[发明专利]一种具有端射特性的频率可重构滤波天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及电磁场与微波技术领域的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线。本发明在X、Ku和Ka三个频带内可调工作，具有端向辐射的方向图，适用于现代化的宽带频率可调、端向辐射、高通断比特性的频率可重构滤波天线。

背景技术

随着无线通信的发展，天线对于整个通信设备的重要性更加显著，具有低剖面，高增益以及足够的带宽等特性的天线也将是通信系统发展的趋势和要求。同时随着通信系统功能的增加，各个载体上搭载的天线数量越来越多，所负载的重量也随之增加，并且由于空间限制，多个天线的放置将影响各个天线特性甚至整个系统的工作特性，电磁兼容性成为了一个重要的问题。通常，频率可重构天线实现主要有以下两种方法：

西安电子科技大学申请的专利“小型化三阶频率可重构北斗导航天线”(申请号：201410003838.6，公开号：103794870A)中提出了一种机械式频率可重构天线。该天线由可旋转的圆柱体和短路加载微带天线结构组成。通过旋转天线上半部分使得天线在北斗二代导航系统的三个频带切换，利用短路加载结构的连通与断开，实现了微带天线的频率可重构。虽然，采用该天线结构的天线频带宽，电压驻波比低。但是，该天线结构存在的不足之处有三点，第一，采用机械旋转结构，会导致天线的体积增大，增加系统的载荷要求。第二，该天线结构使得天线与系统集成难度高。第三，该天线结构在馈电处采用三组L型馈电探针配置，使得天线加工难度高，系统误差大。

电子科技大学申请的专利“一种频率可重构的超宽带天线”(申请号：201110179150.X，公开号：102306870A)中提出了一种频率可重构的超宽带天线，该天线结构通过在介质上表面印制单极子辐射单元，该印制单极子由多个线型排列的辐射单元组成，在各辐射单元上加载电子开关实现频率可重构特性，该天线结构通过微带馈线对天线进行馈电。采用该天线结构在超宽频带内增益平坦，结构简单。但是，该天线结构存在的不足之处有两点，第一，采用电子开关简单加载于天线辐射单元上，会导致天线的通断比差。第二，该天线结构使得天线体积大，不利于系统集成。

综上所述，目前可重构天线面临着三个问题，1.可调频率主要集中在WLAN等低频频带，适用于高频X、Ku波段甚至Ka波段的卫星天线较少。2.开关的选择，PIN管的使用方法更加成熟，但是在天线上加载PIN管时直流偏置线的设计对天线影响较大，MEMS开关使用便利，但是对MEMS开关制备方法发展不够成熟，同时费用较高，工程化使用存在问题。3.在低剖面的条件下无法满足天线端向辐射的要求。4.天线在不同的工作频带的通断比不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种端向辐射、三频可调、高通断比、控制简单的可调滤波天线，利用天线自身结构特点，根据普通碟形偶极子天线的阻抗特点，在辐射单元上以及馈电结构两侧设计频率可重构结构。在工作频段内实现了X、Ku和Ka三个频带内三频可调、水平方向的端向辐射特性，天线最大增益方向在水平方向。

实现本发明的具体思路是：采用印制在介质基板上下表面的共形偶极子做为辐射体，根据该共形偶极子的阻抗特点，在辐射单元上以及馈电结构上设计滤波单元及可重构的射频控制系统。通过现代全局优化算法优化滤波单元结构的尺寸及位置，实现滤波天线阻抗的匹配及可重构特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明包括辐射结构、馈电结构、滤波结构、射频控制系统、反射结构及其介质基板；介质基板上下表面的第三辐射单元分别与微带馈电结构间用双线馈电微带结构连接，滤波结构位于馈电结构的侧面，射频控制系统位于辐射结构与滤波结构的一侧，位于介质基板下表面的反射结构处于辐射结构的后侧。

辐射结构采用三个辐射单元，第一辐射单元印制在第二辐射单元的外侧、第二辐射单元印制在第三辐射单元的外侧，三个辐射单元依次纵向排列印制在介质基板的两个表面，三个辐射单元组成共形偶极子。馈电结构采用双线馈电微带结构和微带馈电结构，双线馈电微带结构和微带馈电结构，沿介质基板水平中心线从左至右依次连接。