[发明专利]基于半切技术的频率可调谐微带贴片天线

说明书

本发明涉及一种基于半切技术的频率可调谐微带贴片天线，包括底层基板和、分设于底层基板上、下表面的微带贴片谐振器和微带馈线，微带贴片谐振器包含自下而上依次层叠设置的金属反射地板、中间层基板、顶层基板和半切的微带贴片，中间层基板和顶层基板之间具有一个频率调谐用微带线，频率调谐用微带线隔着顶层基板与微带贴片非接触地交叠，频率调谐用微带线外端与加载在顶层基板上表面的可变电容连接，微带贴片远离可变电容的一侧接地，频率调谐用微带线与可变电容构成非接触式频率调谐结构，用于连续的调谐天线的频率。本发明首次提出一种新型的非接触式可变电容加载方案，来设计工作在主模TM10下的频率可重构的微带贴片天线。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于半切技术的频率可调谐微带贴片天线。

背景技术

随着通信系统的小型化，需要将更多部件集成到有限的空间中，因此天线的小型化技术受到了广泛关注。但是天线的尺寸与其性能密切相关，因此针对小型化天线的设计并不容易。天线实现小型化的方法可以是：（1）维持天线原有的频率，减小其物理尺寸。（2）保持天线物理尺寸不变，降低其工作频率，以达到减小天线的电尺寸的效果。针对微带天线的小型化技术目前主要是基于使用新型材料或设计新颖的天线结构。例如，使用超材料设计了一种结构紧凑的磁电介质基板，通过增加基板的参数在频率不变的情况下减小天线尺寸。将微带贴片的一端短路能够在某些频率下将天线的物理尺寸减少一半。

为了满足无线通信系统的发展要求，近年来对多功能天线进行了广泛的研究。其中，可重构天线其优异的性能成为研究热点。可重构天线具有小尺寸，功能灵活等卓越特性，可以替换多个天线。近年来，人们对可重构天线的研究主要集中在工作频率，辐射方向图，极化上，它们在现代无线通信系统中发挥了重要作用。其中，频率可重构的天线因更适用于同时执行感测频率和通信功能的认知无线电系统而备受关注。这类天线可以通过加载可调谐元件来实现，例如，使用pin二极管在多个离散状态之间切换，或者加载可变电容以连续调谐工作状态。此外，采用射频微机电系统（MEMS）或液态金属也可以实现可重构的性能。

微带贴片天线由于具有剖面低、增益高以及易于加载可变电容等优点而被广泛应用于可重构天线，尤其是频率可重构天线的设计中。通常，可变电容被直接加载在微带贴片上。文献《Frequency-reconfigurable low-profile circular monopolar patchantenna,》（L. Ge and K. Luk, IEEE Trans Antennas Propag., vol. 62, no. 7, pp.3443-3449, July 2014）中提出了一种频率可重构堆叠贴片天线，天线由两个堆叠的正方形贴片组成，每个贴片被一个间隙分割成两个矩形部分，可变电容被直接加载在微带贴片中间的间隙上。文献《Unidirectional dual-band stacked patch antenna withindependent frequency reconfiguration》（L. Ge, M. Li, J. Wang and H. Gu, IEEEAntennas Wireless Propag Lett., vol. 16, pp. 113-116, 2017.）提出了一种基于圆形单极贴片频率可重构天线，四个扇形贴片加载在中心辐射贴片周围，在辐射贴片和扇形贴片之间的间隙引入了可变电容来实现频率可调。

但是以上设计都是将可调谐结构直接与辐射贴片连接，这使得可变电容对天线的辐射性能影响较大，因此，发明人首次提出了一种基于半切技术的新型非接触式可变电容加载方案，来设计工作在主模TM10模式下的频率可重构天线，与传统的频率可重构微带贴片天线相比，所提出的基于半切技术的非接触式可变电容加载的天线实现了50%的尺寸缩减，并将辐射贴片与可调谐结构分隔开来，减少加载可调谐结构对天线辐射性能的影响，提高了设计自由度。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于半切技术的频率可调谐微带贴片天线。