[發明專利]一種加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線制作方法

在審

• 申請號: 201310330349.7
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN104347947A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 李平;王梅
• 申請（專利權）人: 李平;王梅
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q23/00;H01Q25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明設計到一種頻率可重構的天線的制作方法，特別是一種加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線制作方法屬于無線通信技術領域。

背景技術

隨著無線通信(移動通信、WLAN網絡、GPS設備)市場的迅速發展，射頻工程師們在小體積、多波段、寬波段和低成本系統設計中面臨著持續的挑戰。而低剖面、小尺寸的集成天線對無線系統是至關重要的。因此，微帶貼片天線受到人們的青睞。而貼片天線存在固有的窄波段和大尺寸等缺點。而可重構天線為解決這一問題提供了一種可能的方案。與寬波段和多波段不同，可重構天線是動態實時地改變天線的工作狀態來實現的。這種天線并不在同一時間覆蓋工作的所有波段，而是在某一時間動態有選擇性的工作在天線的一個窄波段內。

由于天線的輻射特性(包括諧振頻率和輻射方向圖)大部分由天線的形狀和尺寸決定。于是，機械改變輻射天線的幾何形狀為構造可重構天線提供了一條途徑。因此，利用MEMS開關的可重構天線受到研究學者的廣泛研究。利用MEMs開關的開和關特性，可以動態改變天線的長度使其工作在雙波段或者多波段。隨后，利用PIN二極管來設計頻率可重構天線也受到廣泛關注。大多數可重構天線都是基于這個原理設計的。然而，頻率可重構也可以通過改變天線介質的特性來實現。EBG結構是一種有金屬和介質通過周期排列復合而成的材料。由于它的帶隙特性，EBG可用來提高天線的輻射特性，例如增益。近年來，研究學者通過在EBG金屬貼片上加載變容二極管，發現可以改變EBG的帶隙和反射位相。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：改變傳統頻率可重構的方法，即利用MEMs開關動態改變天線的有效輻射尺寸，進而重構天線的輻射特性，針對這種局限性，提供一種加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線制作方法，在貼片天線基底材料中加載帶變容二極管的EBG結構，通過改變加在變容二極管的電壓，動態改變EBG結構的電磁特性。從而實現天線工作頻率的可重構。

本發明的技術解決方案：一種加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線制作方法，步驟如下：

(1)設定天線的工作頻率f、基底材料，并根據工作頻率設計貼片天線的結構尺寸長度L、寬度W和天線厚度h；

(2)確定貼片天線的饋電方式以及饋電參數；

(3)根據有限元方法設計EBG結構參數，設EBG貼片寬度為w，貼片間隙為g，金屬過孔半徑為r，EBG到接地板的厚度為h₀。用電磁場數值方法計算EBG結構的帶隙；通過優化w和g，使EBG的帶隙高于天線的工作頻率f；

(4)在二維方向上，在相鄰EBG貼片之間加載上變容二極管，并在變容二極管的兩側加正向偏置的直流電壓，變容二極管的等效電容隨外加偏置直流電壓的變化而變化；

(5)將設計的EBG結構作為基底材料的一部分插入到天線中，是貼片天線和EBG貼片共接地板；加工、制作所設計的天線，通過改變變容二極管的偏置電壓，即可改變天線的工作頻率，實現天線工作頻率的可重構。

所述步驟(1)天線的工作頻率f在4GHz以下。這樣不至于貼片天線的尺寸和EBG尺寸過小，既方便天線加工也有利于后面變容二極管的接入。

所述步驟(2)中的饋電方式采用微帶線饋電，微帶線與貼片的匹配采用在貼片天線與微帶連接位置切口來實現。

所述步驟(3)中EBG的結構參數中g尺寸不小于1.5mm，給加載變容二極管留下足夠的空間。

所述步驟(3)中EBG的帶隙的計算采用電磁場數值方法包括計算色散圖方法和懸置傳輸法。

所述步驟(4)中變容二極管采用正負接法，即同一EBG貼片上變容二極管采用相同的接入方向，相鄰的EBG貼片采用相反的接入方向。這樣可以簡化變容二極管的饋電方式。

所述步驟(5)中天線的制作步驟為：先設計EBG結構中的貼片和基板，接地板，然后再EBG貼片表面加天線的介質材料和貼片天線。其中貼片天線和EBG貼片共接地板，變容二極管的饋線采用過孔通過接地板來實現。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明的加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線是通過改變電容二極管的電壓來改變EBG結構的電磁特性，而不是改變天線的尺寸，因此，天線結構尺寸小，更易于集成。

(2)本發明設計的加載變容二極管的EBG的頻率可重構天線可以通過改變加載電壓值工作在一段連續的頻率范圍之內。而MEMs開關工作頻率是離散的。相比MEMS開關設計的頻率可重構天線，其具有更多的工作狀態。

(3)本發明的可重構天線結構簡單，制作成本較低，功能更強大。