極化:線極化、左旋圓極化和右旋圓極化,且圓極化的軸比很小,滿足很好的圓極化特性,較好的駐波特性,且輪廓低、體積小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,易于集成。
4、該天線尺寸比較小,可以用來(lái)組成天線陣列來(lái)滿足實(shí)際需求。
附圖說(shuō)明
圖1為一種極化可重構(gòu)天線的主視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為極化可重構(gòu)天線的后視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為金屬化通孔的剖視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為天線仿真和測(cè)試的極化可重構(gòu)天線在線極化狀態(tài)的回波損耗|s11|;
圖5為天線仿真和測(cè)試的極化可重構(gòu)天線左旋圓極化狀態(tài)的回波損耗|s11|;
圖6為天線仿真和測(cè)試的極化可重構(gòu)天線右旋圓極化狀態(tài)的回波損耗|s11|;
圖7為天線仿真和測(cè)試在頻率8.2ghz時(shí)線極化方向圖;
圖8為天線仿真和測(cè)試在頻率8.25ghz時(shí)左旋圓極化方向圖;
圖9為天線仿真和測(cè)試在頻率8.25ghz時(shí)右旋圓極化方向圖;
圖10為在法向方向上,天線仿真和測(cè)試在線極化狀態(tài)時(shí)隨頻率變化下的增益變化關(guān)系圖;
圖11為在法向方向上,天線仿真和測(cè)試在左旋圓極化狀態(tài)時(shí)隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖;
圖12為在法向方向上,天線仿真和測(cè)試在右旋圓極化狀態(tài)時(shí)隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡明本發(fā)明,應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍,在閱讀了本發(fā)明之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
一種極化可重構(gòu)天線,如圖1、2所示,該天線包括介質(zhì)基片1、上金屬層21、下金屬層22、金屬通孔組成的方形腔體4和一對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱且可控的接地通孔5,所述金屬通孔貫穿介質(zhì)基片1、上下兩端分別連接上金屬層21和下金屬層22。
具體的,在上金屬層21上表面、腔體4的四周蝕刻出互補(bǔ)開(kāi)口環(huán)形縫隙作為輻射縫隙2,所述輻射縫隙2作為天線的輻射結(jié)構(gòu)。在下金屬層22的下表面蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3,所述有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3作為天線的饋電結(jié)構(gòu);
具體的,所述一對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱且可控的接地通孔5分別與開(kāi)關(guān)相連,開(kāi)關(guān)用于控制接地通孔5的接地狀態(tài)改變對(duì)電流的擾動(dòng),通過(guò)改變開(kāi)關(guān)的狀態(tài),即改變通孔的接地狀態(tài),可以有不同的電流擾動(dòng),從而改變天線中的電流擾動(dòng),即可形成三種不同的極化波:線極化、左旋圓極化和右旋圓極化波。
基于上述,如圖3所示,所述天線包括介質(zhì)基片1、上金屬層21、下金屬層22和若干金屬通孔,所述介質(zhì)基片1設(shè)置在上金屬層21和下金屬層22之間,所述金屬通孔41貫穿介質(zhì)基片1、上金屬層21和下金屬層22,且上、下兩端分別連接上金屬層21和下金屬層22,所述各金屬通孔41陣列式排布成腔體4。所述腔體4的輪廓為方形。
所述上金屬層21上腔體4的四周蝕刻出互補(bǔ)開(kāi)口環(huán)形縫隙作為輻射縫隙2,所述輻射縫隙2作為天線的輻射結(jié)構(gòu)。所述天線的饋電端口設(shè)置在下金屬層22上,所述饋電端口蝕刻出縫隙作為有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3(fg-cpw),所述有限接地共面波導(dǎo)傳輸線3作為天線的饋電結(jié)構(gòu)。所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)決定接地通孔的狀態(tài),從而改變天線電流的擾動(dòng)方向,實(shí)現(xiàn)線極化、左旋圓極化和右旋圓極化波。
基于本發(fā)明思想,利用pcb工藝制作極化可重構(gòu)天線,并進(jìn)行相關(guān)測(cè)試:圖4,圖5,圖6分別為該天線的線極化、左旋圓極化和右旋圓極化波的仿真和測(cè)試的回波損耗|s11|;圖7天線在頻率8.2ghz時(shí)線極化歸一化仿真和測(cè)試增益方向圖;圖8天線在頻率8.25ghz時(shí)左旋圓極化歸一化仿真和測(cè)試增益方向圖;圖9為在法向方向上,天線在頻率8.25ghz時(shí)右旋圓極化歸一化仿真和測(cè)試增益方向圖;圖10為在法向方向上,天線在線極化時(shí)隨頻率變化下的仿真和測(cè)試增益變化關(guān)系圖;圖11為在法向方向上,天線在左旋圓極化隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖;圖12為在法向方向上,天線在右旋圓極化隨頻率變化下的軸比變化關(guān)系和增益變化關(guān)系圖。測(cè)試表明,該天線具有三種不同的極化:線極化、左旋圓極化和右旋圓極化波,同時(shí)滿足較好的圓極化特性,較好的駐波特性,且輪廓低、體積小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,易于集成。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。