一种小型化方向图可重构介质谐振天线

本发明属于无线通信，具体涉及一种小型化方向图可重构介质谐振天线。

背景技术：

1、方向图可重构天线能扩大辐射覆盖范围、抑制噪声干扰、克服多径效应，有利于提升无线通信系统的性能。波束扫描的方向图可重构天线可实现相控阵的功能，但相比于后者，方向图可重构天线仅用单元即可实现广角波束切换，集成度更高，有利于减小系统的复杂度，在无线通信领域中具有广阔的应用前景。

2、具有方向图可重构特性的微带贴片天线在过去若干年中得到了大量研究。最常见的一类实现贴片天线方向图可重构的方法是在辐射贴片附近布置具有引向器或反射器功能的寄生结构。第二种方法是通过激励不同辐射口径而获得不同方向的辐射波束，多被应用于方向图可重构端射天线。此外，改变馈电点以激励不同模式和基于阵列理论实现方向图可重构的方法也被应用。然而，微带贴片天线因其固有的导体损耗，其效率往往较低。

3、介质谐振天线因其自身损耗低、辐射效率高、易于激发等特点，近年来被逐渐应用于方向图可重构天线的设计。利用液体介质的流动性对天线波束进行调控是一种有效手段，但作为一种机械调控，其响应速度慢，难以满足高速通信的需求。与微带贴片天线相同，利用寄生结构实现介质谐振天线波束的电切换是一种常用的手段，但寄生结构往往位于辐射介质谐振器外部，占用了较多空间，致使天线整体结构偏大。此外，目前已设计的介质谐振天线都存在工作频带窄的不足。因此，设计一种结构紧凑、频带宽、电调控的方向图可重构介质谐振天线是一项有意义的工作。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有小尺寸、宽频带、高效率的方向图可重构介质谐振天线。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种小型化方向图可重构介质谐振天线，包括介质谐振器、介质基板、金属地、2块馈电贴片、4个寄生贴片、若干金属化通孔、2根金属柱、若干空气通孔以及可重构馈电网络；

3、馈电贴片和寄生贴片印制在介质谐振器上表面；介质谐振器置于介质基板之上；金属地印制在介质基板上表面，可重构馈电网络印制在介质基板下表面；

4、四个寄生贴片在介质谐振器上表面呈均匀的田字型分布；每个馈电贴片通过金属柱穿过介质谐振器和介质基板与可重构馈电网络连接；每片金属寄生贴片通过若干金属化通孔穿过介质谐振器与金属地连接；金属化通孔用于阻抗匹配的调节，从而激励起介质谐振器的te111模式；若干空气通孔开孔于介质谐振器的一条中轴线上；

5、可重构馈电网络用于通过调整电流流向来控制四个寄生贴片形成电偶极子二元阵列，与金属化通孔激励起介质谐振器的等效为一个磁偶极子的te111模式构成磁电偶极子产生双模谐振响应，从而拓宽天线的工作带宽。

6、具体的，介质谐振器采用陶瓷介质，印制有金属地和可重构馈电网络介质基板采用pcb板。天线整体采用pcb板、陶瓷介质和金属导体组合而成，结构简单，易于加工组装。使用高介电常数的陶瓷介质谐振器，有效减小了天线尺寸，可提升空间利用效率；同时具备较高的效率，减少能量损失。

7、本发明的有益效果是：介质谐振器与寄生贴片产生双模谐振响应，使得天线带宽较宽，完整地覆盖了5g-n78频段，适于5g场景下的应用。通过可重构馈电网络可实现不同方向的辐射波束，扩大了信号覆盖范围，有利于提升无线天线系统的性能。

技术特征：

1.一种小型化方向图可重构介质谐振天线，其特征在于，包括介质谐振器、介质基板、金属地、2块馈电贴片、4个寄生贴片、若干金属化通孔、2根金属柱、若干空气通孔以及可重构馈电网络；

2.如权利要求1所述天线，其特征在于，可重构馈电网络包括射频电路和直流偏置电路，射频电路包括一个y形电路，y形电路上加载有三个pin二极管，通过切换pin二极管的导通与断开，可以控制电流流向；四个直流偏置电路被印制在y形电路两侧，用于控制pin二极管的通断；电容被加载在y形电路的电流输入端口，以防止控制pin二极管的直流电泄漏。

3.如权利要求1所述天线，其特征在于，2个馈电贴片布置在4个寄生贴片内侧，以空气通孔所在的中轴线呈轴对称。

4.如权利要求1所述天线，其特征在于，介质谐振器与介质基板表面的形状和大小相同，为正方形。

5.如权利要求1所述天线，其特征在于，金属柱穿过金属地的位置处开有两个直径略大于金属柱的圆形孔，以避免与金属柱之间的电气连接。

6.如权利要求1所述天线，其特征在于，介质谐振器为陶瓷介质谐振器。

技术总结
本发明提出了一种小型化方向图可重构介质谐振天线，包括介质谐振器、4个金属寄生贴片、2个金属馈电贴片、金属地和包含有馈电网络的介质基板；每片金属寄生贴片通过若干金属化通孔穿过介质谐振器与连接金属底连接。金属贴片构成一个可切换的电偶极子二元阵列，介质谐振器的TE<subgt;111</subgt;被激励，等效为一个磁偶极子。互补的电偶极子阵列与磁偶极子构成带有双模响应的磁电偶极子，并形成定向辐射，合成的方向图辐射方向保持不变，但波束宽度增加。通过设置馈电网络上PIN二极管的导通/断开状态，介质谐振天线可以得到三种辐射模式。本天线在工作频带内能实现稳定的辐射方向图，具有小尺寸、低剖面、宽频带的特点。

技术研发人员：雷世文,孙晓童,陈梦龙,陈丰恺,赵程,田径,杨伟,孙凯,陈波,胡皓全
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15