一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，包括辐射贴片、同轴馈电线、介质基板、超材料结构接地板、第一射频开关单元和第二射频开关单元；辐射贴片位于介质基板的上表面；同轴馈电线的一端位于介质基板的下表面，向上延伸贯穿介质基板后与辐射贴片的上表面接触；超材料结构接地板为由n

【技术实现步骤摘要】
一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体为一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线。

技术介绍

[0002]天线是现代无线通信系统中不可或缺的重要组成部分，随着近年来技术的发展，出现了多种结构新颖性能优越的天线。而其中，微带天线凭借着其结构简单、尺寸小和性能良好等显著优点在
得到了广泛的应用。超材料(Metamaterial，MTM)是一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料具备异于自然界中材料的不平凡电磁特性，因为超材料的超常电磁特性，所以不乏在天线领域的应用。
[0003]频率可重构天线是众多可重构天线的一种，其目的是使天线具有多个可以切换的工作频率，同时在各个工作频率上的辐射方向图以及极化方式无显著变化。频率可重构天线能够及时地适应通信系统的需求，在不同频率之间调整，从而实现工作频率的重构。
[0004]将超材料技术与频率可重构技术相结合，可以形成新型的频率可重构天线。如文献“Study of the Microstrip Antenna Characteristics with Controlled Metamaterials,H.E.A.Mahyoub，N.N.Kisel and A.I.Panychev，2020Moscow Workshop on Electronic and NetworkingTechnologies(MWENT),Moscow,Russia,2020,pp.1<br/>‑
4.”中提出了一种介质基板加载超材料的频率可重构天线，该天线亦有小型化和频率可重构等优点。但是加载在介质基板的超材料工艺复杂(如图6所示)，可重构实现较难并且频段较窄。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为解决现有可重构天线无法同时满足小型化、拥有多个工作频段和制作工艺简单的问题，本专利技术提出了一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，通过在接地板上加载组合型超材料结构，并使用射频开关来实现频率可重构，从而实现天线小型化的同时使天线拥有多个工作频段并简化其加工制造工艺。
[0006]技术方案：一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，包括辐射贴片、同轴馈电线、介质基板、超材料结构接地板、第一射频开关单元和第二射频开关单元；所述辐射贴片位于介质基板的上表面；所述同轴馈电线的一端位于介质基板的下表面，向上延伸贯穿介质基板后与辐射贴片的上表面接触；所述超材料结构接地板为由n
×
n块超材料结构单元构成的n行n列结构；该超材料结构接地板与介质基板的下表面接触；每块超材料结构单元均由方形开环谐振器、第一工字形谐振器和第二工字形谐振器构成；所述方形开环谐振器的开环方向向上，第一工字形谐振器和第二工字形谐振器分别设置在方形开环谐振器的两侧；所述第一射频开关单元和第二射频开关单元均由n个射频开关构成，其中，第一射频开关单元连接位于第一行的超材料结构单元的第一工字形谐振器的上端和第二工字形谐振器的上端，第二射频开关单元连接位于第n行的超材料结构单元的第一工字形谐振器的下端和第二工字形谐振器的下端；
[0007]通过控制射频开关的通断，切换天线的工作频段。
[0008]进一步的，所述辐射贴片为铜制矩形贴片。
[0009]进一步的，所述辐射贴片为由一块厚度为0.2mm，尺寸为26
×
27mm2的铜制矩形贴片所构成。
[0010]进一步的，所述同轴馈电线为由半径为0.5mm、长度为5.4mm的内导体和半径为1.2mm、长度为0.2mm的外导体构成。
[0011]进一步的，n的取值为4。
[0012]进一步的，所述超材料结构单元为10
×
10mm2的超材料结构单元。
[0013]进一步的，所述第一射频开关单元和第二射频开关单元的射频开关的通断统一由外接信号控制。
[0014]进一步的，当第一射频开关单元和第二射频开关单元同时导通时，天线有三个工作频段；
[0015]当第一射频开关单元和第二射频开关单元同时关闭时，天线有两个工作频段；
[0016]当第一射频开关单元导通，第二射频开关单元关闭时，天线有两个工作频段；
[0017]当第一射频开关单元关闭，第二射频开关单元导通时，天线有三个工作频段。
[0018]进一步的，所述工作频段包括：2.40GHz
‑
2.63GHz、5.08GHz
‑
5.21GHZ和5.47GHz
‑
5.93GHz。
[0019]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0020](1)本专利技术在接地板上加载组合型超材料结构，实现了相同工作频率下微带天线的小型化，并实现了该天线的多频帯工作模式；
[0021](2)本专利技术同时在加载超材料结构的接地板上加入射频开关，实现频率可重构，从而实现天线小型化的同时使天线拥有多个工作频段并简化其加工制造工艺；
[0022](3)本专利技术解决了现有设计工艺复杂、可重构频段较窄的问题，本专利技术在实现小型化和频率可重构的同时显著简化了其加工制造工艺，对比传统微带天线，在增益略微变化的情况下，增加了工作频段，拓宽了工作带宽。
附图说明
[0023]图1为超材料单元结构；
[0024]图2为超材料结构单元构成的接地板；
[0025]图3为基于接地板超材料的小型化多频帯频率可重构天线结构图；其中，图3中的(a)为斜视图，图3中的(b)为俯视图，图3中的(c)为仰视图；
[0026]图4为基于接地板超材料的小型化多频帯频率可重构天线不同频段的S11参数；其中，图4中的(a)为f1频段不同开关状态下的S11参数图，图4中的(b)为f2频段不同开关状态下的S11参数图，图4中的(c)为f3频段不同开关状态下的S11参数图；
[0027]图5为基于接地板超材料的小型化多频帯频率可重构天线不同频段的典型方向图；图5中的(a)为f1频段的方向图，图5中的(b)为f2频段的方向图，图5中的(c)为f3频段的方向图；
[0028]图6为基于介质基板加载超材料可重构天线的结构图；图6中的(a)为基于介质基板加载超材料可重构天线的整体结构示意图，图6中的(b)为基于介质基板加载超材料可重
构天线的超材料单元结构示意图；
[0029]图7为三种天线的参数对比图。
具体实施方式
[0030]现结合附图和实施例进一步阐述本专利技术的技术方案。
[0031]实施例：
[0032]本实施例公开了一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，通过将超材料技术与可重构天线技术相结合，形成一种新型的多频帯频率可重构天线。为了解决现有的设计工艺较复杂且可重构频段较窄等问题，本实施例的多频帯频率可重构天线是在接地板上加载组合型超材料并加入入射频开关得到。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，其特征在于：包括辐射贴片(1)、同轴馈电线(2)、介质基板(3)、超材料结构接地板(4)、第一射频开关单元和第二射频开关单元；所述辐射贴片(1)位于介质基板(3)的上表面；所述同轴馈电线(2)的一端位于介质基板(3)的下表面，向上延伸贯穿介质基板(3)后与辐射贴片(1)的上表面接触；所述超材料结构接地板(4)为由n
×
n块超材料结构单元构成的n行n列结构；该超材料结构接地板(4)与介质基板(3)的下表面接触；每块超材料结构单元均由方形开环谐振器(411)、第一工字形谐振器(412)和第二工字形谐振器(413)构成；所述方形开环谐振器(411)的开环方向向上，第一工字形谐振器(412)和第二工字形谐振器(413)分别设置在方形开环谐振器(411)的两侧；所述第一射频开关单元和第二射频开关单元均由n个射频开关(5)构成，其中，第一射频开关单元连接位于第一行的超材料结构单元的第一工字形谐振器(412)的上端和第二工字形谐振器(413)的上端，第二射频开关单元连接位于第n行的超材料结构单元的第一工字形谐振器(412)的下端和第二工字形谐振器(413)的下端；通过控制射频开关(5)的通断，切换天线的工作频段。2.根据权利要求1所述的一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，其特征在于：所述辐射贴片(1)为铜制矩形贴片。3.根据权利要求1所述的一种基于接地板加载超材料的小型化多频帯频率可重构天线，其特征在于：所述辐射贴片(1)为由一块厚度为0.2mm，尺寸为26

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小乔，杨正文，杨涛，杨兴华，盖志强，晋春，李垣江，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：