專(zhuān)利名稱(chēng)：方向圖可重構(gòu)的類(lèi)八木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，它特別涉及帶有微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)的微帶貼片天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
在許多有關(guān)天線的科技書(shū)籍中，比如“天線原理與設(shè)計(jì)”(謝處方，邱文杰編著)，都提到了八木天線(見(jiàn)圖1)，這種天線是由一根有源振子和幾根無(wú)源振子(包括引向器和反射器)組成。通過(guò)各振子之間的強(qiáng)耦合，在引向器和反射器的共同作用下，產(chǎn)生某一特定方向的輻射。缺點(diǎn)在于只在一個(gè)方向上定向輻射，不能實(shí)現(xiàn)方向圖的掃描，而且其立體結(jié)構(gòu)難以和載體共形。
文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave SymposiumDigest，1999 IEEE MTT-S International，Volume4，13-19 June 1999)中描述了一種結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的天線(見(jiàn)圖2)，實(shí)現(xiàn)了天線輻射方向圖的改變。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 Transactionson Antenna and Propagation，Vol49，NO.10，October 2001)中講述如何采用微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)造，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，從而使天線能在多個(gè)頻率點(diǎn)上工作。但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上天線輻射方向圖的掃描。
文獻(xiàn)“A Novel 1-D Periodic Defected Ground Structure for Planar Circuits”(IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS，VOL.10，NO.4，APRIL2000)中提到了一種PBG結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4)，通過(guò)改變PBG結(jié)構(gòu)的形狀或尺寸可產(chǎn)生帶隙或阻帶，達(dá)到改變頻率特性的目的。
如何去克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種問(wèn)題，并把各種不同類(lèi)型天線的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)還有待更深入的研究，發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的天線結(jié)構(gòu)體積大、重量重、難以和載體共形的不足，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上天線輻射方向圖的掃描，本發(fā)明提供了一種方向圖可重構(gòu)的類(lèi)八木微帶天線，該微帶天線具有體積小、重量輕、易于與載體共形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)頻率點(diǎn)上的天線輻射方向圖的掃描等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的一種方向圖可重構(gòu)的類(lèi)八木微帶天線包括同軸饋線14、金屬底板15、介質(zhì)基片16，金屬底板15位于介質(zhì)基片16的下表面，如圖5所示，其特征是它還包括金屬貼片17，金屬貼片17包括位于中心位置的矩形金屬貼片19(以矩形金屬貼片19的中心為坐標(biāo)原點(diǎn))，矩形金屬貼片20位于矩形金屬貼片19的正上方，矩形金屬貼片18位于矩形金屬貼片19的正下方以矩形金屬貼片19為中心關(guān)于Y軸與矩形金屬貼片20對(duì)稱(chēng)；開(kāi)槽矩形金屬貼片21以矩形金屬貼片19為中心關(guān)于X軸與開(kāi)槽矩形金屬貼片24對(duì)稱(chēng)；開(kāi)槽矩形金屬貼片22以矩形金屬貼片19為中心關(guān)于X軸與開(kāi)槽矩形金屬貼片23對(duì)稱(chēng)，如圖6所示；開(kāi)槽矩形金屬貼片21上開(kāi)有 字形槽縫25和26，如圖7所示；開(kāi)槽矩形金屬貼片22、23和24的結(jié)構(gòu)和開(kāi)槽矩形金屬貼片21相同，各開(kāi)槽金屬貼片上兩條 字形槽縫的具體位置可以相同，也可以不同；開(kāi)槽矩形金屬貼片21中， 字形槽縫25上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(33～38)， 字形槽縫26上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(39～44)，如圖8所示；開(kāi)槽矩形金屬貼片22中， 字形槽縫27上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(45～50)， 字形槽縫28上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(51～56)，如圖9所示；開(kāi)槽矩形金屬貼片23中， 字形槽縫29上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(57～62)， 字形槽縫30上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(63～68)，如圖10所示；開(kāi)槽矩形金屬貼片24中， 字形槽縫31上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(69～74)， 字形槽縫32上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(75～80)，如圖11所示；金屬貼片17敷在介質(zhì)基片16的上表面；能量通過(guò)同軸饋線14饋到天線上，如圖5所示。
需要說(shuō)明的是上面采用的是同軸饋線14，饋電方式也可采用別的方式。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是采用微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)，其金屬貼片17包含七片矩形金屬貼片(18～24)，七片矩形金屬貼片(18～24)按一定的方式敷在介質(zhì)基片16的上表面中間的貼片19作為有源貼片(能量通過(guò)同軸饋線14直接饋到這片貼片19上)，在有源貼片19的左右兩邊X軸對(duì)稱(chēng)的排列四片開(kāi)有槽縫的貼片21、22和23、24(開(kāi)槽貼片(21～24)的每一條槽縫(25～32)上都搭接著微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)(33～80))，在有源貼片19的前后兩側(cè)Y軸對(duì)稱(chēng)的排列兩片貼片18和20。這樣便得到本發(fā)明的基本天線結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制開(kāi)槽貼片(21～24)上微機(jī)電開(kāi)關(guān)(33～80)的工作狀態(tài)(連接或斷開(kāi))，使微帶天線處于不同的工作狀態(tài)，便可在同一個(gè)頻率上得到主瓣指向不同的天線輻射方向圖。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用金屬貼片17，使天線平面化，實(shí)現(xiàn)了天線體積小、重量輕、易于與載體(如飛機(jī))共形這一目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了天線輻射方向圖能夠在一個(gè)頻率點(diǎn)上進(jìn)行掃描。天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1是八木天線的示意圖在圖1中，1是反射器，2是引向器，3是饋電點(diǎn)；圖2是文獻(xiàn)“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天線的示意圖在圖2中，4是可重構(gòu)的VEE天線，5是拉伸裝置，6是傳輸線，7是介質(zhì)基片，8是方向圖主瓣方向；圖3是文獻(xiàn)“On the Gain of a Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天線的示意圖在圖3中，9是饋電點(diǎn)，10是MEMS開(kāi)關(guān)；圖4是文獻(xiàn)“A Novel 1-D Periodic Defected Ground Structure for Planar Circuits”所述的PBG結(jié)構(gòu)的示意圖在圖4中，11是介質(zhì)基片，12是金屬底板上的DGS，13是金屬導(dǎo)帶；圖5是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖在圖5中，14是同軸饋線，15是金屬底板，16是介質(zhì)基片，17是金屬貼片；圖6是金屬貼片17的結(jié)構(gòu)示意7是開(kāi)槽矩形金屬貼片上 字形槽縫的示意8是開(kāi)槽矩形金屬貼片21的放大9是開(kāi)槽矩形金屬貼片22的放大10是開(kāi)槽矩形金屬貼片23的放大11是開(kāi)槽矩形金屬貼片24的放大圖在圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11中，18、19、20均是矩形金屬貼片，21、22、23、24均是開(kāi)槽矩形金屬貼片，25～32均是 字形槽縫，33～80均是微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)；圖12是第一個(gè)實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)的俯視13是第一個(gè)實(shí)施例的天線輻射方向圖(在與x軸成90度的平面內(nèi))在圖13中，81是電場(chǎng)θ分量的輻射方向圖，82是電場(chǎng)Φ分量的輻射方向圖；具體實(shí)施方式
在圖12的實(shí)施例中，天線的尺寸和材料屬性是金屬底板15和金屬貼片17采用厚度為0.018mm的銅箔；金屬底板15的尺寸為60×40mm2；矩形金屬貼片19的尺寸為8×8mm2；矩形金屬貼片18和20的尺寸為7×7mm2；開(kāi)槽矩形金屬貼片(21～24)的尺寸為7×7mm2；相鄰矩形金屬貼片的間距是0.8mm； 字形槽縫(25～32)的兩端矩形的尺寸為1.2×0.6mm2，中間條形的尺寸為0.4×5.2mm2；介質(zhì)基片16的厚度為1mm，大小為50×30mm2，相對(duì)介電常數(shù)為3；微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)(33～80)的尺寸為0.4×0.4mm2。
微機(jī)電開(kāi)關(guān)36、37、38、42、43、44、48、49、50、54、55、56處于連接狀態(tài)，微機(jī)電開(kāi)關(guān)33、34、35、39、40、41、45、46、47、51、52、53處于斷開(kāi)狀態(tài)。這時(shí)，當(dāng)頻率為9.95GHz，可以在與x軸成90度的平面內(nèi)得到電場(chǎng)的θ分量與z軸成32度夾角的天線輻射方向圖，見(jiàn)圖13。
同理，通過(guò)改變各個(gè)開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，還可以得到同一個(gè)頻率點(diǎn)在同一個(gè)平面內(nèi)主瓣指向不同的天線輻射方向圖。
權(quán)利要求
1.一種方向圖可重構(gòu)的類(lèi)八木微帶天線包括同軸饋線(14)、金屬底板(15)、介質(zhì)基片(16)，金屬底板(15)位于介質(zhì)基片(16)的下表面，其特征是它還包括金屬貼片(17)，金屬貼片(17)包括位于中心位置的矩形金屬貼片(19)(以矩形金屬貼片(19)的中心為坐標(biāo)原點(diǎn))，矩形金屬貼片(20)位于矩形金屬貼片(19)的正上方，矩形金屬貼片(18)位于矩形金屬貼片(19)的正下方以矩形金屬貼片(19)為中心關(guān)于Y軸與矩形金屬貼片(20)對(duì)稱(chēng)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(21)以矩形金屬貼片(19)為中心關(guān)于X軸與開(kāi)槽矩形金屬貼片(24)對(duì)稱(chēng)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(22)以矩形金屬貼片(19)為中心關(guān)于X軸與開(kāi)槽矩形金屬貼片(23)對(duì)稱(chēng)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(21)上開(kāi)有 字形槽縫(25)和(26)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(22)、(23)和(24)的結(jié)構(gòu)和開(kāi)槽矩形金屬貼片(21)相同，各開(kāi)槽金屬貼片上兩條 字形槽縫的具體位置可以相同，也可以不同；開(kāi)槽矩形金屬貼片(21)中， 字形槽縫(25)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(33～38)， 字形槽縫(26)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(39～44)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(22)中， 字形槽縫(27)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(45～50)， 字形槽縫(28)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(51～56)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(23)中， 字形槽縫(29)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(57～62)， 字形槽縫(30)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(63～68)；開(kāi)槽矩形金屬貼片(24)中， 字形槽縫(31)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(69～74)， 字形槽縫(32)上搭接了六個(gè)微機(jī)電開(kāi)關(guān)(75～80)；金屬貼片(17)敷在介質(zhì)基片(16)的上表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方向圖可重構(gòu)的類(lèi)八木微帶天線，包括同軸饋線14、金屬底板15、介質(zhì)基片16，金屬底板15位于介質(zhì)基片16的下表面，其特征是它還包括金屬貼片17，它包含七片矩形金屬貼片(18～24)，七片矩形金屬貼片(18～24)按一定的方式敷在介質(zhì)基片16的上表面中間的貼片19作為有源貼片，在有源貼片19的左右兩邊對(duì)稱(chēng)的排列四片開(kāi)有槽縫的貼片21、22和23、24(開(kāi)槽貼片(21～24)的每一條槽縫(25～32)上都搭接著微機(jī)電開(kāi)關(guān)(MEMS)(33～80))，這樣便得到本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)。由于采用金屬貼片17，使天線平面化，實(shí)現(xiàn)了天線體積小、重量輕、易于與載體(如飛機(jī))共形這一目的。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK1599133SQ0313582
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者王秉中, 楊雪松, 孫樹(shù)輝 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)