一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线制造技术

本发明专利技术涉及一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，包括自下而上依次层叠设置的下介质基板、金属反射地板、上介质基板和矩形介质贴片，矩形介质贴片与上介质基板之间设置有频率调谐结构，下介质基板的下表面设置有耦合差分馈电的微带馈线，金属反射地板开设有与微带馈线对应的耦合缝隙。本发明专利技术首次提出了一种工作在主模TM

【技术实现步骤摘要】
一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别涉及具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的飞速发展，稀缺的频谱资源和复杂的电磁环境使高性能天线的设计更具挑战性。为了满足现代无线通信的多功能、易集成、大容量和低成本的需求，双频无线通信系统受到了广泛的关注。同时，不断增加的无线应用与有限的天线安装空间之间的矛盾愈发显著，频率可重构天线也得到了越来越多的关注。它可以动态调整工作频率，并在未使用的频段提供噪声抑制，降低系统对前端电路的滤波要求。因此，具有频率可调谐功能的双频天线展现了巨大的应用前景。
[0003]目前，频率可重构双频天线的实现方法主要分为机械调谐和电子调谐。机械调谐方案具有高射频功率处理能力的优点，并且可以潜在地提供低调谐损耗。然而，机械致动器的切换时间较慢，需要较高的致动偏置电压，并且需要一定的实际空间来存储特定的液体或固体调谐材料。与机械调谐相比，电子调谐克服了响应速度慢、体积大的问题。在电子调谐元器件中，变容二极管具有结构简单、易于集成、可连续调谐等特点，这符合现代无线通信系统的高集成度、快速时变的要求。因此，基于变容二极管的频率可重构双频天线得到了广泛的研究。
[0004]微带贴片天线由于具有剖面低、重量轻、增益较高以及易于加载变容二极管等优点被广泛应用于频率可重构双频天线的设计中。通常，变容二极管被加载在微带贴片的中间或者侧面。然而，随着低频频谱逐渐拥挤，现代无线通信系统的工作频率持续上升，微带贴片天线的金属损耗将变得严重，从而降低辐射效率。作为一个良好的替代品，导体损耗几乎为零的介质谐振器天线被考虑用来设计频率可重构天线。但是，在介质谐振器上直接加载变容二极管是很困难的。为了解决加载问题，现有设计将变容二极管捆绑在介质谐振器上，以获得频率可调谐功能，但这会对天线的辐射性能产生显著的负面影响。同时，这些基于介质谐振器天线的频率可重构设计具有很高的剖面，并且都是单频带工作，大大限制了它们在现代无线通信系统中的应用范围。
[0005]在2013，研究者将一个高剖面的介质谐振器压缩成一个介质贴片，并将其与低介电常数的基板融合，设计出一款准平面的介质贴片天线。随后的研究表明，在保持低剖面特性的同时，介质贴片天线具有类似于微带贴片天线的高增益特性。同时，这种天线也有着很大的设计自由度。此外，基板的存在解决了设计中谐振器难以与微带电路集成的问题。因此，介质贴片天线在尺寸和性能上是传统微带贴片天线和介质谐振器天线之间的良好折衷。然而，到目前为止，尚未有研究者提出基于介质贴片天线的频率可重构双频天线。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种结构简单的具有频率可
调谐功能的双频介质贴片天线。
[0007]为实现本专利技术目的，本专利技术提出的具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，具有下介质基板和介质贴片谐振器，所述介质贴片谐振器包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、上介质基板和介质贴片，其特征在于：所述介质贴片为长方形介质贴片，介质贴片谐振器具有主模和高次模，所述上介质基板上表面的垂直中分面上设置有一对微带线，所述微带线部分地插入到介质贴片和上介质基板之间，所述微带线的外端与金属反射地板之间加载有变容二极管，所述微带线和变容管二极管构成频率调谐结构，仅用于调谐所述介质贴片谐振器的高次模频率；所述下介质基板的下表面的垂直中分面上设置有一根用于耦合差分馈电的微带馈线，金属反射地板开设有与微带馈线对应的耦合缝隙。
[0008]进一步的，微带线平行于高次模反相TM
20
的极化方向，即平行于x轴，微带线插入介质贴片和上介质基板之间的位置位于高次模反相TM
20
沿x轴和y轴方向分布的电场较强处。
[0009]本专利技术首次提出了一种工作在主模TM
10
（对应低频带）和高次模反相TM
20
（对应高频带）的频率可重构双频介质贴片天线。本征模仿真结果表明，与主模TM
10
相比，高次模反相TM
20
的谐振频率对介质贴片的长度变化更加敏感。基于此，本设计有针对性地将一对加载有变容二极管的微带线部分嵌入了长方形介质贴片谐振器的两侧来动态地调谐介质贴片的电长度，从而在不影响主模TM
10
的谐振频率和辐射性能的情况下，能够独立地调谐高次模反相TM
20
的谐振频率。最终使所提出的双频介质贴片天线实现了频率比可调谐的功能，同时在整个频率调谐范围内保持着稳定的辐射特性。
附图说明
[0010]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0011]图1是本专利技术实施例天线的分解图。
[0012]图2是本专利技术实施例天线的俯视图。
[0013]图3是本专利技术实施例天线的侧视图。
[0014]图4是本专利技术实施例天线的反射系数曲线图。
[0015]图5是本专利技术实施例天线在变容二极管的不同电容值下的频率曲线图。
[0016]图6是本专利技术实施例天线在变容二极管的不同电容值下的增益曲线图。
[0017]图7是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.15pF且3.98GHz频率点下的天线辐射方向图。
[0018]图8是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.15pF且5.02GHz频率点下的天线辐射方向图。
[0019]图9是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.30pF且3.98GHz频率点下的天线辐射方向图。
[0020]图10是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.30pF且4.88GHz频率点下的天线辐射方向图。
[0021]图11是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.45pF且3.98GHz频率点下的天线辐射方向图。
[0022]图12是本专利技术实施例天线在变容二极管的电容值为0.45pF且4.62GHz频率点下的天线辐射方向图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0024]如图1至图3所示，本实施例具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，其沿xoz轴平面对称。该天线主要由三个部分构成，即矩形介质贴片1、带有调谐电路的上介质基板5以及带有缝隙耦合馈电结构的下介质基板8。自下而上依次层叠设置的金属反射地板7、上介质基板5和介质贴片1构成了介质贴片谐振器。介质贴片1位于上介质基板5的中心处，上介质基板5的侧边至介质贴片1最邻近侧边的距离大致相等。下介质基板8的下表面的垂直中分面上设置有一根用于耦合馈电的微带馈线9，金属反射地板7开设有与微带馈线9对应的耦合缝隙6。本例中，介质贴片1为长方形陶瓷贴片，长度为l
d
，宽度为w
d
，高度为h
d
，长度与宽度的比值为1.415，长度与宽度之间的比值应当不低于1.3，且不高于2.5，介质贴片1的介电常数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，具有下介质基板（8）和介质贴片谐振器，所述介质贴片谐振器包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板（7）、上介质基板（5）和介质贴片（1），其特征在于：所述介质贴片（1）为长方形介质贴片，介质贴片谐振器具有两个工作模式：主模TM
10
和高次模反相TM
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，所述上介质基板（5）上表面的垂直中分面上设置有一对微带线（3），所述微带线（3）部分地插入到介质贴片（1）和上介质基板（5）之间，所述微带线（3）的外端与金属反射地板（7）之间加载有变容二极管（2），所述微带线（3）和变容二极管（2）构成频率调谐结构，仅用于调谐所述介质贴片谐振器的高次模反相TM
20
的频率；所述下介质基板（8）的下表面的垂直中分面上设置有一根用于耦合差分馈电的微带馈线（9），金属反射地板（7）开设有与微带馈线（9）对应的耦合缝隙（6）。2.根据权利要求1所述的具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，其特征在于：所述上介质基板（5）上表面设置有位于微带线（3）的外端的与金属反射地板（7）短路连接的金属贴片（4），所述微带线（3）的外端通过变容二极管（2）与该金属贴片（4）连接。3.根据权利要求2所述的具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，其特征在于：所述金属贴片（4）通过贯穿上介质基板（5）的金属化通孔与金属反射地板（7）短路连接，金属贴片（4）与金属化通孔构成短路针。4.根据权利要求2所述的具有频率可调谐功能的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建新，唐世昌，王雪颖，张扬，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：