專利名稱：磁電雙可調(diào)的微帶天線及其調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型化可調(diào)微波器件，特別涉及一種磁電雙可調(diào)的微帶貼片天線及其調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
天線作為無(wú)線通信進(jìn)出口，在很大程度上影響著無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，同時(shí)，在大多數(shù)情況下天線的尺寸也是無(wú)線通信終端尺寸的重要決定因素。微帶天線具有剖面低，小型化，制作簡(jiǎn)單，易集成，方向性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于通信導(dǎo)航，雷達(dá)，電子對(duì)抗等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著無(wú)線通信行業(yè)的迅猛發(fā)展與進(jìn)步，業(yè)界對(duì)天線的小型化和多功能化有了更高的要求。傳統(tǒng)介質(zhì)微帶天線基板的工作頻率單一，同時(shí)也存在一個(gè)無(wú)法避免的矛盾便是在減小尺寸的同時(shí)獲得較寬工作頻帶。而R. K. Mishra等人設(shè)計(jì)的磁可調(diào)微帶天線基于鐵 氧體基板，其原理主要是利用鐵氧體介質(zhì)相對(duì)高的介電常數(shù)來(lái)有效地減小微帶貼片天線的尺寸；同時(shí)由于鐵氧體介質(zhì)在外加偏置磁場(chǎng)的條件下，其磁導(dǎo)率會(huì)發(fā)生改變，即天線基板的介質(zhì)特性發(fā)生了改變，因此在無(wú)法改變天線尺寸的條件下，可以通過(guò)改變外加偏置磁場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)天線的工作頻率。但是，由于用于施加偏置磁場(chǎng)的線圈具有局限性，這種磁可調(diào)微帶天線存在器件損耗大、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的噪聲、誤差偏大等缺點(diǎn)?？偠灾?，現(xiàn)有的微帶天線普遍存在工作頻段不可調(diào)或可調(diào)工作頻帶單一、損耗大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種磁電雙可調(diào)的微帶天線及其調(diào)節(jié)方法?！N磁電雙可調(diào)的微帶天線，包括磁電層合材料基板，電磁鐵，微帶饋線，鐵磁相，壓電相；磁電層合材料基板由上至下分別是鐵磁相和壓電相，鐵磁相和壓電相通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合；在壓電相的前后兩個(gè)側(cè)表面面上分別鍍有一層金屬薄膜，即第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜，壓電相的下表面接地，鐵磁相的上表面通過(guò)光刻腐蝕法作出金屬微帶貼片，該金屬微帶貼片用做微帶輻射單元，金屬微帶貼片通過(guò)微帶饋線相連，在磁電層合材料基板的左右兩端放直一對(duì)電磁鐵。所述的第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜為金薄膜或銀薄膜。所述的鐵磁相為釔鐵石榴石YIG，壓電相為鋯鈦酸鉛PZT。所述的金屬微帶貼片為山字形。通過(guò)所述的第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜施加外部電壓。所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)電磁鐵對(duì)磁電層合材料基板施加外部偏置磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁相的磁導(dǎo)率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致了微帶天線的工作頻率發(fā)生偏移，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵上的電流以及南北極之間的距離可以對(duì)磁電層合材料基板施加不同的偏置磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的粗調(diào)；在壓電相前后兩個(gè)側(cè)面的金屬薄膜施加外部電壓，通過(guò)兩個(gè)金屬薄膜之間的電容效應(yīng)，磁電層合基板的壓電相上會(huì)產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)，通過(guò)所述電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率在幾十兆赫茲內(nèi)的精確調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電壓的正負(fù)方向，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的左右偏移。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
首先由于磁電層合材料存在高介電常數(shù)C >10)和高磁導(dǎo)率(P >10)的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)微帶天線的小型化。再者，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵上的電流以及南北極之間的距離可以對(duì)磁電層合材料施加不同的偏置磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)天線工作頻率的粗調(diào)。通過(guò)在壓電相前后兩個(gè)側(cè)面的金屬薄膜施加外部電壓實(shí)現(xiàn)工作頻率在幾十兆赫茲內(nèi)的精確調(diào)節(jié)。通過(guò)改變電壓的正負(fù)方向，即可實(shí)現(xiàn)阻帶峰的左右偏移，并且，對(duì)于不同的壓電材料，其偏移的方向和偏移量也會(huì)存在差異。磁場(chǎng)調(diào)節(jié)和電場(chǎng)調(diào)節(jié)之間工作獨(dú)立，不會(huì)相互干擾。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)微波器件工作頻段不可調(diào)或可調(diào)工作頻帶單一，無(wú)法在小頻段范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，適合無(wú)線通信中的可調(diào)應(yīng)用。同時(shí)，由于其磁電雙可調(diào)特性，該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)磁可調(diào)微波器件工作時(shí)損耗大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，將在我國(guó)的移動(dòng)通信，衛(wèi)星通信，醫(yī)療儀器，武裝遙控，安全系統(tǒng)及藍(lán)牙技術(shù)等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明；
圖I是磁電雙可調(diào)微帶貼片天線的俯視圖。圖2是磁電雙可調(diào)微帶貼片天線的立體圖。圖3是金屬微帶貼片的示意圖。圖4是本發(fā)明的工作頻點(diǎn)在8. 7-9GHZ頻段內(nèi)的的磁可調(diào)性偏移示意圖。圖5是本發(fā)明的工作頻點(diǎn)在8. 79-4. 8IGHz頻段內(nèi)的電可調(diào)性偏移示意圖。圖中，I、磁電層合材料基板，2、金屬微帶貼片，3、電磁鐵，4、微帶饋線，5、鐵磁相，
6、壓電相,7、第一層金屬薄膜，8、第二層金屬薄膜。
具體實(shí)施例方式一種磁電雙可調(diào)的微帶天線，包括磁電層合材料基板1，電磁鐵3，微帶饋線4，鐵磁相5,壓電相6 ;磁電層合材料基板I由上至下分別是鐵磁相5和壓電相6,鐵磁相5和壓電相6通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合；在壓電相6的前后兩個(gè)側(cè)表面面上分別鍍有一層金屬薄膜7、8，壓電相6的下表面接地，鐵磁相5的上表面通過(guò)光刻腐蝕法作出金屬微帶貼片2，該金屬微帶貼片2用做微帶輻射單元，金屬微帶貼片2通過(guò)微帶饋線4與壓電相6的下表面相連進(jìn)行饋電，在磁電層合材料基板I的左右兩端放置一對(duì)電磁鐵3。所述的金屬薄膜7、8為金或銀。所述的鐵磁相5為釔鐵石榴石YIG，壓電相6為鋯鈦酸鉛PZT。所述的金屬微帶貼片2為山字形。通過(guò)所述的金屬薄膜7、8施加外部電壓。—種所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)電磁鐵3對(duì)磁電層合材料基板I施加外部偏置磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁相5的磁導(dǎo)率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致了微帶天線的工作頻率發(fā)生偏移，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵3上的電流以及南北極之間的距離可以對(duì)磁電層合材料基板I施加不同的偏置磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的粗調(diào)；在壓電相6前后兩個(gè)側(cè)面的金屬薄膜7、8施加外部電壓，通過(guò)兩個(gè)金屬薄膜7、8之間的電容效應(yīng)，磁電層合基板I的壓電相6上會(huì)產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)，通過(guò)所述電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率在幾十兆赫茲內(nèi)的精確調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電壓的正負(fù)方向，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的左右偏移。如圖I所示，在磁電層合材料基板I的上表面，沿基底的長(zhǎng)度方向通過(guò)光刻腐蝕法制備“山”字型金屬貼片，其以基板長(zhǎng)度方向的中心線相互對(duì)稱。如圖2所示的磁電層合材料基板I是通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂將相同尺寸的鐵磁體5與壓電體6粘合到一起得以實(shí)現(xiàn)，其中W和L分別表示為基板的寬度和長(zhǎng)度，dl為鐵磁相的厚度，d2為壓電相的厚度。同時(shí)，在壓電體的前后兩側(cè)分別鍍上兩層金屬薄膜7、8，其材料通常選用金或銀。電磁鐵3的兩極分別放置于天線的左右兩側(cè)用于施加外部偏置磁場(chǎng)。實(shí)施例I
磁電層合材料基板的鐵磁層和壓電層分別選擇YIG和PZT兩種材料。其中YIG層的尺寸為15. 5mmX5. 5mmXO. 5mm, PZT的尺寸為15. 5mmX5. 5mmXO. 5mm,兩層之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合。同時(shí)，在PZT層的前后兩個(gè)側(cè)面分別鍍上兩層銀薄膜，銀薄膜的尺寸為 8mmXO. 25mmX0. 005mm。在磁電層合材料基板的上表面,通過(guò)光刻腐蝕法制備呈“山”字型的金屬貼片，用做微帶輻射單元，利用貼片進(jìn)行饋電，組成一個(gè)微帶天線實(shí)現(xiàn)單元，其尺寸如圖3所示。磁電雙可調(diào)微帶貼片天線工作時(shí)，微波信號(hào)從圖I中的端口輸入，當(dāng)微波信號(hào)9GHz頻段為例，天線的工作頻率在8. 7-9 GHz內(nèi)磁可調(diào)性偏移示意圖如圖4所示，其回波損耗最大達(dá)到了-28 dB，帶寬約為270MHz。圖5顯示了磁電雙可調(diào)微帶貼片天線工作頻率的電可調(diào)性偏移，當(dāng)外加磁場(chǎng)固定為125. 6 Oe時(shí)，其電場(chǎng)E在-10 kV/cm至10 kV/cm范圍內(nèi)存在近似線性的電可調(diào)特性。
權(quán)利要求
1.一種磁電雙可調(diào)的微帶天線，其特征在于，它包括磁電層合材料基板(1)，電磁鐵(3)，微帶饋線(4)，鐵磁相(5)，壓電相(6);磁電層合材料基板(I)由上至下分別是鐵磁相(5)和壓電相(6),鐵磁相(5)和壓電相(6)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合；在壓電相(6)的前后兩個(gè)側(cè)表面面上分別鍍有一層金屬薄膜，即第一層金屬薄膜(7)、第二層金屬薄膜(8)，壓電相(6)的下表面接地，鐵磁相(5)的上表面通過(guò)光刻腐蝕法作出金屬微帶貼片(2)，該金屬微帶貼片(2 )用做微帶輻射單元，金屬微帶貼片(2 )通過(guò)微帶饋線(4 )相連，在磁電層合材料基板(I)的左右兩端放直一對(duì)電磁鐵(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線，其特征在于，所述的第一層金屬薄膜(7)、第二層金屬薄膜(8)為金薄膜或銀薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線，其特征在于，所述的鐵磁相(5)為釔鐵石榴石YIG，壓電相(6)為鋯鈦酸鉛PZT。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線，其特征在于，所述的金屬微帶貼片(2)為山字形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線，其特征在于，通過(guò)所述的第一層金屬薄膜(7)、第二層金屬薄膜(8)施加外部電壓。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁電雙可調(diào)的微帶天線的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，當(dāng)電磁鐵(3)對(duì)磁電層合材料基板(I)施加外部偏置磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁相(5)的磁導(dǎo)率發(fā)生改變,從而導(dǎo)致了微帶天線的工作頻率發(fā)生偏移，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵(3)上的電流以及南北極之間的距離可以對(duì)磁電層合材料基板(I)施加不同的偏置磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的粗調(diào)；在壓電相(6)前后兩個(gè)側(cè)面的金屬薄膜施加外部電壓，通過(guò)兩個(gè)金屬薄膜之間的電容效應(yīng)，磁電層合基板(I)的壓電相(6)上會(huì)產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)，通過(guò)所述電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率在幾十兆赫茲內(nèi)的精確調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電壓的正負(fù)方向，實(shí)現(xiàn)微帶天線工作頻率的左右偏移。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁電雙可調(diào)的微帶天線及其調(diào)節(jié)方法。它包括磁電層合材料基板，電磁鐵，微帶饋線,鐵磁相，壓電相；磁電層合材料基板由上至下分別是鐵磁相和壓電相，鐵磁相和壓電相通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合；在壓電相的前后兩個(gè)側(cè)表面面上分別鍍有一層金屬薄膜，壓電相的下表面接地，鐵磁相的上表面通過(guò)光刻腐蝕法作出金屬微帶貼片，該金屬微帶貼片用做微帶輻射單元，金屬微帶貼片通過(guò)微帶饋線相連，在磁電層合材料基板的左右兩端放置一對(duì)電磁鐵。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)微波器件工作頻段不可調(diào)或可調(diào)工作頻帶單一，無(wú)法精確調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，適合無(wú)線通信中的可調(diào)應(yīng)用。同時(shí)，由于其磁電雙可調(diào)特性，克服了傳統(tǒng)磁可調(diào)微波器件工作時(shí)損耗大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK102946005SQ201210480910
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者周浩淼, 朱鋒杰 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院