[发明专利]一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线

说明书

本发明涉及一种具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线，包括自下而上依次层叠设置的下介质基板、金属反射地板、上介质基板和矩形介质贴片，矩形介质贴片与上介质基板之间设置有频率调谐结构，下介质基板的下表面设置有耦合差分馈电的微带馈线，金属反射地板开设有与微带馈线对应的耦合缝隙。本发明首次提出了一种工作在主模TMsubgt;10/subgt;和高次模反相TMsubgt;20/subgt;的频率可重构双频介质贴片天线。由于两个模式对介质贴片长度变化的敏感度不同，本发明有针对性地将一对加载有变容二极管的微带线部分嵌入矩形介质贴片谐振器的两侧来改变介质贴片的电长度，从而在不影响主模TMsubgt;10/subgt;的频率和辐射性能的情况下，独立地调谐高次模反相TMsubgt;20/subgt;的频率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，稀缺的频谱资源和复杂的电磁环境使高性能天线的设计更具挑战性。为了满足现代无线通信的多功能、易集成、大容量和低成本的需求，双频无线通信系统受到了广泛的关注。同时，不断增加的无线应用与有限的天线安装空间之间的矛盾愈发显著，频率可重构天线也得到了越来越多的关注。它可以动态调整工作频率，并在未使用的频段提供噪声抑制，降低系统对前端电路的滤波要求。因此，具有频率可调谐功能的双频天线展现了巨大的应用前景。

目前，频率可重构双频天线的实现方法主要分为机械调谐和电子调谐。机械调谐方案具有高射频功率处理能力的优点，并且可以潜在地提供低调谐损耗。然而，机械致动器的切换时间较慢，需要较高的致动偏置电压，并且需要一定的实际空间来存储特定的液体或固体调谐材料。与机械调谐相比，电子调谐克服了响应速度慢、体积大的问题。在电子调谐元器件中，变容二极管具有结构简单、易于集成、可连续调谐等特点，这符合现代无线通信系统的高集成度、快速时变的要求。因此，基于变容二极管的频率可重构双频天线得到了广泛的研究。

微带贴片天线由于具有剖面低、重量轻、增益较高以及易于加载变容二极管等优点被广泛应用于频率可重构双频天线的设计中。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，微带贴片天线的金属损耗将变得严重，从而降低辐射效率。作为一个良好的替代品，导体损耗几乎为零的介质谐振器天线被考虑用来设计频率可重构天线。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，现有设计将变容二极管捆绑在介质谐振器上，以获得频率可调谐功能，但这会对天线的辐射性能产生显著的负面影响。同时，这些基于介质谐振器天线的频率可重构设计具有很高的剖面，并且都是单频带工作，大大限制了它们在现代无线通信系统中的应用范围。

在2013，研究者将一个高剖面的介质谐振器压缩成一个介质贴片，并将其与低介电常数的基板融合，设计出一款准平面的介质贴片天线。随后的研究表明，在保持低剖面特性的同时，介质贴片天线具有类似于微带贴片天线的高增益特性。同时，这种天线也有着很大的设计自由度。此外，基板的存在解决了设计中谐振器难以与微带电路集成的问题。因此，介质贴片天线在尺寸和性能上是传统微带贴片天线和介质谐振器天线之间的良好折衷。然而，到目前为止，尚未有研究者提出基于介质贴片天线的频率可重构双频天线。

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具有频率可调谐功能的双频介质贴片天线。