[發明專利]一種頻率可重構的超寬帶天線

無效

• 申請號: 201110179150.X
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102306870A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 趙德雙;徐艷清;蘭立濤;王秉中
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q9/30;H01Q13/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于天線技術領域，尤其涉及一種超寬帶天線。

背景技術

步進頻率探地雷達(SFCW-GPR)是一種工作頻率以階梯方式步進的連續波探地雷達。在一個掃描周期內，雷達發射的信號頻率從起始頻率f_start以頻率間隔Δf逐步上升到終止頻率f_stop。對于探地雷達而言，超寬帶天線是其關鍵技術之一。目前，在探地雷達系統中普遍應用的超寬帶天線主要有：對數周期天線、TEM喇叭天線、結型天線、錐形天線、漸變槽型天線等。這些結構天線可以實現幾個倍頻程的阻抗帶寬，但是卻存在一個共同的缺陷，由于輻射性能具有色散特點，對于頻率高端和頻率低端，天線的電尺寸相差很大，導致天線增益和方向圖隨頻率變化明顯，輻射信號波形發生畸變，嚴重影響對被探測目標的有效識別。對于步進頻率探地雷達來說，使用此類型超寬帶天線，使得雷達成像精度和分辨率都受到了很大程度上的限制，無法在復雜地質結構中完成目標體的探測和識別。

為了克服超寬帶天線在應用到步進頻率探地雷達中存在的缺陷，可以采用頻率可重構天線。頻率可重構天線是一種新型的寬帶天線，通過其工作模式的轉換，可以實現多個頻率子帶工作。然而，現有的頻率可重構天線普遍存在一個特點，子帶之間沒有鏈接，不能完整覆蓋全頻帶，不具有超寬帶特性。因此，頻率可重構天線不能滿足步進頻率探地雷達的要求。

在文獻“Jeen-Sheen?Row，Ting-Yi?Lin，Frequency-Reconfigurable?Coplanar?Patch?Antenna?With?Conical?Radiation，IEEE?Antenna?and?Wireless?Propagation?Letters，Vol.9，2010，1088-1091”提出了一種共面環微帶可重構天線。利用多個PIN二極管開關的通斷，控制該寄生環形貼片與地的連接，改變輻射單元的物理結構，實現了頻率可重構。不足的是該天線只能完成兩個頻率子帶工作，因此帶寬較窄，并且所需開關數目較多，結構較為復雜。

在申請號200810202308.9中公開了一種可重構天線，該天線的主輻射貼片附近印有兩個環形寄生輻射單元，寄生單元與主輻射單元同圓心。寄生單元之間以及寄生單元與主輻射單元采用微波開關連接，利用微波開關控制主輻射單元的大小，實現多個頻率子帶工作。不足的是這多個頻率子帶相互不銜接，因此頻率子帶不能完整覆蓋超寬頻帶。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的頻率可重構天線在應用到步進頻率探地雷達中存在的問題，提出了一種頻率可重構的超寬帶天線。

本發明的技術方案是：一種頻率可重構的超寬帶天線，包括：介質板、微帶饋線、過渡微帶、開關控制器以及位于介質板上表面的印制單極子和位于介質板下表面的饋線接地板；所述印制單極子由N個線型排列的輻射單元組成；相鄰兩個輻射單元通過電子開關連接；

所述開關控制器位于饋線接地板的下表面，開關控制器的控制線與(N-1)個電子開關連接，用于控制(N-1)個電子開關的通或斷；

所述微帶饋線通過過渡微帶與印制單極子相連，用于實現微帶饋線端口與印制單極子之間的寬帶阻抗匹配。

所述的電子開關為PIN開關或者微機械電子開關。

所述的開關控制器為多通道模擬器件控制器，或者是數字開關控制器。

本發明的有益效果：本發明提供了一種頻率可重構的超寬帶天線。根據單極子的電特性，單極子諧振頻率f₀與單極子的物理長度L存在對應關系，(ε_e為等效相對介電常數)。通過對(N-1)個電子開關通斷狀態的控制，能夠延長或縮短單極子實際工作的物理長度，從而改變印制單極子諧振頻率。

對于一個多諧振點電路而言，每個諧振點f₀ⁱ都對應一個工作帶寬Δfⁱ。本發明單極子天線也可以等效為多諧振點電路，由開關控制天線諧振于不同頻率點。當(N-1)個開關任選一個斷開而其它開關連通時，可以形成(N-1)種不同的工作模式，當(N-1)個開關同時連通時，可以形成第N種工作模式。每種工作模式下的諧振頻率分別為f₀ⁱ，相對應一個頻率子帶Δfⁱ，其中i＝1，2，3.......N。

通過開關控制器，可完成該N種工作模式間的定時切換。同時，對N個輻射單元參數的合理選擇，能夠使相鄰近的子帶相互銜接，從而N個頻率子帶完整地覆蓋一個超寬頻帶，總帶寬為