[實用新型]一種極化和方向圖可重構(gòu)的水介質(zhì)諧振器天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820099574.2
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN207834571U
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚慶昕;王敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q15/24;H01Q3/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本實用新型公開了一種極化和方向圖可重構(gòu)的水介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)容器、介質(zhì)支撐柱、饋電探針、同軸饋電端口和金屬地板；介質(zhì)容器內(nèi)形成有兩個空腔，兩個空腔的頂部分別開設(shè)有一個孔閥，通過從孔閥注入高介電常數(shù)介質(zhì)液體，能夠?qū)崿F(xiàn)天線不同旋向的圓極化，若都不注入液體，則天線為線極化；介質(zhì)容器位于金屬地板上方，由介質(zhì)支撐柱進(jìn)行支撐，使得介質(zhì)容器與金屬地板之間存在空氣層，饋電探針的一部分伸進(jìn)介質(zhì)容器中進(jìn)行饋電，并位于兩個空腔之間，其另一部分往下穿過金屬地板連接同軸饋電端口。本實用新型天線具有極化和方向圖可重構(gòu)、輻射效率高，阻抗帶寬寬的特點，天線為圓極化時還具有軸比帶寬寬的特點，可應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及液體天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種極化和方向圖可重構(gòu)的水介質(zhì)諧振器天線。

背景技術(shù)

隨著通訊系統(tǒng)的對小尺寸的要求越來越高，通訊應(yīng)用對天線的小體積、高效率和高增益等要求也越來越高。在通訊領(lǐng)域的某些系統(tǒng)中，傳統(tǒng)天線已不能滿足相應(yīng)要求，新型天線應(yīng)運(yùn)而生。

傳統(tǒng)天線的主要材料為金屬，而液體天線則以具有導(dǎo)電性質(zhì)的液體代替金屬材料作為天線的輻射單元。作為眾多新型天線的一種，液體天線具有以下優(yōu)點：(1)體積小，介質(zhì)諧振器天線以液體材料作為介質(zhì)時，天線尺寸原理上可以減少這個系數(shù)因子；(2)易構(gòu)型和具有可重構(gòu)性，液體具有流動性，易于把天線加工成預(yù)期的構(gòu)型，且可通過改變液體流的高度和直徑來實現(xiàn)諧振頻率和帶寬的改變；(3)相對金屬材料成本較低；(4)小雷達(dá)截面，當(dāng)天線暫停使用時，可排空其中的液體，介質(zhì)容器的雷達(dá)截面小于金屬；(5)便于傳輸。

對于使用離子液體作為輻射單元的液體天線，可追溯到2000年，當(dāng)時使用的是鹽水，并引入了“離子液體天線”的概念。1983年，Long的文章發(fā)表后，介質(zhì)諧振器作為天線的想法才被廣泛接受并逐漸被關(guān)注和研究。介質(zhì)諧振器的形狀有多種，設(shè)計具有很大的靈活性，介電常數(shù)的選擇范圍很大(6－140)，允許設(shè)計者靈活控制尺寸和帶寬。近年來圍繞介質(zhì)諧振器天線的研究主要集中在以下幾個方面：圓極化介質(zhì)諧振器天線、高增益介質(zhì)諧振器天線、寬頻帶介質(zhì)諧振器天線和雙極化介質(zhì)諧振器天線。

近年來，由于蒸餾水具有較高的介電常數(shù)，為小型化介質(zhì)諧振器天線提供了一種新的設(shè)計方案，而且由于水的流動性，可以避免介質(zhì)與地板以及介質(zhì)與饋電探針之間的縫隙，從而避免由此帶來的對諧振與阻抗的影響。H.Fayad等人提出了利用一個可變高度的液體水介質(zhì)諧振器天線。當(dāng)純水工作在1GHz以上時，其介質(zhì)特性隨頻率的變化趨勢越來越大。鹽水中的金屬離子會緩沖水的介電常數(shù)的頻率響應(yīng)，但是由于金屬離子的存在增加了介質(zhì)諧振器天線的導(dǎo)體損耗，降低了天線的輻射效率。2013年，Rongguo Zhou等人提出了基于水介質(zhì)諧振器理論對液體的介質(zhì)特性進(jìn)行測量的方法。為了充分利用水介質(zhì)諧振器的頻率可調(diào)優(yōu)點，Steven G.O’Keefe于2007年利用可變的饋電結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了寬帶可調(diào)水天線。對于水介質(zhì)諧振器天線，較高的介電常數(shù)導(dǎo)致阻抗帶寬變窄。為了得到寬帶特性，Yi Huang等人提出了一種混合結(jié)構(gòu)的天線，利用饋電結(jié)構(gòu)以及水介質(zhì)諧振器形成多模天線結(jié)構(gòu)。此混合結(jié)構(gòu)在|S11|<-6dB的條件下相對帶寬可達(dá)71.8％，輻射效率在70％以上。

同時，由于液體天線具有可重構(gòu)的特點，在設(shè)計圓極化或雙極化介質(zhì)諧振器天線時，液體材料易于作為天線的微擾單元，通過液體的注入或輸出實現(xiàn)天線的極化可重構(gòu)。Hang Wong等人提出了一個可重構(gòu)的圓極化液體天線，天線以切角立方體容器作為原型，內(nèi)注乙酸乙酯，探針在切角邊進(jìn)行饋電，形成兩個相互正交的場，實現(xiàn)天線的圓極化特性。容器鏡像對稱，分別在容器兩側(cè)注入乙酸乙酯可以實現(xiàn)天線的極化可重構(gòu)。

現(xiàn)代衛(wèi)星電視傳輸中，利用垂直極化與水平極化、左旋圓極化和右旋圓極化的相互隔離之特性傳送不同的電視節(jié)目，以提高衛(wèi)星的傳輸容量。圓極化波和線極化波各有優(yōu)缺點，圓極化波在穿過雨霧層和電離層時，引入的損耗小，也不存在線極化波極化面旋轉(zhuǎn)的問題，而線極化波的最大優(yōu)點是實現(xiàn)簡單。液體天線的易重構(gòu)特點有望在同一副天線實現(xiàn)線極化、左旋圓極化和右旋圓極化的可重構(gòu)。

實用新型內(nèi)容