一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，属于天线技术领域，该滤波天线包含三块介质基板，层叠贴片，驱动贴片，馈线部分，同轴电缆和接地板；三块介质基板层叠设置，层叠贴片设置在上层介质基板上表面，驱动贴片设置于中层介质基板的上表面，在驱动贴片上蚀刻有一对背靠背的U型槽；馈线部分包含矩形耦合条带，金属柱以及功分移相网络，矩形耦合条带设置在中层介质基板的下表面，功分移相网络设置在下层介质基板的上表面，矩形耦合条带通过金属柱连接到功分移相网络；接地板设置在下层介质基板的下表面，同轴电缆设置在接地板的中心。本发明专利技术天线结构简单、同时具有良好频率选择和带外抑制特性。

A Broadband Three-Polarization Reconfigurable Filter Antenna with High Gain

The invention relates to a broadband three-polarization reconfigurable filter antenna with high gain, belonging to the field of antenna technology. The filter antenna comprises three dielectric substrates, laminated patches, driving patches, feeder parts, coaxial cables and floor joints; three dielectric substrates are laminated, laminated patches are arranged on the surface of the upper dielectric substrates, and driving patches are arranged on the upper dielectric substrates. On the surface, a pair of back-to-back U-grooves are etched on the driving patch; the feeder part includes rectangular coupling strips, metal columns and power phase-shifting network; the rectangular coupling strips are arranged on the lower surface of the medium substrate; the power phase-shifting network is arranged on the upper surface of the lower medium substrate; the rectangular coupling strips are connected to the power phase-shifting network through the metal column; and the grounding plate is arranged on the lower medium. On the lower surface of the substrate, the coaxial cable is arranged at the center of the grounding plate. The antenna of the invention has simple structure, good frequency selection and out-of-band suppression characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线
本专利技术属于天线
，涉及一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线。
技术介绍
随着无线通信系统的快速发展，频谱资源日益匮乏，电磁环境越来越复杂。因此，能够根据用户需要而实现不同极化方式的极化可重构天线，因其具有增大信道容量、减小多径效应以及通信系统之间干扰、能够用单个天线实现多个单极化天线的极化方式从而减少系统尺寸等的特性而受到广泛关注。与此同时，滤波天线设计作为目前兴起的兼顾滤波器和天线两者功能的新型天线设计方法。滤波天线在频率和增益响应上均具有优良的频率选择特性和良好的带外抑制能力，适宜于有效减少复杂电磁环境下的无用信号干扰，提高通信系统的抗干扰能力以及由于传统的滤波器和天线级联而产生的匹配电路被省略从而缩减系统尺寸。显而易见，极化可重构滤波天线能够同时集成极化可重构天线和滤波天线的优点，它将会在增大信道容量的同时，成倍的提升高抗干扰能力以及减小系统尺寸。目前，能够实现三极化可重构滤波天线的设计很少。其中极化可重构功能一般是通过，采用加载开关元件在馈线上，或者辐射单元上，或者加载周期性结构来实现极化可重构。而滤波功能一般是通过加载滤波器或者滤波结构来实现，但是也会因此使天线带宽变小，寻求新颖的设计理念，开发设计结构紧凑、设计简单、易于加工且频带较宽的三极化可重构滤波天线成为目前广大天线工作者不断努力的方向。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，该天线结构简单、具有良好频率选择和带外抑制特性、能够实现线极化左旋、圆极化、右旋圆极化三种极化方式的实时切换。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，该滤波天线包含三块介质基板，层叠贴片，驱动贴片，馈线部分，同轴电缆和接地板；三块介质基板层叠设置，所述层叠贴片设置在上层介质基板上表面，所述驱动贴片设置于中层介质基板的上表面，且在所述驱动贴片上蚀刻有一对背靠背的U型槽；所述馈线部分包含矩形耦合条带，金属柱以及功分移相网络，所述矩形耦合条带设置在所述中层介质基板的下表面，所述功分移相网络设置在下层介质基板的上表面，所述矩形耦合条带通过所述金属柱连接到所述功分移相网络；所述接地板设置在所述下层介质基板的下表面，所述同轴电缆设置在接地板的中心，所述同轴电缆的内导体连接至所述功分移相网络，外导体连接至所述接地板。进一步，该滤波天线还包含隔离电阻，多个PIN二极管以及多个的隔交电感，所述隔离电阻设置在所述功分移相网络的出口位置，多个PIN二极管以及多个的隔交电感分别设置在功分移相网络的各个移相枝节之间。进一步，所述层叠贴片呈正方形，且设置在上层介质基板表面中心位置，层叠贴片边长为34.5-35.5mm，厚度为0.016-0.018mm。进一步，所述驱动贴片呈正方形，且驱动贴片的边长为34.5-36.5mm，厚度为0.016-0.018mm，两个背靠背的所述U型槽呈左右对称，两个U型槽相距9.5-10.5mm，所述U型槽横向长度为6.5-7.5mm，纵向长度为1-2mm。进一步，所述同轴电缆的内导体半径为0.55-0.65mm，电缆长度为4.8-5.1mm，内导体与微带线相连部分为半圆柱体，其长度为1.9-2.1mm，同轴电缆的外导体内径为2.0-2.1mm，外径为3.0-3.1mm。进一步，所述矩形耦合条带的数量为3，矩形耦合条带的长度为19.5-20.5mm，宽度为1.4-1.6mm，所述金属柱的数量为3，金属柱的半径为0.65-0.75mm，所述功分移相网络采用传统的威尔金森功分器，且在威尔金森功分器上封装一个阻值为100Ω的隔离电阻，所述威尔金森功分器与多个支节组成功分移相网络。进一步，所述支节分包含多个长度为4.5-5.5mm的支节Ⅰ和多个长度为26-27mm的支节Ⅱ。进一步，所述隔交电感的数量为6，多个支节Ⅰ和支节Ⅱ的末端通过隔交电感分别连接至5个直流焊盘，所述威尔金森功分器的中间位置通过一隔交电感连接至一直流焊盘，支节间以及支节与威尔金森功分器之间通过所述PIN二极管连接。进一步，所述接地板呈正方形，边长为115-125mm，厚度为0.016-0.018mm。进一步，三块介质基板均采用RT/Duroid5880材料制成，且上层介质基板与中层介质基板之间存在6.5mm的空气间隙，中层介质基板和下层介质基板之间存在1mm的空气间隙。本专利技术的有益效果在于：1)通过采用层叠结构来扩展带宽和提高增益；2)采用功分+移相网络的馈线来实现极化方式的可重构；3)通过馈线和贴片之间的耦合以及馈线本身具有的滤波特性来实现辐射零点的产生；4)采用结构简单且易于控制的PIN二极管来实时切换左旋圆极化、右旋圆极化、线极化三种方式。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术滤波天线整体结构三维视图；图2为本专利技术滤波天线整体结构的侧视图；图3为本专利技术滤波天线中馈线的整体结构三维视图；图4为本专利技术滤波天线中层叠贴片、驱动贴片和耦合条带正视图；图5为本专利技术滤波天线中下层介质基板上表面的功分移相网络的正视图；图6为本专利技术滤波天线下层介质基板的PIN二极管，隔交电感和隔离电阻的分布图；图7为本专利技术在线极化下的仿真阻抗带宽和可实现增益；图8为本专利技术在左旋圆极化下的仿真阻抗带宽(S11≤-10dB)和可实现增益；图9为本专利技术在右旋圆极化下的仿真阻抗带宽(S11≤-10dB)和可实现增益；图10为本专利技术在左旋圆极化和右旋圆极化的轴比带宽(AR≤3dB)；图11为本专利技术在2.9GHz频点下线极化在ZOX平面和ZOY平面的仿真二维辐射方向图；图12为本专利技术在2.9GHz频点下左旋圆极化在ZOX平面和ZOY平面的仿真二维辐射方向图；图13为本专利技术在2.9GHz频点下右旋圆极化在ZOX平面和ZOY平面的仿真二维辐射方向图；具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1、2、3所示，本专利技术为一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，包括层叠贴片1，驱动贴片2，馈线3，同轴电缆4，三块介质基板5、6、7，接地板8，耦合条带9，金属柱10，PIN二极管11，隔离电阻12，隔交电感13，直流焊盘14，移相条带15。层叠贴片1位于上层介质基板5的上表面，驱动贴片2位于中层介质基板6的上表面，且在该贴片内蚀刻有一对背靠背的U型槽；馈线部分3包括在中层介质基板6下表面的矩形耦合条带和通过金属柱10连接的位于下层介质基板上表面的功分移相网络。PIN二极管11、隔离电阻12、隔交电感13嵌入在下层介质基板7上表面的功分移相网络中；地板被印刷在下层介质基板7下表面。三块介质基板5、6、7的材料都是为RT/Duroid5880，其介电常数约2.2，损耗角正切约0.0009，介质基板边长L1为115-125mm的正方形，厚度为0.787mm。正方形的层叠贴片1位于上层介质基板5上表面顶部，其边长Ls为35-36mm，厚度为0.016-0.018mm。同轴电缆4内导体半径为0.55-0.65mm，电缆长度为4.8-5.1mm，内导体与微带线相连部分为半圆柱体，其长度为1.9-2.1mm，半径为0.55-0.65m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，其特征在于：该滤波天线包含三块介质基板，层叠贴片，驱动贴片，馈线部分，同轴电缆和接地板；三块介质基板层叠设置且上层介质基板与中层介质基板之间存在6.5mm的空气间隙，中层介质基板和下层介质基板之间存在1mm的空气间隙，三块介质基板平行放置。所述层叠贴片被设置于上层介质基板上表面，所述驱动贴片被设置于中层介质基板的上表面，在所述驱动贴片上蚀刻有一对背靠背的U型槽；所述馈线部分包含矩形耦合条带，金属柱以及功分移相网络，所述矩形耦合条带设置在所述中层介质基板的下表面，所述功分移相网络设置在下层介质基板的上表面，所述矩形耦合条带通过所述金属柱连接到所述功分移相网络；所述接地板设置在所述下层介质基板的下表面，所述同轴电缆设置在接地板的中心，所述同轴电缆的内导体连接至所述功分移相网络，外导体连接至所述接地板。

【技术特征摘要】
1.一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，其特征在于：该滤波天线包含三块介质基板，层叠贴片，驱动贴片，馈线部分，同轴电缆和接地板；三块介质基板层叠设置且上层介质基板与中层介质基板之间存在6.5mm的空气间隙，中层介质基板和下层介质基板之间存在1mm的空气间隙，三块介质基板平行放置。所述层叠贴片被设置于上层介质基板上表面，所述驱动贴片被设置于中层介质基板的上表面，在所述驱动贴片上蚀刻有一对背靠背的U型槽；所述馈线部分包含矩形耦合条带，金属柱以及功分移相网络，所述矩形耦合条带设置在所述中层介质基板的下表面，所述功分移相网络设置在下层介质基板的上表面，所述矩形耦合条带通过所述金属柱连接到所述功分移相网络；所述接地板设置在所述下层介质基板的下表面，所述同轴电缆设置在接地板的中心，所述同轴电缆的内导体连接至所述功分移相网络，外导体连接至所述接地板。2.根据权利要求1所述的一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，其特征在于：该滤波天线还包含隔离电阻，多个的PIN二极管以及多个隔交电感，所述隔离电阻设置在所述功分器的出口位置，多个的PIN二极管以及多个隔交电感分别设置在功分移相网络的各个移相枝节之间。3.根据权利要求1所述的一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，其特征在于：所述层叠贴片呈正方形，且设置在上层介质基板表面中心位置，层叠贴片边长为34.5-35.5mm，厚度为0.016-0.018mm。4.根据权利要求3所述的一种具有高增益的宽带三极化可重构滤波天线，其特征在于：所述驱动贴片呈正方形，设置在中层介质基板上表面中心位置，驱动贴片边长为34.5-36.5mm，厚度为0.016-0.018mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明春，李大疆，郭威威，陈晓明，汪洋，胡坤志，李梅，熊汉，理查德齐奥尔科夫斯基，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50