一种频率和极化可编程贴片天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域，设及一种频率和极化可编程贴片天线。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信系统的迅速发展，天线作为其中的关键部件，需要能适应多变的环 境W及更小的设计空间。为了提高信息容量和天线对环境的适应度，就需要对其进行可重 构的设计。可编程天线是可重构天线的一种实现方法，首先要在单一天线上构造尽可能多 的工作模式，其次，每种工作模式可W通过一个或多个开关进行选择，通过对开关状态进行 编程控制就能够实现在多种工作模式之间的灵活切换。与通常的可重构天线相比，可编程 天线的优势在于可实现的工作模式多W及可W简单迅速地进行切换。
[0003] 可编程技术在微波器件的应用由来已久，包括增益可编程的放大器、频率可编程 的振荡源、可编程滤波器W及可编程的数字移相器等等，但是在天线领域可编程技术的应 用范围还不甚广泛。对天线进行可重构设计一般分为对馈电网络进行可重构和对天线结构 进行可重构两种方法。对馈电网络可重构可W通过改变不同端口的馈电相位来使天线工作 在不同的极化特性下，但是由于天线的工作频率一般主要由其结构的谐振长度决定，因此 该种方法很难同时对天线的工作频率进行可重构。对天线的结构进行可重构可W改变其工 作频率和极化，但是对天线结构的破坏会伴随性能的恶化，同时不同模式之间的影响不可 避免，因此该种方法可W实现的模式选择数量比较受限。已有的可编程天线除了对单个单 元进行控制的阵列天线W外，就是对反射面相位进行编程控制的反射阵天线，然而该两种 实现方法都具有较大的体积、复杂的馈电W及数量庞大的开关。因此，本发明致力于实现一 种结构简单、模式多样、易于控制的可重构贴片天线。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种频率和极化可编程贴片天线，解决了现有可编程天线 体积大、馈电网络复杂、工作模式有限的缺点。
[0005] 本发明所采用的技术方案是包括从上向下依次设置的第一金属覆盖层，介质层、 第二金属覆盖层、第一金属化通孔、第二金属化通孔、第=金属化通孔、第四金属化通孔；
[0006] 所述第一金属覆盖层包括馈电线和福射贴片，馈电线包括能与外部馈电端口相连 的微带线，微带线通过高阻线连接福射贴片的一边；福射贴片为正方形的金属贴片，在靠近 福射贴片另一边即福射边的位置蚀刻有一个缝隙，缝隙与福射边平行；
[0007] 第一金属化通孔、第二金属化通孔、第=金属化通孔、第四金属化通孔位于缝隙弯 折部分的两侧、两端分别连接第一金属覆盖层和第二金属覆盖层，在第一金属化通孔、第二 金属化通孔、第=金属化通孔、第四金属化通孔上分别设有开关，当某个开关导通时，第一 金属覆盖层通过该个开关所控制的金属化通孔与第二金属覆盖层相连。
[000引进一步，所述缝隙的中间部分呈首尾相接的U形，且U形边垂直于福射边。
[0009] 进一步，所述介质层与第二金属覆盖层为面积相同的正方形，其面积大于第一金 属覆盖层。
[0010] 进一步，所述开关为PIN二极管开关、MEMS开关或者机械式金属连接型开关。
[0011] 本发明的有益效果是提供了馈电网络结构简单、体积小、工作模式多样的可编程 天线。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明频率和极化可编程贴片天线结构示意图；
[0013]图2是本发明实施例的第一金属覆盖层结构示意图；
[0014] 图3是实施例的缝隙和开关示意图。
[0015] 图中，1.第一金属覆盖层，2.介质层，3.第二金属覆盖层，41.第一金属化通孔， 42.第二金属化通孔，43.第S金属化通孔，44.第四金属化通孔，5.微带线，6.高阻线， 7.缝隙。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明天线如图1所示，包括从上向下依次设置的第一金属覆盖层1，介质层2、第 二金属覆盖层3、第一金属化通孔41、第二金属化通孔42、第=金属化通孔43、第四金属化 通孔44;第一金属覆盖层1包括馈电线和福射贴片，馈电线包括能与外部馈电端口相连的 50Q的微带线5,微带线5通过高阻线6连接福射贴片的一边；福射贴片为正方形的金属贴 片，在靠近福射贴片另一边即福射边的位置蚀刻有一个缝隙7,缝隙7与福射边平行，缝隙7 的中间部分弯折，最好呈首尾相接的U形，且U形边垂直于福射边；第一金属化通孔41、第 二金属化通孔42、第=金属化通孔43、第四金属化通孔44位于缝隙7弯折部分的两侧、两 端分别连接第一金属覆盖层1和第二金属覆盖层3,在第一金属化通孔41、第二金属化通孔 42、第=金属化通孔43、第四金属化通孔44上分别设有开关，当某个开关导通时，第一金属 覆盖层1通过该个开关所控制的金属化通孔与第二金属覆盖层3相连；其中，开关优选PIN 二极管开关。介质层2与第二金属覆盖层3为面积相同的正方形，其面积大于第一金属覆 盖层1。高阻线6能设置为不同长度和宽度。
[0018] 本发明的技术方案的原理是：改变上述高阻线6的长度和宽度可W匹配到不同的 输入阻抗，同时加载开关可W对阻抗匹配进行改善，所W可W将高频匹配到最佳，使低频的 失配用开关来改善。上述弯折缝隙7的位置靠近贴片的福射边，对于TMi。。模，贴片的福射边 为电流零点，缝隙7的影响很小；对于TMw。模，缝隙7所处位置的电流较大，又与谐振电流 的方向垂直，从而对电流的干扰比较大。当缝隙7的长度和位置比较合适时，使得其中一个 半波长谐振区域缩小，同时由于电流在缝隙7周围绕行，产生的远场福射抵消，TM2。。模的两 个波束W及中间的零点消失，变成一个类似于TMi。。模的波束。如果把缝隙7及周围的贴片 看作两个U型支节对接在一起，在TM2。。模式下可W看作电流在一个支节上谐振。对于TM1。。 模也可W把该一区域看作U型支节，只不过没有谐振。而缝隙在中间的弯折相当于把U型 支节上的电流路径加长了，有助于略微降低工作频率。
[0019] 当四个开关中Si、Ss和S4都断开，S2闭合时，对于TMi。。模，右边支节靠近贴片内部 的一端通过开关接地，相当于在支节的末端加载了一段电感，从而改变了表面电流的相位， 形成了圆极化；对于TMw。模，开关同样相当于电感接地，但是由于受到贴片下半部分谐振 电流的影响，此时的电感是一个负电感，相当于缩短了谐振长度。因此相比于四个开关全部 断开的情况，此时的高频向上移动了一些。当把导通的开关从S2变成Si，则低频由右旋圆 极化变成左旋圆极化。当开关Si和S2导通，S3和S4断开时，对于低频相当于左右两个U型 支节对称加载了电感，就不存在表面电流的相位差了，因此此时为双频线极化工作。同时对 本来失配的低频输入阻抗进行了补偿，从而在不影响高频的情况下，改善了低频的匹配。对 于S3或S4其中至少有一个导通时，TM1。。模式严重失配，只有TM2。。模式一个工作频率，但是 对于不同开关的组合，由于所呈现的电感加载不同，工作的频率也不同。因此通过对开关状 态的调节可W实现频率的调节。由于此时的工作频率为TM2。。模的谐振频率，因此都为线极 化工作状态。
[0020] 为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，如图2和 图3所示，一个频率和极化可编程贴片天线天线。介质基片厚度为2mm，介电常数为2. 55 的F4B基片。对应的天线的几何参数取值如下；a= 75mm,b= 36.8mm,li=6. 9mm, 12= 12mm,13= 31. 4mm, 14= 26mm,g= 2. 5mm,p= 2. 4mm,w= 3. 34mm,d= 1mm,q= 2. 35mm。测 试结果表明，该天线在双频线极化工作模式下的工作频段分别为2. 47GHz和4GHz，在右旋 圆极化-线极化工作模式下的工作频率分别为2. 45GHz和3. 89GHz，其中2. 45GHz的轴比为 0.86地。天线在单频工作下的工作频率如表1所示，其中工作模式的编码规则为，当某个开 关导通时计为"1"，断开时计为"0"，例如当S2和S4导通时，S1S2S3S4的状态为0101。在所 有频率下天线的交叉极化均小于-15地。
[0021] 表1
[0022]
【主权项】
1. 一种频率和极化可编程贴片天线，其特征在于：包括从上向下依次设置的第一金属 覆盖层（1)，介质层（2)、第二金属覆盖层（3)、第一金属化通孔（41)、第二金属化通孔（42)、 第三金属化通孔（43)、第四金属化通孔（44); 所述第一金属覆盖层（1)包括馈电线和辐射贴片，馈电线包括能与外部馈电端口相连 的微带线（5)，微带线（5)通过高阻线（6)连接辐射贴片的一边；辐射贴片为正方形的金 属贴片，在靠近辐射贴片另一边即辐射边的位置蚀刻有一个缝隙（7)，缝隙（7)与辐射边平 行； 第一金属化通孔（41)、第二金属化通孔（42)、第三金属化通孔（43)、第四金属化通孔 (44)位于缝隙（7)弯折部分的两侧、两端分别连接第一金属覆盖层（1)和第二金属覆盖层 (3)，在第一金属化通孔（41)、第二金属化通孔（42)、第三金属化通孔（43)、第四金属化通 孔（44)上分别设有开关，当某个开关导通时，第一金属覆盖层（1)通过这个开关所控制的 金属化通孔与第二金属覆盖层（3)相连。
2. 按照权利要求1所述一种频率和极化可编程贴片天线，其特征在于：所述缝隙（7) 的中间部分呈首尾相接的U形，且U形边垂直于辐射边。
3. 按照权利要求1所述一种频率和极化可编程贴片天线，其特征在于：所述介质层（2) 与第二金属覆盖层（3)为面积相同的正方形，其面积大于第一金属覆盖层（1)。
4. 按照权利要求1所述一种频率和极化可编程贴片天线，其特征在于：所述开关为PIN 二极管开关、MEMS开关或者机械式金属连接型开关。
【专利摘要】本发明公开了一种频率和极化可编程贴片天线，包括从上向下依次设置的第一金属覆盖层，介质层、第二金属覆盖层和四个金属化通孔；第一金属覆盖层包括馈电线和辐射贴片，馈电线包括能与外部馈电端口相连的微带线，微带线通过高阻线连接辐射贴片的一边；辐射贴片为正方形的金属贴片，在靠近辐射贴片另一边即辐射边的位置蚀刻有一个缝隙，缝隙与辐射边平行；金属化通孔位于缝隙弯折部分的两侧、两端分别连接第一金属覆盖层和第二金属覆盖层，金属化通孔上分别设有开关，当某个开关导通时，第一金属覆盖层通过这个开关所控制的金属化通孔与第二金属覆盖层相连。本发明的有益效果是提供了馈电网络结构简单、体积小、工作模式多样的可编程天线。
【IPC分类】H01Q1-38
【公开号】CN104810616
【申请号】CN201510182499
【发明人】林先其, 张瑾, 江源, 于家伟, 康湛毓, 梅鹏, 刘中华, 华彦平
【申请人】江苏亨鑫科技有限公司, 电子科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月16日