[發明專利]一種方向圖可重構的低剖面緊湊垂直極化天線

在審

• 申請號: 201811193605.1
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109494458A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 唐明春;段云露;武震天;陳曉明;李梅;李道通;熊漢;理查德.齊奧爾科夫斯基
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q9/30;H01Q1/50;H01Q19/10;H01Q3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種方向圖可重構的低剖面緊湊垂直極化天線，屬天線設計領域。該天線包括上層介質基板，下層介質基板，三個相同的頂端加載的折疊單極子，饋電結構，同軸電纜和金屬地板。本發明首先將頂端加載的貼片合理設計成扇形，使之可以集成在同一介質基板上以減小天線尺寸；然后在扇形貼片上刻蝕弧形槽進一步減小單極子單元的尺寸；最后巧妙地利用三個PIN開關二極管，使單極子交替作為激勵振子和寄生振子，實現天線方向圖可重構，這種交替的工作模式極大程度地減小了天線尺寸。本發明設計了一款具有三種方向圖可重構模式，可實現水平方向360°掃描，同時兼具剖面低，結構緊湊的垂直極化天線。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種方向圖可重構的低剖面緊湊垂直極化天線。

背景技術

一方面，方向圖可重構垂直極化天線在提高信噪比，減小多徑效應，節約能量等方面具有極大優勢；另一方面，垂直極化相對于水平極化而言，垂直極化方式不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，近年來方向圖可重構垂直極化天線受到廣泛關注。但在諸多之前的研究中，大多數可重構垂直極化天線采用在天線中間放置一個單極子天線單元作為激勵振子，天線周圍環繞數個寄生單極子單元，通過使用如PIN管，變容管等有源器件進行控制，選取部分寄生單極子與激勵振子構成八木天線，形成端射波束，來實現天線的方向圖可重構，當天線工作在某個端射狀態時，總有寄生單極子處于空閑狀態，這無疑造成了天線空間利用率低，導致天線尺寸大，不利于天線的安裝使用。如今，無限通信系統正朝著小型化發展，可用于天線安裝的空間也在不斷縮減，設計具有良好輻射特性的結構簡單，剖面低，結構緊湊的方向圖可重構垂直極化天線是必然趨勢也是難點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種方向圖可重構的低剖面緊湊垂直極化天線。本發明首先將頂端加載的貼片形狀合理設計成扇形，使之可以集成在同一介質基板上以減小天線尺寸；然后在扇形貼片上刻蝕弧形槽進一步減小頂端加載的折疊單極子單元的尺寸；最后通過控制饋電結構上加載的PIN開關二極管的通斷，選取其中一個頂端加載的折疊單極子作為激勵振子，其余兩個頂端加載的折疊單極子均作為寄生振子構成反射器，利用八木天線原理在通帶內實現良好的端射輻射方向圖，通過巧妙地利用三個PIN開關二極管，使頂端加載的折疊單極子交替作為激勵振子和寄生振子，實現天線方向圖可重構，這種交替的工作模式極大程度地減小了天線尺寸。從而設計出一款具有三種方向圖可重構模式，可實現水平方向360°掃描，同時兼具剖面低，結構緊湊的垂直極化天線。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種方向圖可重構的低剖面緊湊垂直極化天線，包括上層介質基板(1)、下層介質基板(2)、頂端加載的折疊單極子(3)、饋電結構(4)、同軸電纜(5)和大地板(6)。所述上層介質基板(1)與下層介質基板(2)平行且彼此隔開放置，下層介質基板(2)位于上層介質基板(1)下方；所述頂端加載的折疊單極子(3)由帶有弧形槽的扇形貼片(7)、激勵銅柱(8)和短路銅柱(9)組成；所述饋電結構(4)由三條支路組成，饋電結構中心與同軸電纜(5)內導體相連。每條支路由若干金屬貼片、一個電容(10)、一個PIN開關二極管(11)和兩個繞線電感(12)組成，外加直流偏置電源實現電可控方向圖可重構；所述帶有弧形槽的扇形貼片(7)通過印制電路板技術印制在上層介質基板(1)的上表面；饋電結構印制在下層基板上表面，下層基板下表面敷銅箔，銅箔與同軸電纜(5)外導體相連，且與大地板(6)相連；所述帶有弧形槽的扇形貼片(7)通過激勵銅柱(8)與饋電結構(4)相連，且通過短路銅柱與下層基板(2)下表面銅箔(地)相連。

進一步，所述介質基板的半徑均為24mm，厚度均為0.76mm，兩介質基板相距4.98mm。

進一步，所述頂端加載的折疊單極子(3)完全相同，一方面將頂端加載的貼片合理設計成扇形，使之可以集成在同一介質基板上以減小天線尺寸；另一方面在扇形貼片上刻蝕弧形槽進一步減小頂端加載的折疊單極子單元的尺寸。