基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，包括天线辐射单元、金属接地板、天线馈电单元、第一介质基板和第二介质基板、单刀四掷开关芯片，其中，天线辐射单元位于第一介质基板的上表面，金属接地板位于第一介质基板的下表面和第二介质基板上表面，天线馈电单元和单刀四掷开关芯片位于第二介质基板的下表面，天线馈电单元通过金属柱与天线辐射单元相接。本发明专利技术通过控制单刀四掷开关芯片的工作状态来改变圆形贴片天线的馈电位置，从而实现一种结构简单、损耗低、可靠性高、无需额外设计偏置电路、具有四种线极化状态可重构特性的极化可重构微带天线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波无源器件
，特别是一种基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线。
技术介绍
微带天线由于体积小、重量轻、剖面薄、易共形、制造工艺简单、成本低、易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点长久以来得到各界广泛关注。近年来，随着无线通信频谱变得越来越拥挤、电波多径传播造成的信号衰落越来越严重，传统的微带天线将不再适用于现代无线通信系统中。因此，设计具有抗多径衰落同时能够实现频率复用增加信道容量的极化可重构微带天线具有广泛的应用前景。在目前已公布的文献中，大部分的极化可重构的微带天线都是通过在传统微带天线中引入PIN二极管开关、MEMS(微电子机械)开关或者变容二极管来实现极化的可重构。然而，(1)PIN二极管开关需要额外的偏置电路，同时具有低Q值和高功率损耗；(2)MEMS开关需要额外的偏置电路，同时其工作状态的切换需要比较长的时间和比较大的直流偏置电压；(3)变容二极管需要额外的偏置电路，同时其具有非线性和高功率损耗；这些方面的缺陷将限制这些极化可重构的微带天线在现代无线通信系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、损耗小、易集成、无需设计额外偏置电路的基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，包括圆形贴片、第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱、第一背面金属支撑共面波导结构、第二背面金属支撑共面波导结构、第三背面金属支撑共面波导结构、第四背面金属支撑共面波导结构、第五背面金属支撑共面波导结构、第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔、第四圆孔、第一介质基板、第二介质基板、金属接地板、第一方形贴片、第二方形贴片、第三方形贴片、单刀四掷开关芯片、电容；其中圆形贴片设置于第一介质基板的上表面，金属接地板设置于第一介质基板的下表面和第二介质基板的上表面之间；第一～五背面金属支撑共面波导结构和单刀四掷开关芯片设置于第二介质基板的下表面；所述第一～四圆孔设置于金属接地板表面并蚀刻穿透金属接地板；第一～四金属柱垂直穿过第一介质基板和第二介质基板，并分别穿过金属接地板上的第一～四圆孔与圆形贴片连接；单刀四掷开关芯片设置于第一～五背面金属支撑共面波导结构的中心位置，且第一～五背面金属支撑共面波导结构分别与单刀四掷开关芯片连接，电容设置于第一背面金属支撑共面波导结构上；第一～三方形贴片分别通过微带线与单刀四掷开关芯片连接。进一步地，所述第一～四金属柱至圆形贴片圆心的距离相等，且第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱相邻两个之间角度差为45度。进一步地，所述第一～五背面金属支撑共面波导结构关于第一背面金属支撑共面波导结构呈对称结构分布，其中第一背面金属支撑共面波导结构由第一微带线和第一接地面组成，第二背面金属支撑共面波导结构由第二微带线和第二接地面组成，第三背面金属支撑共面波导结构由第三微带线和第三接地面组成，第四背面金属支撑共面波导结构由第四微带线和第四接地面组成，第五背面金属支撑共面波导结构由第五微带线和第五接地面组成，其中第一接地面、第二接地面、第三接地面、第四接地面和第五接地面均通过金属通孔与金属接地板连接，第一金属柱位于第二微带线上、第二金属柱位于第三微带线上、第三金属柱位于第四微带线上、第四金属柱位于第五微带线上。进一步地，所述的第一背面金属支撑共面波导结构、第二背面金属支撑共面波导结构、第三背面金属支撑共面波导结构、第四背面金属支撑共面波导结构、第五背面金属支撑共面波导结构的特性阻抗均为50欧姆。进一步地，所述单刀四掷开关芯片的射频输入端口与第一微带线连接，四个可选通的射频输出端口分别与第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线连接，通过控制单刀四掷开关芯片的四个射频输出端口的选通状态，天线的馈电位置在第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱之间切换，实现天线的极化可重构。进一步地，所述电容的容值为100pF，设置于与射频输入端口连接的第一微带线上，电容用于隔断直流信号，而对射频信号没影响。进一步地，所述第一方形贴片通过导线与一组直流电压源的正极连接，第二方形贴片通过导线与另一组直流电压源的正极连接，第三方形贴片通过导线与第三组直流电压源的正极连接，其中与第一方形贴片、第二方形贴片连接的两组直流电压信号控制单刀四掷开关芯片的工作状态，与第三方形贴片连接的直流电压信号为单刀四掷开关芯片提供标准参考电压。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术的结构简单，可在普通PCB板上实现，便于加工，生产成本低；(2)本专利技术的极化可重构天线采用的单刀四掷开关芯片，只需要提供CMOS水平的电压来实现天线极化状态的改变，不需要额外的偏置电路，结构紧凑；(3)本专利技术的极化可重构天线在同一个工作频率处具有四种线极化状态可切换的特性，非常适用于现代无线通信系统。附图说明图1是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的俯视图。图2是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的侧视图。图3是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的仰视图。图4是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线在四种极化状态下的电流矢量图。图5是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1的结构尺寸示意图，其中(a)是俯视图，(b)是仰视图。图6是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1在四种极化状态下回波损耗的仿真结果图。图7是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1在极化状态1中心频率处的仿真辐射方向图，其中(a)是E面的辐射方向图，(b)是H面的辐射方向图。图8是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1在极化状态2中心频率处的仿真辐射方向图，其中(a)是E面的辐射方向图，(b)是H面的辐射方向图。图9是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1在极化状态3中心频率处的仿真辐射方向图，其中(a)是E面的辐射方向图，(b)是H面的辐射方向图。图10是本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线的实施例1在极化状态4中心频率处的仿真辐射方向图，其中(a)是E面的辐射方向图，(b)是H面的辐射方向图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1、图2和图3，本专利技术基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，包括圆形贴片1、第一金属柱2、第二金属柱3、第三金属柱4、第四金属柱5、第一背面金属支撑共面波导结构11、第二背面金属支撑共面波导结构21、第三背面金属支撑共面波导结构31、第四背面金属支撑共面波导结构41、第五背面金属支撑共面波导结构51、第一圆孔22、第二圆孔32、第三圆孔42、第四圆孔52、第一介质基板6、第二介质基板7、金属接地板8、第一方形贴片9、第二方形贴片91、第三方形贴片92、单刀四掷开关芯片10、电容12；其中圆形贴片1设置于第一介质基板6的上表面，金属接地板8设置于第一介质基板6的下表面和第二介质基板7的上表面之间；第一～五背面金属支撑共面波导结构11、21、31、41、51和单刀四掷开关芯片10设置于第二介质基板7的下表面；所述第一～四圆孔22、32、42、52设置于金属接地板8表面并蚀刻穿透金属接地板8；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，其特征在于，包括圆形贴片(1)、第一金属柱(2)、第二金属柱(3)、第三金属柱(4)、第四金属柱(5)、第一背面金属支撑共面波导结构(11)、第二背面金属支撑共面波导结构(21)、第三背面金属支撑共面波导结构(31)、第四背面金属支撑共面波导结构(41)、第五背面金属支撑共面波导结构(51)、第一圆孔(22)、第二圆孔(32)、第三圆孔(42)、第四圆孔(52)、第一介质基板(6)、第二介质基板(7)、金属接地板(8)、第一方形贴片(9)、第二方形贴片(91)、第三方形贴片(92)、单刀四掷开关芯片(10)、电容(12)；其中圆形贴片(1)设置于第一介质基板(6)的上表面，金属接地板(8)设置于第一介质基板(6)的下表面和第二介质基板(7)的上表面之间；第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)和单刀四掷开关芯片(10)设置于第二介质基板(7)的下表面；所述第一～四圆孔(22、32、42、52)设置于金属接地板(8)表面并蚀刻穿透金属接地板(8)；第一～四金属柱(2、3、4、5)垂直穿过第一介质基板(6)和第二介质基板(7)，并分别穿过金属接地板(8)上的第一～四圆孔(22、32、42、52)与圆形贴片(1)连接；单刀四掷开关芯片(10)设置于第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)的中心位置，且第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)分别与单刀四掷开关芯片(10)连接，电容(12)设置于第一背面金属支撑共面波导结构(11)上；第一～三方形贴片(9、91、92)分别通过微带线与单刀四掷开关芯片(10)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，其特征在于，包括圆形贴片(1)、第一金属柱(2)、第二金属柱(3)、第三金属柱(4)、第四金属柱(5)、第一背面金属支撑共面波导结构(11)、第二背面金属支撑共面波导结构(21)、第三背面金属支撑共面波导结构(31)、第四背面金属支撑共面波导结构(41)、第五背面金属支撑共面波导结构(51)、第一圆孔(22)、第二圆孔(32)、第三圆孔(42)、第四圆孔(52)、第一介质基板(6)、第二介质基板(7)、金属接地板(8)、第一方形贴片(9)、第二方形贴片(91)、第三方形贴片(92)、单刀四掷开关芯片(10)、电容(12)；其中圆形贴片(1)设置于第一介质基板(6)的上表面，金属接地板(8)设置于第一介质基板(6)的下表面和第二介质基板(7)的上表面之间；第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)和单刀四掷开关芯片(10)设置于第二介质基板(7)的下表面；所述第一～四圆孔(22、32、42、52)设置于金属接地板(8)表面并蚀刻穿透金属接地板(8)；第一～四金属柱(2、3、4、5)垂直穿过第一介质基板(6)和第二介质基板(7)，并分别穿过金属接地板(8)上的第一～四圆孔(22、32、42、52)与圆形贴片(1)连接；单刀四掷开关芯片(10)设置于第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)的中心位置，且第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)分别与单刀四掷开关芯片(10)连接，电容(12)设置于第一背面金属支撑共面波导结构(11)上；第一～三方形贴片(9、91、92)分别通过微带线与单刀四掷开关芯片(10)连接。2.根据权利要求1所述的基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，其特征在于：所述第一～四金属柱(2、3、4、5)至圆形贴片(1)圆心的距离相等，且第一金属柱(2)、第二金属柱(3)、第三金属柱(4)、第四金属柱(5)相邻两个之间角度差为45度。3.根据权利要求1或2所述的基于单刀四掷开关的极化可重构微带天线，其特征在于：所述第一～五背面金属支撑共面波导结构(11、21、31、41、51)关于第一背面金属支撑共面波导结构(11)呈对称结构分布，其中第一背面金属支撑共面波导结构(11)由第一微带线(111)和第一接地面(112)组成，第二背面金属支撑共面波导结构(21)由第二微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾辉，葛磊，王建朋，许丽洁，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32