基于二氧化钒的双频全向圆极化天线的制作方法

本实用新型涉及一种天线，具体涉及一种基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，属于微波器件
技术领域：
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背景技术：
：天线作为电磁波的发射和接收装置，在无线通信系统中起着重要作用。随着现代无线通讯科技水平的不断发展，人们对天线各性能指标的要求越来越严格，单纯的线极化天线己难以满足飞速发展的现代通信系统的需求。因频谱资源有限，较难找到一个未被占用的宽带频带，而传统宽带天线因覆盖了不必要的带宽，不仅增加了自身系统中滤波器的工作负担，还容易拦截到他人的有用信号，给其他信道的信号造成不必要的干扰。目前通常采用一个天线使用几个信道进行信息传递，因此多频天线应运而生，多频天线减少了天线的使用数量，空间利用率提高。全向天线能保持车载设备或者移动终端与周围不同方位角的目标进行实时通信，而圆极化天线可以有效抑制多径衰落和极化失配带来的损耗，以保证信号传输的稳定性。因此，全向圆极化天线因其优良性能而备受关注，被广泛应用于卫星通信系统、无线遥感系统、WLAN(无线局域网)、WPAN(无线个人区域网)、GPS(全球定位系统)等。但现有的全向圆极化天线难以得到可调谐的多个工作频带，无法对不同的工作频段进行动态调控，工作频域较窄且灵活性不佳，无法适用于复杂电磁环境。因此，如何在现有技术的基础上进行改进，设计出一种可调谐且工作频段调控灵活、工作频域广泛的全向圆极化天线，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，该天线结构简单、频带覆盖范围宽，可对不同工作频段进行动态调控，且工作频段调控灵活、工作频域广泛，适用于复杂电磁环境，实用性强。为实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：一种基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，其特征在于：包括水平设置的馈电网络板，以及竖直环绕设置在所述馈电网络板四周、并与所述馈电网络板四边共形触接的介质基板，所述馈电网络板共形于四个所述介质基板的水平中心线处；每个所述介质基板上均加载有倾斜振子，所述倾斜振子的一侧加载有寄生单元、另一侧加载有二氧化钒谐振单元。进一步地，所述二氧化钒谐振单元呈“L”形，水平方向长度为39mm，竖直方向长度为23.4mm，宽度为3.5mm。进一步地，所述馈电网络板呈正方形，包括从上至下依次触接排列的顶层金属贴片、中间介质基板和金属底板，所述金属底板与四个所述倾斜振子触接、并对所述倾斜振子等幅同相馈电。进一步地，所述顶层金属贴片与所述金属底板均为铜片，所述铜片厚度为0.018mm。进一步地，所述介质基板呈矩形，所述介质基板的宽度与所述馈电网络板的边长相同。进一步地，所述倾斜振子包括分布在所述介质基板水平中心线上、下两侧的上半部、下半部，所述上半部包括上倾斜部和加载在该上倾斜部顶端的水平部，所述下半部包括下倾斜部和加载在该下倾斜部底端的竖直部。进一步地，所述上倾斜部、下倾斜部与竖直方向的夹角均为53°，所述水平部与所述竖直部的形状均为矩形、且尺寸相同。进一步地，所述寄生单元与竖直方向的夹角为48°，所述寄生单元的长度为47mm、宽度为0.5mm。进一步地，所述中间介质基板型号为RogersRT/duroid5880，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。进一步地，所述介质基板型号RogersRT/duroid6002，介电常数为3，损耗角正切为0.0012。与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提供的基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，结构简单，空间利用率高；本实用新型基于二氧化钒谐振单元的加载，可以通过控制温度进而改变二氧化钒区域的相变状态，动态地实现工作频率和辐射方向的重构，此外，通过温度控制可实现天线工作频带的调控，使天线在S波段中的两个频段工作，频带覆盖范围宽，辐射性能佳且实用性强，适用于复杂电磁环境。附图说明图1为本实用新型馈电网络板俯视图。图2为本实用新型馈电网络板仰视图图。图3为本实用新型馈电网络板俯视透视图。图4为本实用新型状态一时介质基板上加载物的结构示意图。图5为本实用新型状态二时介质基板上加载物的结构示意图。图6为本实用新型状态一的立体结构示意图。图7为本实用新型状态二的立体结构示意图。图8为本实用新型状态一的|S11|仿真曲线图。图9为本实用新型状态二的|S11|仿真曲线图。图10为本实用新型状态一的轴比仿真曲线图。图11为本实用新型状态二的轴比仿真曲线图。图12为本实用新型状态一的X-Y平面(theta＝90°)仿真方向图。图13为本实用新型状态一的X-Z平面(phi＝0°)仿真方向图。图14为本实用新型状态二的X-Y平面(theta＝90°)仿真方向图。图15为本实用新型状态二的X-Z平面(phi＝0°)仿真方向图。图16为本实用新型状态一的增益仿真曲线图。图17为本实用新型状态二的增益仿真曲线图。其中：10、馈电网络板；1、顶层金属贴片；2、中间介质基板；3、金属底板；4、寄生单元；5、倾斜振子的上半部；6、倾斜振子的下半部；7、二氧化钒谐振单元；8、水平部；9、竖直部；20、介质基板。具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本实用新型的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本实用新型的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本实用新型，而不构成为对本实用新型的限制。一种基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，如图6和图7所示，包括水平设置的馈电网络板10，以及竖直环绕设置在馈电网络板10四周、并与馈电网络板10的四边共形触接的介质基板20。馈电网络板10共形于四个介质基板20的水平中心线处，即馈电网络板在竖直方向的投影与介质基板在水平方向的中心线重合，馈电网络板水平居中位于四个竖直介质基板之间。水平居中设置的馈电网络板呈正方形，边长为50mm，厚度为0.8mm；与馈电网络板竖直共形的四个介质基板均为矩形且尺寸相同，介质基板的宽度与馈电网络板的边长相同，即介质基板宽度也为50mm，介质基板长度为70mm、厚度为0.08mm。介质基板的型号RogersRT/duroid6002，介电常数为3，损耗角正切为0.0012。上述天线结构简单，空间利用率高。每个介质基板20上均加载有倾斜振子，倾斜振子包括两部分，以介质基板水平中心线为基准，分布在其上侧的为倾斜振子的上半部5，分布在其下侧的为倾斜振子的下半部6。其中，上半部5包括上倾斜部和加载在该上倾斜部顶端的水平部8，下半部6包括下倾斜部和加载在该下倾斜部底端的竖直部9；上倾斜部和下倾斜部与竖直方向的夹角均为53°，水平部8与竖直部9的形状均为矩形且尺寸相同，长度为15mm，宽度为7.5mm。如图1-3所示，馈电网络板10包括从上至下依次触接排列的顶层金属贴片1、中间介质基板2和金属底板3，其中，金属底板3与四个倾斜振子触接并对倾斜振子进行等幅同相馈电。顶层金属贴片与金属底板均为铜片，铜片的厚度为0.018mm；中间介质基板的型号为RogersRT/duroid5880，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。图4中示出，倾斜振子的一侧加载有寄生单元4，该寄生单元4与竖直方向的夹角为48°，寄生单元的长度为47mm、宽度为0.5mm。由图中可知，与倾斜振子非触接，图5中示出，倾斜振子的另一侧还加载有二氧化钒谐振单元7，二氧化钒谐振单元呈“L”形，触接在倾斜振子的下方，其水平方向长度为39mm，竖直方向长度为23.4mm，宽度为3.5mm。二氧化钒谐振单元由反应溅射法制成，当温度低于二氧化钒相变温度(68℃)时，二氧化钒区域处于绝缘态等同于介质层；当温度高于或等于二氧化钒相变温度时，二氧化钒区域处于金属态等同于金属层。本实用新型基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，根据二氧化钒的相变温度可分为两种工作状态。工作状态一：当温度低于相变温度时，二氧化钒谐振单元处于绝缘态，等同于介质层，介质基板上加载物的结构如图4所示，天线整体结构如图6所示；工作状态二：当温度高于或等于相变温度时，二氧化钒谐振单元处于金属态，等同于金属层，介质基板上加载物的结构如图5所示，天线整体结构如图7所示。通过温度调控，可控制二氧化钒谐振单元的相变状态，从而实现天线工作频带可调谐的功能。本实用新型具体实施例的相关结构参数如下表所示：参数abcd数值(mm)423.535.5参数efgh数值(mm)110.51.55参数ijkl数值(mm)1.21022参数mnop数值(mm)2.42.5200.5参数qrst数值(mm)47157.532.6参数uvwx数值(mm)23.41.23.539参数yzβ1β2数值7.5mm15mm48°53°图8至图11为本实用新型在两种工作状态下的|S11|仿真曲线和轴比仿真曲线。由图中可知，当二氧化钒谐振单元为绝缘态时，双频全向圆极化天线的阻抗带宽为40.7％(1.76GHz-2.66GHz)，3dB轴比带宽为39.3％(1.86GHz-2.77GHz)，有效带宽为35.4％(1.86GHz-2.66GHz)；当二氧化钒谐振单元为金属态时，双频全向圆极化天线阻抗带宽为13.8％(1.62GHz-1.86GHz)，3dB轴比带宽为21.3％(1.68GHz-2.08GHz)，有效带宽为10.2％(1.68GHz-1.86GHz)。由此可知，该天线通过温度控制二氧化钒谐振单元的相变状态，可动态实现工作频率的重构。图12至图15为本实用新型在绝缘态、金属态两种工作状态下的X-Y平面(theta＝90°)和X-Z平面(phi＝0°)仿真方向图，由图中可知，两种状态下天线的垂直面(X-Z平面)仿真方向图呈“∞”形，最大辐射角度为theta＝90°；两种状态下天线的水平面(X-Y平面)仿真方向图为全向辐射。此外，水平面的主极化(右旋圆极化)比交叉极化(左旋圆极化)大至少15dB，主极化的不圆度小于0.5dB，表明天线的全向辐射性能良好。由此可知，该天线通过温度调控，可实现其辐射方向的重构。图16和图17为本实用新型在两种工作状态下的增益仿真曲线图，由图中可知，该天线在绝缘态、金属态两种状态下，其各自工作频段的平均增益均大于1.2dBi。上述两种工作状态，实现了该全向圆极化天线在S波段的双频段工作。由此可知，通过改变温度，可以调控该全向圆极化天线的工作频段，使得天线在1.68GHz-2.66GHz中的两个频段调谐工作，具有频带覆盖范围宽，实用性强，可温度调控，功能性强等特点。综上所述，本实用新型提供的基于二氧化钒的双频全向圆极化天线，结构简单，空间利用率高；本实用新型基于二氧化钒谐振单元的加载，可以通过控制温度进而改变二氧化钒区域的相变状态，动态地实现工作频率和辐射方向的重构，此外，通过温度控制可实现天线工作频带的调控，使天线在S波段中的两个频段工作，频带覆盖范围宽，辐射性能佳且实用性强，适用于复杂电磁环境。应该注意的是，上述实施例是对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。当前第1页1 2 3