用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线，该天线由边缘刻蚀一对槽的矩形介质贴片和两层基板组成。在X极化方向，使用单端口来激发基模TM

【技术实现步骤摘要】
用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别涉及用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线。

技术介绍

[0002]当下可以使用的频谱资源非常有限，随着无线通信的快速发展，这些频谱资源变得日益拥挤，如何提高频谱利用率成为关键的研究课题。目前，大多数无线通信系统兼具发射信号和接收信号的终端(比如，基站、继电器以及移动终端)。这些通信系统大多是时分或频分双工通信系统，也就是说这些终端在发射信号和接收信号时不在同一时间或频段内进行。而同时同频全双工通信系统则不同，它可以保证发射信号和接收信号同时并在同一个频率上完成，从而使得数据流的传输速度、无线通信系统的通信容量、频谱利用率翻倍。作为全双工系统的前端，采用高隔离天线是工程应用中实现高质量通信的关键。天线分离、近场抵消、寄生结构以及在天线之间放置吸波器等技术都可以实现高隔离。这些技术通常采用多个分离的天线或较大而复杂的天线结构，导致物理尺寸庞大。
[0003]双极化天线由于采用共享辐射孔径进行小型化的优点以及正交偏振之间存在自然隔离而受到广泛关注。为满足全双工应用的高隔离要求，广泛研制了各种低剖面差分馈电的双极化天线。但是以上这些设计都是以金属为基础的，工作模式多为单模，工作带宽较窄，不适合高速大容量的应用背景。最近，一种新型的馈电结构—磁回路可以实现带宽的增强，由磁馈电和电馈电组成的天线实现了较宽的带宽，但是端口隔离仅超过20dB。此外，在馈电贴片上叠加超表面结构，实现了28.4％的带宽，然而，高剖面仍然是一个限制因素，而复杂性也随着架空结构的引入而增加。
[0004]介质谐振器天线也适用于双极化设计，在过去的几十年里得到了广泛的研究。介质贴片天线是介质谐振器天线和微带贴片天线在外形、效率和增益等方面的最佳折衷，是为了克服传统介质谐振器天线外形高、增益差的局限性而研制的。更重要的是，介质贴片谐振器的高次模可以实现带宽的扩展，这得益于继承自介质谐振器的多模特性。在文献S.
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C.Tang,X.
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Y.Wang,W.
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W.Yang and J.
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X.Chen,“Wideband low
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profile dielectric patch antenna and array with anisotropic property,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.68,no.5,pp.4091
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4096,May.2020.中，通过引入镀银槽，可以将高次模下移至接近基模，从而实现线极化天线的带宽扩展。据我们所知，双极化介质贴片天线的设计很少。文献X.
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Y.Wang,S.
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C.Tang and J.
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X.Chen,“Differential
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fed dual
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polarized dielectric patch antenna with gain enhancement based on higher order modes,”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.19,no.3,pp.502
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506,March.2020.中的双极化介质贴片天线利用差分馈电技术实现了34dB的高隔离。虽然引入的接地棒可以结合介质贴片的高次模，但带宽只能扩展到4.88％。
[0005]另一方面，随着无线通信系统的快速发展，带宽可重构通信系统因其对频谱的有效利用而受到越来越多的关注。但是，目前还没有能够同时实现带宽可重构以及高端口隔
离的双极化介质贴片天线设计。

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，提出一种用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线，该天线充分利用介质贴片谐振器的多模特性，通过调整介质贴片的长宽比，可以降低高次TE
12
模式，使其靠近基模TM
10
模式，从而实现X极化方向的宽带性能，同时，通过在介质贴片边缘刻蚀的一对槽和地面上改进的耦合缝隙将TM
01
模和反相TM
02
模结合从而实现Y极化方向的宽带性能。四个变容二极管分别放置在Y极化方向的U型耦合缝隙上，以对Y极化方向的工作带宽进行电调谐，从而实现天线的带宽可重构。通过差分馈电方案实现了天线的高隔离。
[0007]为实现本专利技术目的，本专利技术提出的用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线，该天线由边缘刻蚀一对槽的矩形介质贴片和两层基板组成。介质贴片放置在顶层基板上并由三个端口激发。在X极化方向，使用单端口来激发基模TM
10
模式和高次模TE
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模式，用于宽带发射机(Tx)工作。对于Y极化方向，采用差分馈电结构，通过一对差分输入端口来激发简并的TM
01
模式和反相TM
02
模式，用于宽带接收机(Rx)工作。金属地反射地板放置在两层基板之间，在其上刻蚀了耦合缝隙，用于介质贴片谐振器和位于下层基板底部的金属微带线之间的孔径耦合。其中，单馈输入馈线对应的耦合缝隙为一个直线型耦合缝隙，用于X极化方向的孔径耦合；差分输入馈线对应的耦合缝隙为对称设置于直线型耦合缝隙两端外侧的两组复合耦合缝隙，每组所述复合耦合缝隙包括一个矩形缝隙和两个布置于矩形缝隙外侧且沿Y极化方向对称的U型耦合缝隙，所述U型耦合缝隙的中央设置有可变电容，复合耦合缝隙用于Y极化方向的孔径耦合。
[0008]本专利技术通过差分馈电方案实现了天线的高隔离。通过调整介质贴片的长宽比，可以降低高次TE
12
模式，使其靠近基模TM
10
模式，从而实现X极化方向的宽带性能；通过在介质贴片边缘刻蚀的一对槽和金属反射地板上改进的耦合缝隙分别实现TM
01
模的上移和反相TM
02
模的下移，从而实现Y极化方向的宽带性能；同时，通过变容二极管对Y极化方向的工作带宽进行电调谐。
[0009]该天线具有带宽可重构、隔离度高、剖面低、结构简单等优点，在全双工系统中具有广阔的应用前景。
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是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线立体图。
[0012]图2是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线结构示意图。
[0013]图3是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线的仿真回波损耗及端口隔离。
[0014]图4是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线单馈输入端口在4.98GHz处的仿真方向图。
[0015]图5是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线单馈输入端口在5.98GHz处的仿真方向图。
[0016]图6是本专利技术带宽可重构双极化介质贴片天线差分输入端口在可调电容为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线，包括自下而上依次层叠设置的底层基板（8），金属反射地板（4）、顶层基板（3）和介质贴片（1），其特征在于：所述底层基板（8）下表面设置有沿X极化方向的单馈微带馈线（9）和沿Y极化方向一对差分微带馈线（10），所述金属反射地板（4）开设有与对应微带馈线正交的耦合缝隙（5、6）；在X极化方向，通过单馈微带馈线（9）激发基模TM
10
模式和高次模TE
12
模式，用于宽带发射机工作；在Y极化方向，通过差分微带馈线（10）激发简并的TM
01
模式和反相TM
02
模式，用于宽带接收机工作；所述介质贴片（1）为矩形介质贴片，其垂直中分面对称地设置有一对凹槽（2），耦合缝隙（5、6）包括位于金属反射地板（4）中央的且与单馈微带馈线（9）正交的一个直线型耦合缝隙（5）和分设于直线型耦合缝隙（5）两端且与差分微带馈线（10）正交的两组复合耦合缝隙（6），每组所述复合耦合缝隙（6）包括一个矩形缝隙和两个布置于矩形缝隙外侧且沿Y极化方向对称的U型耦合缝隙，所述U型耦合缝隙的中央设置有可变电容（7）。2.根据权利要求1所述的用于全双工通信的带宽可重构双极化介质贴片天线，其特征在于：可变电容（7）用于调谐介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建新，张小珂，沈一春，符小东，蓝燕锐，徐翠，房洪莲，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：