[发明专利]一种低剖面频率可重构介质贴片谐振器

说明书

本发明涉及一种低剖面频率可重构介质贴片谐振器，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、上介质基板和介质贴片，上介质基板上表面的垂直中分面上设置有一对微带线，微带线的一端插入到介质贴片的下方，微带线的外端与金属反射地板之间加载有变容二极管，微带线和变容二极管构成频率调谐结构，用于连续地调谐所述介质贴片谐振器的频率。本发明首次提出一种新型的变容二极管加载方案，来设计工作在主模TM₁₀₁下的低剖面频率可重构的介质贴片谐振器。为了充分挖掘介质贴片谐振器层叠结构的潜力，将一对加载有变容二极管的微带线部分地插入到介质贴片和基板之间，从而获得连续调谐频率的功能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及低剖面频率可重构介质贴片谐振器。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，在设备中装配多个天线以满足多样化的通信标准是十分必要的，但这将增加通信系统的尺寸和成本。同时，这些天线之间的电磁兼容问题也可能使系统的稳定性下降。在这种背景下，可重构天线受到了广泛的研究，它可以动态调整自身的参数来实现功能的多样性，从而代替多个天线的使用。可重构谐振器是可重构天线的“细胞”单元，它的特性直接决定了天线自身的优缺点，因此对可重构谐振器的研究显得特别重要。近年来，已经设计出了各种各样的可重构谐振器，它们被广泛的应用在极化可重构、方向图可重构和频率可重构天线中。这些可重构谐振器的实现方法主要分为两类。一类是基于机械调谐的可重构谐振器。通过控制用于构成谐振器的密闭容器中液态材料（如液态金属、变压器油、水等）或基板中固态材料（如金属柱、介质块、短路针等）的位置或体积占比，来使谐振器获得不同的功能或状态。尽管这种方法损耗低，但是机械可重构谐振器的调谐速度较慢，并且需要大的空间来存放液态或固态材料，这无法满足现代无线通信系统对可重构天线的快速时变和高集成度的要求。另一类是基于电调谐的可重构谐振器。通常将小尺寸、结构简单的半导体二极管或基于二极管的开关用作调谐组件。其中，具有快速调谐速度的变容二极管通常用来设计能连续调谐状态的可重构谐振器。

微带贴片谐振器由于具有剖面低、重量轻以及易于加载变容二极管等优点而被广泛应用于可重构谐振器，尤其是频率可重构谐振器的设计中。通常，变容二极管被加载在微带贴片的中间或者侧面。然而，随着低频频谱逐渐拥挤，现代无线通信系统的工作频率持续上升，微带贴片谐振器的金属损耗将变得严重，从而降低对应天线的辐射效率。作为一个良好的替代品，导体损耗几乎为零的介质谐振器被考虑用来设计频率可重构谐振器。但是，在介质谐振器上直接加载变容二极管是很困难的。为了解决加载问题，已经提出了一些设计方法。通过在介质谐振器两个相对的侧壁上印刷导电条或者带有垂直缝隙的导电片，来焊接变容二极管。但是，这些谐振器都具有很高的剖面，这将限制它们在一些空间受限应用中的使用。

为了降低介质谐振器的剖面，有学者提出了一种准平面的介质贴片谐振器。它是由位于上层的介质贴片和下层的介质基板融合而成，并具有与传统微带贴片谐振器类似的工作特性，同时又继承了介质谐振器的多模特性。可以发现，介质贴片谐振器是微带贴片谐振器和介质谐振器之间良好的折中选择。因此，介质贴片谐振器具有巨大的应用潜力，但到目前为止，基于介质贴片谐振器的频率可重构设计还没有人提出。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种结构简单的低剖面频率可重构介质贴片谐振器。

为实现本发明目的，本发明提出的一种低剖面频率可重构介质贴片谐振器，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、上介质基板和介质贴片，所述上介质基板上表面的垂直中分面上设置有一对微带线，其特征在于：所述微带线部分地插入到介质贴片和上介质基板之间，用于调谐介质贴片谐振器的频率，所述微带线的外端与金属反射地板之间加载有变容二极管，用于使微带线能连续地调谐所述介质贴片谐振器的频率。

进一步的，所述上介质基板上表面设置有位于微带线的外端的与金属反射地板短路连接的金属贴片，所述微带线的外端通过变容二极管与金属贴片连接。