專利名稱：一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及方向圖可重構(gòu)天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著無線通信的飛速發(fā)展，高性能緊湊型方向圖可重構(gòu)天線對于整體通信系統(tǒng)性能的提高有著越來越重要的意義。方向圖可重構(gòu)天線一方面可以降低通信系統(tǒng)的電子噪聲干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面可以提高天線的通信效率。但是在現(xiàn)有方向圖可重構(gòu)天線設(shè)計中存在的問題又制約了其進(jìn)一步在市場中推廣應(yīng)用的前景文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave Symposium Digest，1999 IEEEMTT-S International，Volume4，13-19 June)描述了一種結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的天線(見圖1)，實現(xiàn)了天線方向圖的改變。但是其結(jié)構(gòu)的改變是采用機(jī)械形式，反應(yīng)速度比較慢。
文獻(xiàn)“On the Gain of A Reconfigurable-Aperture Antenna”(IEEE Transactions On AntennaAnd Propagation，Vol49，NO.10，October 2001)中講述如何采用微機(jī)電開關(guān)(MEMS)實現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)造。但是沒能在一個頻點上實現(xiàn)天線方向圖的掃描(見圖2)。
文獻(xiàn)“A Pattern Reconfigurable Microstrip Parasitic Array”(IEEE Transactions On AntennaAnd Propagation，Vol52，NO.10，October 2004)雖然可以在一個頻點實現(xiàn)方向圖掃描，但是方向圖的增益有限，在9dBi以下(見圖3)。
為此如何克服現(xiàn)有可重構(gòu)天線技術(shù)中存在的各種問題，并把不同類型的天線的優(yōu)點結(jié)合起來還有待進(jìn)一步的深入地研究。

發(fā)明內(nèi)容
為了在一個頻點上實現(xiàn)天線的高增益，輻射方向圖全向快速掃描，本發(fā)明提供一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，該天線具有高增益、覆蓋范圍廣、可在一個頻點實現(xiàn)方向圖掃描等特點。
本發(fā)明提供的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，如圖4、5所示，包括同軸線探針13，金屬地板14，三階Koch分形金屬貼片15，介質(zhì)基片16，六個相同的短路柱17。同軸線探針13穿過金屬地板14的中心孔與三階Koch分形金屬貼片15的中心點相連，其饋電點位于金屬地板14的中心點孔下方。六個短路柱17呈六角對稱狀分布于以同軸線探針13為中心且半徑較小的圓周上，如圖6所示。每個短路柱17下端與金屬地板14相連，上端通過一個電子開關(guān)18與三階Koch分形金屬貼片15相連，如圖4所示。三階Koch分形金屬貼片15緊貼于介質(zhì)基片16的下方。金屬地板14上開有六條相同的細(xì)縫19，六條細(xì)縫19與六個短路柱17相應(yīng)地呈六角對稱狀分布于以同軸線探針13為中心且半徑較大的圓周上，如圖6所示。每條細(xì)縫19中均嵌入了至少一個電子開關(guān)18，以控制整條細(xì)縫的閉合或斷開，如圖7所示。
本發(fā)明采用同軸饋電形式，能量通過同軸饋線探針13連接到天線貼片上。其饋電方式也可以采用其他的形式，開關(guān)18可以選用MEMS開關(guān)，也可以選用其他形式的電子開關(guān)。介質(zhì)基片16具有一定的介電常數(shù)即可。所述細(xì)縫19可以是直線形或圓弧形細(xì)縫。
本發(fā)明通過控制細(xì)縫19和短路柱17上的開關(guān)(連接或者斷開)，可使天線處于不同的工作狀態(tài)，進(jìn)而在一個頻率點實現(xiàn)主瓣指向不同的高方向性增益天線輻射方向圖，其中最基本的6個工作狀態(tài)所對應(yīng)的輻射方向圖為天線上半空間、與Koch分形金屬貼片法線方向成一定夾角范圍的六個對稱分布的輻射方向圖，如圖8、9所示。
上述方案雖然沒有給出所有組成部件之間尺寸的相對比例關(guān)系，但是均能夠重構(gòu)出上述6種基本輻射方向圖，并在一個頻點上實現(xiàn)上半空間的掃描。任意一種尺寸比例關(guān)系的具有Koch分形貼片的的方向圖可重構(gòu)天線，按照其尺寸比例均可縮小或放大，以實現(xiàn)不同頻點的掃描。
本發(fā)明由于采用了Koch分形貼片結(jié)構(gòu)，可以使得天線體積小、重量輕、增益高，易于載體表面共形。同時由于采用了短路柱和地面開縫技術(shù)可以使得天線方向圖在一個頻點實現(xiàn)方向圖掃描，天線結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，簡化了饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，特別是由于其實現(xiàn)的高方向性增益(9dB-11.7dB)，因此在地面移動通信終端上具有很高的實用價值。


圖1是文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天線示意圖。其中，1為可重構(gòu)的VEE天線，2是拉伸裝置，3是傳輸線，4是介質(zhì)基片，5是方向圖的主瓣方向。
圖2是文獻(xiàn)“On the Gain of A Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天線的示意圖。其中，6是饋電點，7是MEMS開關(guān)。
圖3是文獻(xiàn)“A Pattern Reconfigurable Microstrip Parasitic Array”所述天線的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，8是輻射天線，9是控制開關(guān)，10是同軸饋線，11是金屬地板，12是介質(zhì)材料。
圖4是本發(fā)明所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線基本結(jié)構(gòu)示意圖，其中13是同軸線探針，14是金屬地板，15是三階Koch分形金屬貼片，16是介質(zhì)基片，17是短路柱，18是電子開關(guān)。
圖5是本發(fā)明所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線中三階Koch分形金屬貼片形狀圖。
圖6是本發(fā)明所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線中金屬地板示意圖，其中13是同軸線探針，14是金屬地板，17是短路柱，19是細(xì)縫。
圖7是本發(fā)明所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線中細(xì)縫隙19的局部放大圖，其中，18是電子開關(guān)。
圖8是本發(fā)明具體實時方式的天線輻射二維方向圖。
圖9是本發(fā)明具體實時方式的天線輻射三維方向圖。
具體實施例方式
在圖8、9的實施例中，天線的材料和屬性是介質(zhì)基片采用介電常數(shù)為3.02的普通復(fù)合介質(zhì)基片，金屬地板和Koch分形金屬貼片采用厚度為0.018mm的銅箔，金屬地板的尺寸為400×400mm2，Koch分形金屬貼片為三階Koch分形，六個縫隙的尺寸為1mm×40mm，成中心對稱地排列在距離饋電點為45mm的地板周圍。六個短路柱的半徑為1mm，成中心對稱的排列在距離饋電中心為23mm的圓周上。微帶貼片縫隙上選用的平面封裝形式的開關(guān)的尺寸為1×8mm2，每個短路柱的頂端都連有一個開關(guān)與微帶貼片相連，尺寸為1×2×2mm3。
其中一條細(xì)縫中的開關(guān)和對面的短路柱的開關(guān)處于連接狀態(tài)，而其他細(xì)縫中的開關(guān)和其他短路柱的開關(guān)處于斷開狀態(tài)，且當(dāng)頻率為3.3GHz時，由電磁系統(tǒng)仿真軟件HFSS仿真，其結(jié)果為天線主瓣增益在9-11.7dB，可以覆蓋θ方向21°-51°的范圍，如圖8、9所示。
根據(jù)天線結(jié)構(gòu)的對稱性，通過改變開關(guān)的工作狀態(tài)，可以得到可以六種等效的工作狀態(tài)，實現(xiàn)主瓣的不同指向，從而實現(xiàn)高增益全向覆蓋的功能。
權(quán)利要求
1.一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，其特征在于，包括同軸線探針(13)，金屬地板(14)，三階Koch分形金屬貼片(15)，介質(zhì)基片(16)，六個相同的短路柱(17)；同軸線探針(13)穿過金屬地板(14)的中心孔與三階Koch分形金屬貼片(15)的中心點相連，其饋電點位于金屬地板(14)的中心點孔下方；六個短路柱(17)呈六角對稱狀分布于以同軸線探針(13)為中心且半徑較小的圓周上；每個短路柱(17)下端與金屬地板(14)相連，上端通過一個電子開關(guān)(18)與三階Koch分形金屬貼片(15)相連；三階Koch分形金屬貼片(15)緊貼于介質(zhì)基片(16)的下方；金屬地板(14)上開有六條相同的細(xì)縫(19)，六條細(xì)縫(19)與六個短路柱(17)相應(yīng)地呈六角對稱狀分布于以同軸線探針(13)為中心且半徑較大的圓周上；每條細(xì)縫(19)中均嵌入了至少一個電子開關(guān)(18)，以控制整條細(xì)縫的閉合或斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，其特征在于，所述電子開關(guān)(18)為MEMS開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，其特征在于，所述細(xì)縫(19)可以是直線形或圓弧形細(xì)縫。
全文摘要
一種具有Koch分形貼片的方向圖可重構(gòu)微帶天線，屬于電子技術(shù)中方向圖可重構(gòu)天線技術(shù)。金屬地板14與三階Koch分形金屬貼片15通過同軸線探針13相連；六個短路柱17對稱分布于以探針13為中心的較小圓周上，其下端與金屬地板14相連，上端通過電子開關(guān)18與貼片15相連；金屬地板14上開有六條相同的細(xì)縫19，六條細(xì)縫19與六個短路柱17相應(yīng)地對稱分布于以探針13為中心的較大圓周上；每條細(xì)縫19中均嵌入了至少一個電子開關(guān)18。通過控制細(xì)縫19和短路柱17上的開關(guān)，可使天線處于不同的工作狀態(tài)，進(jìn)而在一個頻率點實現(xiàn)主瓣指向不同的輻射方向圖。本發(fā)明體積小、重量輕、增益高(9dB－11.7dB)，易于載體表面共形；同時結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便；在地面移動通信終端上具有很高的實用價值。
文檔編號H01Q13/10GK1925222SQ20061002190
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者王秉中, 劉會來, 肖紹球 申請人:電子科技大學(xué)