本發(fā)明涉及一種可編程窄頻/寬頻等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器，屬于無(wú)線電通信、微波器件領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信、衛(wèi)星通信和導(dǎo)航、雷達(dá)系統(tǒng)與軍事上電子對(duì)抗設(shè)備的迅速發(fā)展，對(duì)天線的小型化、寬頻帶、圓雙極化及低損耗等性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的金屬天線在高頻段由于金屬歐姆損耗大導(dǎo)致輻射效率低和在低頻段天線的幾何尺寸大而不適合當(dāng)今小型化的要求，因此對(duì)于天線的小型化、寬頻帶、低損耗等性能提出了更高的要求。介質(zhì)諧振天線相比一般天線具有輻射效率高、饋電方式多樣、在高頻段可以做到小型化以及加工簡(jiǎn)單，成本較低，便于集成設(shè)計(jì)等良好的性能，正受到越來(lái)越多的關(guān)注、研究與應(yīng)用，自1960年代末低損耗陶瓷介質(zhì)研制成功以來(lái)，介質(zhì)諧振器以其尺寸小、q值高和較高的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)微波電路小型化、集成化和高可靠性的迫切需求，已成功地應(yīng)用于濾波器、振蕩器等許多微波器件中。同時(shí)為了保證通信質(zhì)量，需要解決現(xiàn)有頻帶資源的擁堵和天線間干擾問(wèn)題。所以介質(zhì)天線具有較大的價(jià)值。

單就介質(zhì)諧振器天線而言，近年來(lái)介質(zhì)諧振器天線研究主要集中于寬帶、多頻、圓極化、小型化、特殊應(yīng)用的設(shè)計(jì)與陣列的研究。在寬帶方面，為了增大天線帶寬，單點(diǎn)饋電還可利用不同的饋電方式或結(jié)構(gòu)微擾來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這種方法具有一定的局限性，等離子體介質(zhì)天線因等離子體的特殊性質(zhì)，是介質(zhì)天線未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)。等離子體在實(shí)現(xiàn)調(diào)控時(shí)不僅可以改變等離子體的激勵(lì)狀態(tài)（激勵(lì)/未激勵(lì)），還能調(diào)整等離子體頻率的大小（電子密度），如此具有更多、更寬廣的可重構(gòu)方式和可重構(gòu)狀態(tài)，這意味著可以通過(guò)編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的工作狀態(tài)和工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可編程窄頻/寬頻等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器，通過(guò)編程控制高介電常數(shù)介質(zhì)中的橢圓形等離子體環(huán)的激發(fā)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)貼片天線的工作帶寬的改變。本發(fā)明通過(guò)等離子體控制技術(shù)與介質(zhì)諧振器技術(shù)的相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于天線工作頻率在窄頻/寬頻間的轉(zhuǎn)換，達(dá)成窄頻/寬頻轉(zhuǎn)換器的目的。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種可編程窄頻/寬頻等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括貼片天線，所述貼片天線的輻射貼片上方設(shè)置有固態(tài)介質(zhì)層；其中，介質(zhì)層內(nèi)設(shè)有n個(gè)具有開(kāi)口的開(kāi)槽，每個(gè)開(kāi)槽內(nèi)均填充有等離子體，構(gòu)成介質(zhì)諧振器；每個(gè)開(kāi)槽內(nèi)的等離子體分別連接一個(gè)等離子體激勵(lì)源進(jìn)行激勵(lì)，每個(gè)等離子體激勵(lì)源的通斷通過(guò)可編程控制邏輯陣列進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)等離子體介質(zhì)天線的窄頻/寬頻的轉(zhuǎn)換。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述介質(zhì)層的介質(zhì)為高介電常數(shù)介質(zhì)，其介電常數(shù)ε≥100。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，n≥2。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述介質(zhì)層內(nèi)開(kāi)槽的形狀為橢圓形。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述橢圓形開(kāi)槽的厚度小于介質(zhì)層的厚度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述橢圓形開(kāi)槽的中心均在固態(tài)介質(zhì)層的軸線上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述介質(zhì)層內(nèi)開(kāi)槽的形狀為圓形或方形或三角形。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述固態(tài)介質(zhì)層的層數(shù)大于等于1，且每層介質(zhì)層內(nèi)的開(kāi)槽均大于等于2。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述開(kāi)槽內(nèi)填充的等離子體為氣態(tài)等離子體。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明通過(guò)在介質(zhì)諧振天線的介質(zhì)中嵌入等離子體柱，從而得到一款新的介質(zhì)諧振天線，諧振器包含介質(zhì)和等離子體兩部分。通過(guò)改變介質(zhì)中嵌入的不同位置的等離子體柱的激勵(lì)狀態(tài)，天線的工作頻率范圍在窄頻和寬頻之間相互轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計(jì)的天線具有結(jié)構(gòu)通俗，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)靈活，功能性強(qiáng)等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為可編程窄頻/寬帶等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a、圖2b、圖2c分別為本發(fā)明一實(shí)施例在不同等離子體激勵(lì)狀態(tài)下的s11參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明一種編程控制的窄頻/寬頻等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)貼片天線、介質(zhì)諧振器和可編程邏輯陣列控制的等離子體激勵(lì)源組成，介質(zhì)諧振器必需位于貼片天線的輻射貼片上方。介質(zhì)諧振器由開(kāi)槽的高介電常數(shù)固態(tài)介質(zhì)層和等離子體柱組成，介質(zhì)層內(nèi)設(shè)有n個(gè)具有開(kāi)口的開(kāi)槽，每個(gè)開(kāi)槽內(nèi)均填充有等離子體，每個(gè)等離子體柱可以通過(guò)控制線連接激勵(lì)源來(lái)改變等離子體柱的激勵(lì)狀態(tài)。本發(fā)明中，通過(guò)可編程邏輯陣列控制等離子體柱的激勵(lì)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)可編程邏輯陣列進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)等高介電常數(shù)介質(zhì)層中的等離子體柱全部或單個(gè)激勵(lì)狀態(tài)的控制，從而達(dá)到對(duì)貼片天線工作帶寬在窄頻/寬頻間相互轉(zhuǎn)換的目的，實(shí)現(xiàn)等離子體介質(zhì)天線的窄頻/寬頻的轉(zhuǎn)換，達(dá)成窄頻/寬頻轉(zhuǎn)換器的目的。

其中，所述貼片天線的形制可以是任意的，且基板材料可以是任意種類的材料，如rogers5880，fr4和共燒陶瓷等。貼片天線的接地板和寄生貼片的材質(zhì)可以為pec、金屬或者其他材質(zhì)，如石墨烯、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體等。

其中，所述介質(zhì)諧振器中的介質(zhì)為高介電常數(shù)介質(zhì)，其介電常數(shù)ε≥100，且其中的開(kāi)槽個(gè)數(shù)n≥2。嵌入高介電常數(shù)介質(zhì)中的等離子體柱的幾何形狀（即開(kāi)槽的形狀）可以任意，如橢圓形、圓形、方形、三角形等。

其中，所述介質(zhì)諧振器中的介質(zhì)層至少有一層，且每層的開(kāi)槽個(gè)數(shù)至少為2個(gè)，每個(gè)開(kāi)槽的中心都在介質(zhì)層的軸線上。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述：

如圖1所示，本實(shí)施例一種窄頻/寬帶等離子體介質(zhì)天線轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)貼片天線和高介電常數(shù)介質(zhì)諧振器（包括開(kāi)槽介質(zhì)以及等離子體）。所述的貼片天線的接地板1和寄生貼片2都是pec，基板3是rogers5880。介質(zhì)諧振器包括兩部分，開(kāi)槽的高介電常數(shù)介質(zhì)層4和等離子體5、6，等離子體5、6分別通過(guò)等離子體激勵(lì)源7、8進(jìn)行激勵(lì)，等離子體激勵(lì)源7、8的通斷通過(guò)對(duì)可編程邏輯陣列進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在本實(shí)施例中，介質(zhì)層的介電常數(shù)ε=400，損耗正切tanδ=0.002。離子體采用氣態(tài)等離子體，高壓激勵(lì)惰性氣體氬氣的方式來(lái)產(chǎn)生，激勵(lì)后產(chǎn)生的等離子體頻率約為30ghz，其中的等離子體環(huán)采用橢圓形結(jié)構(gòu)，該橢圓形等離子體柱的長(zhǎng)軸半徑為a=20mm，短軸半徑為b=12mm，等離子體柱的厚度td=2mm，寬度w=2mm。采用上述的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)貼片天線的工作頻率范圍的窄頻/寬頻工作狀態(tài)間的互相轉(zhuǎn)換。

在所設(shè)計(jì)的等離子體介質(zhì)天線實(shí)施例中，可以改變的等離子體共有一層兩個(gè)開(kāi)口橢圓環(huán)，每個(gè)橢圓形等離子體環(huán)都有激勵(lì)和不激勵(lì)兩種狀體，橢圓形等離子體環(huán)自天線饋源處開(kāi)始依次標(biāo)記為環(huán)1、環(huán)2。

當(dāng)只有貼片天線工作時(shí)，其可以工作在2.904ghz，其s11參數(shù)如圖2a中的虛線所示。此時(shí)貼片天線的回波損耗比較小。當(dāng)貼片天線上的高介電常數(shù)介質(zhì)中的橢圓形等離子體柱都不被激發(fā)，其s11如圖2a中的實(shí)線所示，s11比較雜亂，雖然有一定頻段的帶寬展寬，但是卻偏離了原來(lái)貼片天線的工作頻點(diǎn)。當(dāng)天線上的高介電常數(shù)介質(zhì)中的橢圓形等離子體柱全部被激勵(lì)時(shí)，其s11如圖2b中的實(shí)線所示，可以看到不僅對(duì)貼片天線的工作頻率范圍有了明顯有效的拓寬，在2.857~2.966ghz內(nèi)，其s11均在-10db以下。不僅如此，還在2.64~2.668ghz和3.004~3.057ghz內(nèi)兩個(gè)頻段都處于良好的工作狀態(tài)，即通過(guò)人為控制橢圓形等離子體柱的激勵(lì)狀態(tài)，不僅使得貼片天線可以在工作在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，還可以在另外不同的三個(gè)頻段正常工作。圖2c中的實(shí)線和點(diǎn)線分別是激勵(lì)不同的橢圓形等離子體柱而得到的s11曲線，從圖2c中可以看出，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)橢圓形等離子體柱不被激勵(lì)時(shí)，天線的工作頻段只是被粗略地分成了三個(gè)可工作的頻點(diǎn)，其工作帶寬并沒(méi)有被有效地拓寬；而當(dāng)?shù)诙€(gè)橢圓形等離子體柱不被激勵(lì)，貼片天線的工作頻點(diǎn)不僅被分為三個(gè)有一定寬度的工作頻段，分別在2.628~2.687ghz，2.849~2.982ghz，2.996~3.062ghz，其中尤其以2.849~2.982ghz工作帶寬最寬，包含了未加介質(zhì)諧振器時(shí)貼片天線的工作頻點(diǎn)。與所有橢圓形等離子體柱全部激勵(lì)狀態(tài)相比較，拓寬后三個(gè)工作頻段都要更寬。

該種形制的介質(zhì)諧振器天線可以通過(guò)編程控制不同的橢圓形等離子體柱的激發(fā)狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)對(duì)貼片天線的工作帶寬的控制，使其在單頻與寬頻之間自由相互切換，即實(shí)現(xiàn)了貼片天線工作頻率的可重構(gòu)。使得貼片天線具有更為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。