[发明专利]基于可重构馈电网络的单极子天线及无线通信多功能系统

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种基于可重构馈电网络的单极子天线及无线通信多功能系统，包括：介质板；位于介质板上表面的辐射单元、微带馈线、滤波单元以及射频控制电路和位于介质板下表面的馈线接地板；辐射单元为椭圆形单极子；辐射单元与微带馈线直接连接；滤波单元和微带馈线通过PIN二极管连接。本发明适用于UWB/WLAN无线通信多功能系统，通过控制PIN二极管的通断，可以使得馈电网络在宽带响应和窄带响应之间调频，从而实现天线结构从宽带到窄带状态的频带切换；此外，在窄带状态可以实现良好的频率选择性和高谐波抑制特性。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于可重构馈电网络的单极子天线及无线通信多功能系统。

背景技术

由于无线通信系统的快速发展，电磁频谱的使用日趋频繁，另一方面，目前所分配的频段又未能得到充分利用，智能通信系统的发展有效利用了频谱资源，引起了人们的极大关注。为了解决上述问题，需要设计两个单独的天线，即用于扫描频谱的宽带天线和用于通信的窄带频率可重构天线。为了进一步减小RF前端的尺寸和复杂性，通过将两个单独的天线组合设计，使得天线可以在宽带和窄带状态下切换工作。同时，在RF前端中，滤波器的设计是必不可少的，直接级联设计时会加入匹配电路以避免器件间阻抗失配和性能恶化。但是，随之而来的后果就是使得系统变得复杂，尺寸和损耗也会变大。因此将滤波器与天线作为一个整体进行集成设计就显得很有必要，这不仅可以使系统的重量和尺寸减小，也能使系统的各项性能得到提高。在文献“Reconfiguring UWB Monopole Antenna forCognitive Radio Applications Using GaAs FET Switches”中提出了一种频率可重构单极子天线，该天线结构通过使用可重构阻抗匹配网络，实现宽带到窄带的频带切换。其中，窄带频率可重构是通过两个GaAs场效应晶体管(FET)开关来控制不同短截线和单极子主馈线之间的连接来实现的。该天线通过使用FET开关实现窄带频率调频，所以开关的数量及其偏置网络随着实现的窄带状态的数量而增加。尽管偏置网络对天线的辐射特性具有较小的影响，但是天线成本和设计复杂度会随之显著增加，不便于认知无线电系统的RF前端设计。在文献“A Wideband-to-Narrowband Tunable Antenna Using A ReconfigurableFilter”中提出了一种频率可重构单极子天线。该天线由集成带通滤波器的微带线馈送RF信号，通过控制PIN二极管的通断，天线可以在宽带状态或窄带状态下工作。在窄带状态下，采用两个变容二极管连续地将天线工作频率从3.9GHz调频到4.82GHz。该天线的窄带频率可重构是通过使用两个变容二极管控制的可重构滤波器实现的，因此，该天线可以在窄带连续调频。但是由于变容二极管的偏置电压范围以及可重构滤波器的频带限制，导致该天线在窄带状态的可调频范围较小。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的滤波天线结构复杂，尺寸和损耗较大，可调范围较小。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于可重构馈电网络的单极子天线及无线通信多功能系统。

本发明是这样实现的，一种基于可重构馈电网络的单极子天线，所述基于可重构馈电网络的单极子天线包括：

介质板；

印刷在介质板上表面的辐射单元、微带馈线、滤波单元以及射频控制电路和印刷在介质板下表面的馈线接地板；

辐射单元为椭圆形单极子；辐射单元由50Ω微带馈线馈电；

滤波单元和微带馈线通过PIN二极管连接。

进一步，所述椭圆形单极子的长轴与宽轴的比值为2。

进一步，所述滤波单元采用分布在微带馈线两侧的开环带通滤波器和发卡带通滤波器。

进一步，所述射频控制电路包括五个PIN二极管、四个电感、三个电容、三个接地过孔和三条高阻抗偏置线；