技术领域

[0001] 本发明涉及卫星通信技术领域， 尤其涉及一种频率及方向图可重构缝隙天线。

背景技术

[0002] 近年来， 随着卫星导航、 卫星通信的快速发展和广泛应用， 天线作为这些系统 的前端设备， 其性能指标的优劣， 对于卫星通信手持终端和射频识别读卡设备 的性能起着极其重要的作用。 另外， 为了便于卫星通信终端和射频识别系统的 大规模推广应用， 系统的经济成本和体积大小都是至关重要的考 虑因素， 作为 其中重要部件的圆极化天线， 在保证较高性能指标的前提下， 必须具备成本低 廉、 结构紧凑和体积小巧的特点。 在对天线或阵列天线进行馈电吋， 需要对馈 电网络进行设计。 由于现在的卫星通信系统都需要多频化、 宽带化、 小型化。 而现有的馈电网络体积庞大， 无法实现频率及方向图上课重构， 且当大多工作 在单一频点， 不利于在多频或宽带条件下工作。

技术问题

[0003] 本发明的主要目的在于提供一种频率及方向图 可重构缝隙天线， 旨在解决现有 技术中天线无法在频率及方向图上进行可重构 的技术问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 为实现上述目的， 本发明提供了一种频率及方向图可重构缝隙天 线， 本发明所 述频率及方向图可重构缝隙天线包括基板、 贴合于所述基板上表面的第一金属 板、 贴合于所述基板下表面的第二金属板；

[0005] 所述第一金属板上刻蚀两个左右对称的镰刀形 缝隙， 所述两个左右对称的镰刀 形缝隙设置于所述第一金属板水平方向的中间 位置， 每个镰刀形缝隙包括一个 L 型槽及一个水平横槽， 其中， L型槽的长边水平设置于第一金属板上， 所述水平 横槽的一端与所述 L型槽的长边的末端连接， 所述水平横槽位于所述 L型槽的长 边的末端的上方， 所述 L型槽的短边内还设置一个二极管， 所述一个镰刀形缝隙 中的二极管与另外一个镰刀形缝隙中的二极管 连接；

[0006] 所述第二金属板内刻蚀有叉形缝隙且左右对称 ， 所述叉形缝隙包括一个 T型槽 、 两个竖槽及两个二极管， 一个竖槽与所述 τ型槽横边的一端通过一个二极管连 接， 另一个竖槽与所述 τ型槽横边的另一端通过另一个二极管连接。

[0007] 优选的， 所述频率及方向图可重构缝隙天线为长方体结 构， 所述第一金属板及 第二金属板均为铜面且厚度相同， 所述第一金属板及第二金属板的厚度均为 0.5 司。

[0008] 优选的， 所述基板为 FR4的介质基板， 所述基板的厚度为 1.6厘米且介电常数优 选为 4.4。

[0009] 优选的， 所述第一金属板及第二金属板的长度均为 40 mm、 所述第一金属板及 第二金属板的宽度均为 30 mm、 所述第二金属板的竖槽的高度为 9.3 mm、 所述第 二金属板的 T形槽的水平边的长度为 30.4 mm、 、 所述第二金属板的 T型槽的竖直 边的高度为 14 mm、 所述第二金属板的竖槽的宽度为 3.14mm， 所述第二金属板 的 T型槽的水平边及竖直边的宽度为 3.14 mm、 所述镰刀形缝隙 110中水平横槽的 长度为 6.7mm， L型槽的长边的长度为 9 mm， L型槽的短边的长度为 4mm， L型 槽的宽度及水平横槽的宽度均为 1 mm、 所述镰刀形缝隙距离所述第一金属板底 边的距离为 17mm， 所述镰刀形缝隙距离所述第一金属板侧边的距 离为 1.5mm。

[0010] 优选的， 当四个二极管都导通吋， 所述的频率及方向图可重构缝隙天线的工作 频段为 4.64-5.36GHz之间。

[0011] 优选的， 所述当叉形缝隙上的两个二极管导通， 镰刀形缝隙的两个二级管断幵 吋， 所述的频率及方向图可重构缝隙天线的工作频 段为 3.71-4.62GHz。

[0012] 优选的， 所述频率及方向图可重构缝隙天线的 E面的方向图呈 "8"字型， 所述频 率及方向图可重构缝隙天线的 H面方向图呈全向型。

[0013] 优选的， 当所述当叉形缝隙上的一个二极管幵通且另外 一个二极管断幵， 两个 镰刀形缝隙的二级管均断幵吋， 所述的频率及方向图可重构缝隙天线的工作频 段为 3.71~4.21GHz。

[0014] 优选的， 所述频率及方向图可重构缝隙天线的 E面的方向图呈 "8"字型， 所述频 率及方向图可重构缝隙天线的 H面的方向图指向 θ=-90°或 θ=+90°。 发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明采用上述技术方案， 带来的技术效果为： 本发明所述频率及方向图可重 构缝隙天线可以在保持极化方式不变的情况下 ， 根据通信要求适吋改变天线的 频率和辐射方向图， 减少无线通信系统的空间噪声， 避免电子干扰， 提高系统 安全性， 增加信道容量， 在汽车和飞机雷达以及卫星通信网络等诸多方 面得到 广泛的应用。

对附图的简要说明

附图说明

[0016] 图 1是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的侧� �的结构示意图；

[0017] 图 2是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的优� �实施例的上表面示意图； [0018] 图 3是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的优� �实施例的下表面示意图； [0019] 图 4是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的透� �图；

[0020] 图 5是本发明频率及方向图可重构缝隙天线中四� �状态的天线发射系数的优选 实施例的示意图；

[0021] 图 6-1至图 6-4是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的四 种状态的辐射方向图 的仿真示意图。

[0022] 本发明目的实现、 功能特点及优点将结合实施例， 参照附图做进一步说明。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0023] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段及功效， 以下结 合附图及较佳实施例， 对本发明的具体实施方式、 结构、 特征及其功效， 详细 说明如下。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明 ， 并不用 于限定本发明。

[0024] 参照图 1至 4所示， 图 1是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的侧� �的结构示 意图； 图 2是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的优� �实施例的上表面示意图 ； 图 3是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的优� �实施例的下表面示意图； 图 4是本发明频率及方向图可重构缝隙天线的透� �图。

[0025] 本发明所述频率及方向图可重构缝隙天线 1包括基板 10、 第一金属板 11及第二 金属板 12。 在本实施例中， 所述频率及方向图可重构缝隙天线 1为长方体结构， 其中， 第一金属板 11贴合在所述基板 10的上表面， 第二金属板 12贴合在所述基 板 10的下表面。 所述第一金属板 11及第二金属板 12均为铜面， 且厚度相同。 优 选地， 所述第一金属板 11及第二金属板 12的厚度为 0.5盎司。

[0026] 在本实施例中， 所述基板 10为 FR4的介质基板。 所述基板 10的厚度优选为 1.6厘 米， 介电常数优选为 4.4。

[0027] 所述第一金属板 11上刻蚀两个左右对称的镰刀形缝隙 110， 所述两个左右对称 的镰刀形缝隙 110设置于所述第一金属板 11水平方向的中间位置， 其中， 所述镰 刀形缝隙 110距离所述第一金属板 11底边的距离优选为 17mm， 所述镰刀形缝隙 1 10距离所述第一金属板 11侧边的距离优选为 1.5mm。

[0028] 进一步地， 所述镰刀形缝隙 110包括一个 L型槽及一个水平横槽， 其中， L型槽 的长边水平设置于第一金属板 10上， 且所述水平横槽的一端与所述 L型槽的长边 的末端连接， 且所述水平横槽位于所述 L型槽的长边的末端的上方。 此外， L型 槽的短边内还设置有二极管。 所述一个镰刀形缝隙中的二极管与另外一个镰 刀 形缝隙中的二极管连接。 如图 2所示， 两个左右对称的镰刀形缝隙 110分别设置 有第一二极管 D3及第二二极管 D4， 其中， 第一二极管 D3设置于左边的镰刀形缝 隙 110内， 第二二极管 D4设置于右边的镰刀形缝隙 110内， 第一二极管 D3与第二 二极管 D4导线连接。

[0029] 所述第一金属板 11的长度为 W， 高度为 L。 所述镰刀形缝隙 110的厚度为第一金 属板 11的厚度， 所述镰刀形缝隙 110中水平横槽的长度为 11， L型槽的长边的长度 为 13， L型槽的短边的长度为 14， L型槽的宽度及水平横槽的宽度均为 12。

[0030] 所述第二金属板 12的长度为 W， 高度为 L。 所述第二金属板 12内刻蚀有叉形缝 隙 120。 如图 3所示， 所述叉形缝隙 120包括一个 T型槽、 两个竖槽及两个二极管 (分别为第三二极管 D1及第四二级管 D2) ， 其中， 一个竖槽与所述 T型槽横边 的一端通过一个第三二极管 D1连接， 另一个竖槽与所述 T型槽横边的另一端通过 一个第四二极管 D2连接。 所述两个竖槽的高度均为 l _fed ， T型槽的水平边的长度 为 l _stub ， τ型槽的竖直边的高度为 I f， 所述 T型槽的竖直边及水平边的宽度为 _{W f} ， 所述第二金属板的竖槽的宽度为也为 wf， 所述两个竖槽的宽度均为 d。 此外， 所 述叉形缝隙 120的厚度均为第二金属板 12的厚度。 所述叉形缝隙 120在所述第二 金属板 12上左右对称结构。

[0031] 需要说明的是， 所述频率及方向图可重构缝隙天线 1通过控制四个二极管进行 状态组合， 来改变天线谐振缝隙长度， 从而实现频率可重构。 具体地说， 通过 控制二极管， 可以控制频率， 也就是说可以调频率， 一个天线就可以实现多个 频段的调节。

[0032] 其中， 采用镰刀形缝隙可以减少 E面 （即频率及方向图可重构缝隙天线的波传 播的方向与电场方向组成的平面） 交叉极化 （左右对称， 避免方向图的畸变） ， 改善天线辐射性能， 同吋天线实现了小型化 （频率及方向图可重构缝隙天线 上表面幵了缝隙， 增加电流的有效路径， 电流沿着缝隙走， 有利于电流的集中 分布， 改善了上表面及下表面的电流分布， 从而实现小型化） 。

[0033] 采用叉形馈电的结构， 在叉形馈电结构的水平枝节和垂直枝节的连接 处加载两 个二极管， 控制二极管的不同组合状态， 天线可以实现方向图可重构。 同吋， 采用叉形馈电以及对称的天线结构， 天线实现了宽频操作。

[0034] 在本实施例子中， 采用仿真软件 CST对天线各个状态进行仿真分析， 最后优化 的参数为： W = 40 mm、 L = 30 mm、 1 _feed = 9.3 mm、 1 _stub = 30.4 mm、 1 _f = 14 mm 、 W f = 3.14 mm、 1 ! = 6.7mm、 l ₂ =l mm、 l ₃ = 9 mm、 1 ₄ =4mm及 d = 1 mm。

[0035] 选取二极管 BAR50-02V作为射频幵关。 二极管的不同组合状态如表所示。

[] [表 1]

[0036] [0037] 图 5给出天线各个状态仿真的反射系数曲线。 当四个二极管 （如图 1至 3中二极 管 Dl， D2， D3及 D4) 都导通， 即 statel吋， 天线工作频段为 4.64-5.36GHz; 当 D 1， D2导通， D3， D4断幵， 即 state2吋， 天线工作频段为 3.71-4.62GHz; 当 D1导 通， D2， D3， D4断幵， 即 state3吋， 天线工作频段为 3.71~4.21GHz。 由于天线的 结构对称， 当 D2导通， Dl， D3， D4断幵， 即 state4吋， 天线的工作频段和 state3 相同。

[0038] 图 5-1至图 5-4给出天线各个谐振频率的仿真辐射方向图。 从图中可以看出， E 面的方向图基本呈" 8"字型， H面 （波传播的方向与磁场方向组成的平面） 的方 向图随幵关状态的改变而发生改变。 当 Dl， D2导通， 即 statel和 state2吋， 如图 6- 1和 6-2所示， H面方向图基本是全向型， 天线在 statel和 state2两个状态实现了频 率可重构。 当 D1断幵， D2导通， D3及 D4都断幵， 即 state3吋， 如图 6-3所示， H 面的方向图指向 θ=-90°。 当 D1导通， D2断幵， ， D3及 D4都断幵， 即 state4吋， 如图 6-4所示， H面的方向图指向 θ=+90°。 由此可见， 天线在 state2， state3和 state 4(工作频段 3.7-4.2GHz)三个状态实现了方向图可重构。

[0039] 需要说明的是， 本发明中的频率及方向图可重构缝隙天线省略 了连接外界控制 设备的导线， 及对第一二极管、 第二二极管、 第三二极管及第四二极管进行控 制的控制设备。 在本实施例中， 所述控制设备可以是， 但不限于， 电子幵关或 者微控制器等其它任意能够控制二极管的幵合 及闭合的装置。

[0040] 以上仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效 流程变换， 或之间或间接运用在 其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。

工业实用性

[0041] 本发明采用上述技术方案， 带来的技术效果为： 本发明所述频率及方向图可重 构缝隙天线可以在保持极化方式不变的情况下 ， 根据通信要求适吋改变天线的 频率和辐射方向图， 减少无线通信系统的空间噪声， 避免电子干扰， 提高系统 安全性， 增加信道容量， 在汽车和飞机雷达以及卫星通信网络等诸多方 面得到 广泛的应用。