[发明专利]一种二进制式的频率可重构微带天线

说明书

本发明公开了一种二进制式的频率可重构微带天线，属于基本电气元件的技术领域。该频率可重构天线由中间层介质基板、设置在中间层介质基板上的上层微带结构和具有矩形缺陷地结构的底层金属地板组成，其中，上层微带结构包含一段较短的微带馈电线、一根较长的主微带线和围绕在主微带线两侧不同大小的微带环形结构。主微带线以及两侧的环形结构间各留了一处间隙以放置三个PIN二极管，通过二极管的通断改变天线的有效电长度以实现三位的二进制频率可重构特性。本设计结构简单，体积较小，以微带电路形式实现，仅使用了三个PIN二极管开关就实现八种不同的工作状态，能够满足不同通信制式下的频率需求，低频工作状态下的方向图与半波振子的方向图类似，实现了H面上的全向辐射。

技术领域

本发明公开了一种二进制式的频率可重构微带天线，此天线拥有八种不同的工作状态，且覆盖了较宽的带宽，涉及无线通信中的可重构天线技术，属于基本电气元件的技术领域。

背景技术

当下无线通信的质量要求不断提高，天线是无线通信系统中不可缺少的一部分，通过对天线性能的改善从而可以大大影响整个无线通信系统的通信质量。传统天线一般设计为单一功能使用，现如今愈来愈趋向多功能化的天线才能满足不同移动通信制式下的频率需求。对于频率需求多样化和频谱资源紧张带来的一系列难题，可重构天线成为了一个较好的解决途径。可重构天线不仅能够改善天线的主要性能指标以满足不同移动通信制式的多种频率需求，还可以提高系统性能，缩小系统占用空间，简化系统结构，使天线和相邻模块相互配合，灵活可调。此外，具有可重构特性的天线不仅可以降低通信系统中天线的数目，还能在复杂的环境条件下使用。

1981年，D.Schaubert等人在“频率可重构、极化分集天线以及频率扫描阵列”中第一次提出了“可重构天线”。频率可重构天线顾名思义是在其它参数不变的前提下使工作频率根据不同使用情况可调，进而实现天线多频带或超宽带的特性。一般实现频率可重构的途径是在天线布局中加入开关元器件，通过控制开关的导通与断开改变天线的等效结构，实现不同的工作状态，而后使天线电性能参数变化。如Huda A.Majid等人在2012年发表了一篇文章“A Compact Frequency-Reconfigurable Narrowband Microstrip SlotAntenna”也是在微带单极子线天线的基础上，通过改变地板槽的有效电长度来实现频率可重构，但是其每个工作带宽都较窄，并且使用了多达5个PIN二极管开关，仅仅实现了6种不同的工作状态。

微带天线具有小型化和易于集成的特点，本申请旨在将能够实现指数个工作状态的PIN二极管用于微带天线集总元件的设计，实现一款二进制式的频率可重构微带天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种二进制式的频率可重构微带天线，通过三个开关调节天线的有效电长度进而达到八种不同工作状态，且天线在每一种工作状态下具有至少一个工作频带，天线在八种工作状态下的工作频带覆盖了较宽的频率范围，实现了频率可重构特性，解决了以往传统频率可重构天线集总元件较多、可重构状态较少的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种二进制式的频率可重构微带天线，包括：上层微带线结构、中间层介质基板、具有矩形缺陷地结构的底层金属地板，上层微带线结构附着在中间层介质基板上的上表面，底层金属地板附着在中间层介质基板的下表面，其中，上层微带结构包含一段较短的50欧姆微带馈电线、一根较长的主微带线、阻抗匹配枝节以及围绕在主微带线两侧电长度不同的微带环形结构。主微带线及其两侧微带环形结构的缝隙中都接有PIN二极管，通过控制PIN管的通断来改变天线的有效电长度，从而实现三位的二进制频率可重构特性。同时矩形缺陷地结构可以增大天线工作带宽和增益。

上述方案中，二进制式的频率可重构微带天线，在单极子线天线的基础上，为了实现阻抗匹配，主微带线的末端连接了宽度较小的阻抗匹配枝节。在50欧姆微带馈电线的正下方是与之长度相同的金属地板，缺陷地单元是在金属地板上刻蚀形成的空气单元。