专利名称：开矩形槽的方向图可重构微带天线的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，它特别涉及带有微机电开关(MEMS)的微带开槽贴片天线技术。
背景技术：
目前，已有不少致力于实现天线辐射方向图扫描的研究，但都还存在着各种不同的问题。
在许多有关天线的科技书籍中，比如“ANTENNA THEORY AND DESIGN”(Warren L.STUTZMAN和Gary A.Thiele编著)，都提到了相控阵天线，这种天线已被广泛的应用。它是通过改变各个天线阵元之间的相位关系，从而得到不同指向的天线辐射方向图。但这种天线需要很多的移相器，损耗随频率的增高而变大，而且天线阵不可能做得很小，占用的空间比较大。
文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave SymposiumDigest，1999 IEEE MTT-S International，Volume4，13-19 June 1999)中描述了一种结构可重构的天线(见图1)，实现了天线辐射方向图的改变。但是其结构的改变是采用机械形式，反应速度比较慢。
文献“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”(IEEE Transactionson Antenna and Propagation，Vol49，NO.10，October 2001)中讲述如何采用微机电开关(MEMS)来实现天线结构的重新构造，结构见图2，从而使天线能在多个频率点上工作。但没有实现在一个频率点上天线辐射方向图的扫描。
文献“Self-Structuring Antennas”(Antennas and PropagationMagazine，IEEE，Volume44 Issue3，June 2002)中描述了一种能实现方向图扫描的分布式天线结构(见图3)，其结构是由线天线和一些可控开关连接而成。通过改变开关的工作状态，改变了线天线之间的连接方式，天线上的电流分布也就发生了改变，从而得到了不同的天线辐射方向图。但缺点在于采用线天线结构，难以和载体共形。
如何去克服现有技术中存在的各种问题，并把各种不同类型天线的优点有机的结合起来还有待更深入的研究，发明内容为了克服现有的天线结构体积大、重量重、难以和载体共形的不足，同时实现在一个频率点上天线辐射方向图的扫描，本发明提供了一种开矩形槽的方向图可重构微带天线，该微带天线具有体积小、重量轻、易于与载体共形，同时实现在一个频率点上的天线辐射方向图的扫描等特点。
本发明提供的一种开矩形槽的方向图可重构微带天线，包括金属底板12、介质基片13，金属底板12位于介质基片13的下表面，如图4所示，其特征是它还包括金属贴片14，金属贴片14是在一片矩形金属贴片上挖关于Y轴对称的12个矩形槽(21～32)而得到的结构；矩形槽26和27关于Y轴对称；矩形槽25位于矩形槽26的上方且与矩形槽26相邻；矩形槽25和32关于Y轴对称；矩形槽21位于矩形槽26的左上方和矩形槽25的左边；矩形槽21和28关于Y轴对称；矩形槽21和24关于X轴对称；矩形槽24和31关于Y轴对称；矩形槽22位于矩形槽25的左上方和矩形槽21的右边；矩形槽22和23关于X轴对称；矩形槽22和29关于Y轴对称；矩形槽23和30关于Y轴对称；其中，矩形槽21和22之间有微机电开关15；矩形槽21和25之间有微机电开关16；矩形槽28和32之间有微机电开关17；矩形槽23和24之间有微机电开关18；矩形槽24和25之间有微机电开关19；矩形槽31和32之间有微机电开关20，如图5所示；金属贴片14敷在介质基片13的上表面；能量通过同轴馈线11馈到天线上，如图4所示。
需要说明的是上面采用的是同轴馈线11，馈电方式也可采用别的方式。
本发明的实质是应用微带矩形贴片天线，它是在矩形贴片上按一定的方式开大小各不相同的矩形槽(21～32)，得到新结构的金属贴片14，然后用微机电开关(MEMS)(15～20)将部分矩形槽之间的导带连接起来。通过改变开关的工作状态(连通或断开)，实现导带之间的连通或者断开，也就控制了电流在导带之间的流动状态，从而改变整个天线结构的电流分布情况，这样就可以在同一频率的某一个平面内得到在不同电流分布情况下，主瓣指向不同的天线辐射方向图。
本发明的有益效果是，由于采用金属贴片14，使天线平面化，实现了天线体积小、重量轻、易于与载体(如飞机)共形这一目的，同时实现了天线辐射方向图能够在一个频率点上进行扫描。天线结构简单，实现方便，具有很高的实用价值。
图1是文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天线的示意图在图1中，1是可重构的VEE天线，2是拉伸装置，3是传输线，4是介质基片，5是方向图主瓣方向；图2是文献“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天线的示意图在图2中，6是馈电点，7是MEMS开关；图3是文献“Self-Structuring Antennas”所述天线的示意图在图3中，8是金属杆，9是可控开关，10是馈电点；图4是本发明的基本结构的侧视图在图4中，11是同轴馈线，12是金属底板，13是介质基片，14是金属贴片；图5是本发明的基本结构的俯视6是第一个实施例的基本结构的俯视图在图5和图6中，14是金属贴片，15～20均是微机电开关(MEMS)，21～32均是矩形槽；图7是第一个实施例的天线辐射方向图(在与x轴成90度的平面内)在图7中，33是电场θ分量的辐射方向图，34是电场Φ分量的辐射方向图；具体实施方式
在图6的实施例中，天线的尺寸和材料属性是金属底板12和金属贴片14采用厚度为0.018mm的铜箔；金属底板12的尺寸为34×34mm2；金属贴片14的外尺寸为12×12mm2；矩形槽22、23、29和30的尺寸为1.5×0.6mm2；矩形槽25和32的尺寸为4.2×0.6mm2；矩形槽26和27的尺寸为9.6×0.6mm2；矩形槽21、24、28和31的尺寸为1.5×2.4mm2；介质基片13的厚度为3mm，大小为34×34mm2，相对介电常数为3.5；微机电开关(MEMS)(15～20)的尺寸为0.2×1.2mm2。左边位置的三个微机电开关15、16和17处于断开状态，右边三个微机电开关18、19和20处于连接状态。这时，当频率为8.75GHz，可以在与x轴成90度的平面内得到电场的θ分量与z轴成-40度夹角的天线辐射方向图，见图7。
同理，通过改变各个开关的工作状态，还可以得到同一个频率点在同一个平面内主瓣指向不同的方向图。
权利要求
1.一种开矩形槽的方向图可重构微带天线包括金属底板(12)、介质基片(13)，金属底板(12)位于介质基片(13)的下表面，其特征是它还包括金属贴片(14)，金属贴片(14)是在一片矩形金属贴片上挖关于Y轴对称的12个矩形槽(21～32)而得到的结构；矩形槽(26)和(27)关于Y轴对称；矩形槽(25)位于矩形槽(26)的上方且与矩形槽(26)相邻；矩形槽(25)和(32)关于Y轴对称；矩形槽(21)位于矩形槽(26)的左上方和矩形槽(25)的左边；矩形槽(21)和(28)关于Y轴对称；矩形槽(21)和(24)关于X轴对称；矩形槽(24)和(31)关于Y轴对称；矩形槽(22)位于矩形槽(25)的左上方和矩形槽(21)的右边；矩形槽(22)和(23)关于X轴对称；矩形槽(22)和(29)关于Y轴对称；矩形槽(23)和(30)关于Y轴对称；其中，矩形槽(21)和(22)之间有微机电开关(15)；矩形槽(21)和(25)之间有微机电开关(16)；矩形槽(28)和(32)之间有微机电开关(17)；矩形槽(23)和(24)之间有微机电开关(18)；矩形槽(24)和(25)之间有微机电开关(19)；矩形槽(31)和(32)之间有微机电开关(20)；金属贴片(14)敷在介质基片(13)的上表面。
全文摘要
本发明提供了一种开矩形槽的方向图可重构微带天线，包括金属底板12、介质基片13，其特征是它还包括金属贴片14，金属贴片14是在一片矩形金属贴片上挖关于Y轴对称的12个矩形槽(21～32)而得到的结构，金属贴片14敷在介质基片13的上表面；能量通过同轴馈线11馈到天线上，通过改变开关的工作状态(连通或断开)，实现导带之间的连通或者断开，也就控制了电流在导带之间的流动状态，从而改变整个天线结构的电流分布情况，由于采用金属贴片14，使天线平面化，实现了天线体积小、重量轻、易于与载体(如飞机)共形这一目的；天线结构简单，实现方便，具有很高的实用价值。
文档编号H01Q1/38GK1599134SQ03135828
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月16日 优先权日2003年9月16日
发明者王秉中, 吴炜霞, 孙树辉 申请人:电子科技大学