低剖面三频可调天线制造技术

本发明专利技术公开了一种低剖面三频可调天线，在第一介质基板上下两表面分别印制变形分形偶极子上下臂，关于该基板水平中心线对称，一阶辐射单元与双线馈电微带线相连并延伸至介质基板边沿，每阶辐射单元配接有各自对应的接入了电感的直流偏置线，用矩形贴片将二阶和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点相连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元中间加载一个PIN开关进行频率可调。第一介质基板放置在第二介质基板上用泡沫板相隔，周期性排列的EBG单元印制在第二层介质基板上以提高天线增益。本发明专利技术解决了天线在高频处可调实现困难、方向图不稳定以及剖面较高的问题，能实现在高频X、Ku、Ka波段低剖面三频可调的天线特性，可应用于无线通信和卫星通信。

【技术实现步骤摘要】
低剖面三频可调天线
本专利技术属于电子
，涉及低剖面频率可调天线技术，特别涉及一种高频X、KiuKa波段的三频可调天线的设计，具体是一种低剖面三频可调天线，可以应用于无线通信和卫星通信系统。
技术介绍
随着无线通信的发展，天线对于整个通信设备的重要性更加显著，具有低剖面，高增益以及足够的带宽等特性的天线也将是通信系统发展的趋势和要求。同时随着通信系统功能的增加，各个载体上搭载的天线数量越来越多，所负载的重量也随之增加，并且由于空间限制，多个天线的放置将影响各个天线特性甚至整个系统的工作特性，电磁兼容性成为了一个重要的问题。在这样的环境下，可重构天线得到了更多的发展。可重构天线这一概念最早是1983年由D.Schaubert等人在“Frequency Agile,Polarization Diverse Microstrip Antenna and Frequency Scanned Arrays，，专利中提出。在现阶段研究的可重构天线所使用的开关主要有PIN开关和MEMS开关，MEMS开关使用方便，但是费用很高，同时国内对其的制备并不是很成熟。而PIN开关的研究较为成熟，同时价格较低，但是需要在开关的两边加载直流电压差，以此来控制开关的通断。PIN开关加载直流偏置电路往往会对天线的各种特性形成影响，可能造成天线工作频率偏移，方向图畸变，增益降低等问题。现阶段可重构天线主要集中在微波波段的通信频带，卫星通信等高频频带的可重构天线发展却很少，主要是由于设计技术的限制，以及制备高频天线的难度较大，同时天线开关的选 择较少等原因。因此设计简单，方向图稳定以及高增益的高频可调天线的设计成为一个热点和难点。综上，目前可重构天线面临着三个问题，1.可调频率主要集中在WLAN等低频频带，适用于高频X、Ku波段甚至Ka波段的卫星天线较少。2.开关的选择，PIN开关的使用方法更加成熟，但是在天线上加载PIN开关时直流偏置线的设计对天线影响较大，MEMS开关使用便利，但是对MEMS开关制备方法发展不够成熟，同时费用较高，工程化使用存在问题。3.在低剖面的条件下无法满足天线高增益的要求。
技术实现思路
本专利技术针对于无线通信和卫星通信对天线的需求以及现有技术的不足，提供了一种低剖面、三频可调、高增益、控制简单的低剖面三频可调天线。上述目的通过以下技术方案实现:本专利技术是一种低剖面三频可调天线，包括有:第一介质基板、一阶辐射单元、二阶辐射单元、三阶辐射单元、双线馈电微带线、第二介质基板，第二介质基板印制有周期的EBG单元，EBG单元包含第二介质基板上层印制的刻蚀有方环缝隙的方形贴片和第二介质基板下层印制的金属地板；第一介质基板放置在第二介质基板上，两个介质基板之间有泡沫板相隔，在第一介质基板上，三个福射单兀纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板上下两个表面上各自的三个辐射单元共同组合称为偶极子，第一介质基板上表面的三个辐射单元贴片的组合称为偶极子上臂，其下表面的三个辐射单元贴片的组合称为偶极子下臂，偶极子上下臂对称于第一介质基板水平中心线，一阶辐射单元包含一个辐射贴片，二阶辐射单元包含两个辐射贴片，三阶辐射单元包含两个辐射贴片，辐射贴片的尺寸与整个天线的谐振频率相关，第一介质基板上下两个表面的一阶辐射单元均与各自的双线馈电微带线相连接，双线馈电微带线延伸至第一介质基板边沿，本专利技术的低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线和电感，一阶辐射单元与一阶直流偏置线相连接，二阶辐射单元与二阶直流偏置线相连接，三阶辐射单元与三阶直流偏置线相连接，本专利技术的辐射单元在传统Sierpinski分形偶极子基础上，采用变形的分形偶极子，该变形的分形偶极子即用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上加载一个PIN开关进行频率可调，本专利技术仅使用两组开关就可以产生三种频率的可调。每阶辐射单元配接有各自对应的直流偏置线，三组直流偏置线上各自接有电感，两组PIN开关通过二阶直流偏置线共地，即二阶直流偏置线为两组PIN开关直流信号的共用地，一阶直流偏置线与三阶直流偏置线分别为各自PIN开关直流信号的正极，本专利技术只需要三组直流偏置线对两组PIN开关进行分别控制，本专利技术中当所有PIN开关断开时，一阶辐射单元产生Ka波段处谐振频带。一阶辐射单元与二阶辐射单元之间PIN开关连通时，产生Ku频带处谐振频带。所有PIN开关均处于连通状态时，所有福射贴片相互电连接，产生X频带处谐振频带，实现X、Ku、Ka三频可调。第二介质基板印制的周期排列的EBG单元产生X、Ku频带同相反射特性，同时在Ka频带以金属反射板形式工作，第一介质基板加载第二介质基板后，在三频可调的基础上天线实现低剖面、高增益特性。本专利技术的实现还在于:各阶辐射单元中的辐射贴片为三角形贴片，一阶辐射单元为一个正三角形，二阶辐射单元为两个正三角形与矩形贴片相连构成，三阶辐射单元为镂空了小正三角形的两个大正三角形贴片与矩形贴片相连构成。采用三角形贴片能有效减小天线尺寸，同时展宽天线工作带宽。三角形辐射贴片的边长为lmm-3mm，通过调整三角形辐射贴片边长可以调整各个频带的谐振频率。·本专利技术的实现还在于:第一介质基板印制的各阶辐射单元中的辐射贴片或为矩形或为圆形贴片，相比于传统偶极子均有展宽天线带宽、减小天线尺寸的作用，同时加工简单、成本较低。本专利技术的实现还在于:第一介质基板和第二介质基板之间泡沫板厚度为采用介电常数为I的泡沫板,泡沫板厚度决定两个介质基板间距,调节泡沫板厚度可以调节天线辐射特性。本专利技术的实现还在于:第二介质基板上EBG单元贴片刻蚀缝隙宽度为0.1-lmm。调整缝隙宽度可以改变EBG单元同相反射特性。利用同向反射特性可以降低天线频率，提高天线增益，同时减小天线后瓣。本专利技术的实现还在于:第一介质基板上直流偏置线所接电感值为0.1-1 μ H。电感的接入可以消除直流偏置线对天线特性的影响，使得天线产生稳定的方向图。本专利技术的实现还在于:第一介质基板和第二介质基板的介电常数均介于2-10之间，介电常数变化影响天线电尺寸的变化。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:1、本专利技术采用变形的分形偶极子，用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点相连接，分别形成二阶辐射单元和三阶辐射单元，各个相邻阶辐射单元间只需要加载一个PIN开关进行频率可调，PIN开关数目与现有技术相比减少50%，同时天线尺寸得到了减小，阻抗带宽得以展宽。2、本专利技术采用共地两路直流偏置线，共使用三组直流偏置线可以独立控制两组开关，使得天线在X、Ku、Ka这三个不同的高频频段相互调节。与传统的可调天线相比，直流偏置线数目减少一路。3、本专利技术第二介质基板采用设计简单的双频EBG结构作为反射板，周期性排列的方形贴片刻蚀方环缝隙后，与下层金属地板产生X波段和Ku波段的同相反射特性。同时在Ka波段时，第二介质基板等效为金属反射板。通过在第一介质基板下加载第二介质基板，天线三个谐振频带增益均得到大幅度提高，并且方向图后瓣得到有效的抑制。与传统的金属反射板相比，第二介质基板与天线距离固定，并且天线剖面较低，在三个不同的工作频带中，EBG单元与第一介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剖面三频可调天线，包括有：第一介质基板、一阶辐射单元、二阶辐射单元、三阶辐射单元、双线馈电微带线、第二介质基板，第二介质基板印制有周期的EBG单元，EBG单元包含第二介质基板上层印制的刻蚀有方环缝隙的方形贴片和第二介质基板下层印制的金属地板；第一介质基板放置在第二介质基板上，两个介质基板之间有泡沫板相隔，在第一介质基板上，三个辐射单元纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板上下两个表面上各自的三个辐射单元共同组合称为偶极子，偶极子上下臂对称于第一介质基板水平中心线，一阶辐射单元包含一个辐射贴片，二阶辐射单元包含两个辐射贴片，三阶辐射单元包含两个辐射贴片，一阶辐射单元均与双线馈电微带线相连接，其特征在于：所述低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线和电感（9），辐射单元在传统Sierpinski分形偶极子基础上，采用变形的分形偶极子，用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上加载一个PIN开关（10）进行频率可调，每阶辐射单元配接有各自对应的直流偏置线，三个直流偏置线上各自接有电感（9），两组PIN开关（10）通过二阶直流偏置线（6）共地，一阶直流偏置线（5）与三阶直流偏置线（7）分别为各自PIN开关（10）直流信号的正极，只需要三组直流偏置线对两组开关进行分别控制，实现X、Ku、Ka三频可调；第二介质基板印制的周期排列的EBG单元产生X、Ku频带同相反射特性，同时在Ka频带以金属反射板形式工作，第一介质基板加载第二介质基板后，在三频可调的基础上天线实现低剖面、高增益特性。...

【技术特征摘要】
1.一种低剖面三频可调天线，包括有:第一介质基板、一阶辐射单元、二阶辐射单元、三阶辐射单元、双线馈电微带线、第二介质基板，第二介质基板印制有周期的EBG单元，EBG单元包含第二介质基板上层印制的刻蚀有方环缝隙的方形贴片和第二介质基板下层印制的金属地板；第一介质基板放置在第二介质基板上，两个介质基板之间有泡沫板相隔，在第一介质基板上，三个辐射单元纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板上下两个表面上各自的三个辐射单元共同组合称为偶极子，偶极子上下臂对称于第一介质基板水平中心线，一阶辐射单元包含一个辐射贴片，二阶辐射单元包含两个辐射贴片，三阶辐射单元包含两个辐射贴片，一阶辐射单元均与双线馈电微带线相连接，其特征在于:所述低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线和电感(9),福射单元在传统Sierpinski分形偶极子基础上，采用变形的分形偶极子，用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上加载一个PIN开关(10)进行频率可调，每阶辐射单元配接有各自对应的直流偏置线，三个直流偏置线上各自接有电感(9)，两组PIN开关(10)通过二阶直流偏置线(6)共地，一阶直流偏置线(5)与三阶直流偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，李珂，翟会清，余世星，李桐，巫钊，李桂红，王鑫，陈曦，项永华，吴素云，张祖存，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：