一種加載變?nèi)荻O管的ebg的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，步驟如下：(1)設(shè)定天線(xiàn)的初始工作頻率f、基底材料以及貼片天線(xiàn)的尺寸；(2)確定天線(xiàn)的饋電方式以及饋電參數(shù)；(3)設(shè)計(jì)加載的EBG結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)w，g，確使其帶隙高于工作頻率f；(4)將變?nèi)荻O管焊接到EBG材料上并加載可變直流電壓；(5)將設(shè)計(jì)的加載變?nèi)荻O管的EBG結(jié)構(gòu)加入到貼片天線(xiàn)的基底材料上，并對(duì)設(shè)計(jì)的天線(xiàn)進(jìn)行制作。由于EBG結(jié)構(gòu)的帶隙范圍可以通過(guò)改變加載在變?nèi)荻O管上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)，故貼片天線(xiàn)的工作諧振頻率隨所加電壓的改變而改變，從而實(shí)現(xiàn)工作頻率的可重構(gòu)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)到一種頻率可重構(gòu)的天線(xiàn)的制作方法，特別是一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法屬于無(wú)線(xiàn)通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線(xiàn)通信(移動(dòng)通信、WLAN網(wǎng)絡(luò)、GPS設(shè)備)市場(chǎng)的迅速發(fā)展，射頻工程師們?cè)谛◇w積、多波段、寬波段和低成本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中面臨著持續(xù)的挑戰(zhàn)。而低剖面、小尺寸的集成天線(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)是至關(guān)重要的。因此，微帶貼片天線(xiàn)受到人們的青睞。而貼片天線(xiàn)存在固有的窄波段和大尺寸等缺點(diǎn)。而可重構(gòu)天線(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了一種可能的方案。與寬波段和多波段不同，可重構(gòu)天線(xiàn)是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地改變天線(xiàn)的工作狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種天線(xiàn)并不在同一時(shí)間覆蓋工作的所有波段，而是在某一時(shí)間動(dòng)態(tài)有選擇性的工作在天線(xiàn)的一個(gè)窄波段內(nèi)。
[0003]由于天線(xiàn)的輻射特性(包括諧振頻率和輻射方向圖)大部分由天線(xiàn)的形狀和尺寸決定。于是，機(jī)械改變輻射天線(xiàn)的幾何形狀為構(gòu)造可重構(gòu)天線(xiàn)提供了一條途徑。因此，利用MEMS開(kāi)關(guān)的可重構(gòu)天線(xiàn)受到研究學(xué)者的廣泛研究。利用MEMs開(kāi)關(guān)的開(kāi)和關(guān)特性，可以動(dòng)態(tài)改變天線(xiàn)的長(zhǎng)度使其工作在雙波段或者多波段。隨后，利用PIN 二極管來(lái)設(shè)計(jì)頻率可重構(gòu)天線(xiàn)也受到廣泛關(guān)注。大多數(shù)可重構(gòu)天線(xiàn)都是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。然而，頻率可重構(gòu)也可以通過(guò)改變天線(xiàn)介質(zhì)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。EBG結(jié)構(gòu)是一種有金屬和介質(zhì)通過(guò)周期排列復(fù)合而成的材料。由于它的帶隙特性，EBG可用來(lái)提高天線(xiàn)的輻射特性，例如增益。近年來(lái)，研究學(xué)者通過(guò)在EBG金屬貼片上加載變?nèi)荻O管，發(fā)現(xiàn)可以改變EBG的帶隙和反射位相。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:改變傳統(tǒng)頻率可重構(gòu)的方法，即利用MEMs開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)改變天線(xiàn)的有效輻射尺寸，進(jìn)而重構(gòu)天線(xiàn)的輻射特性，針對(duì)這種局限性，提供一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，在貼片天線(xiàn)基底材料中加載帶變?nèi)荻O管的EBG結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變加在變?nèi)荻O管的電壓，動(dòng)態(tài)改變EBG結(jié)構(gòu)的電磁特性。從而實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)工作頻率的可重構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，步驟如下:
[0006](I)設(shè)定天線(xiàn)的工作頻率f、基底材料，并根據(jù)工作頻率設(shè)計(jì)貼片天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)度L、寬度W和天線(xiàn)厚度h ;
[0007](2)確定貼片天線(xiàn)的饋電方式以及饋電參數(shù)；
[0008](3)根據(jù)有限元方法設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)EBG貼片寬度為W，貼片間隙為g，金屬過(guò)孔半徑為r，EBG到接地板的厚度為Iv用電磁場(chǎng)數(shù)值方法計(jì)算EBG結(jié)構(gòu)的帶隙；通過(guò)優(yōu)化w和g,使EBG的帶隙高于天線(xiàn)的工作頻率f ；
[0009](4)在二維方向上，在相鄰EBG貼片之間加載上變?nèi)荻O管，并在變?nèi)荻O管的兩側(cè)加正向偏置的直流電壓，變?nèi)荻O管的等效電容隨外加偏置直流電壓的變化而變化；
[0010](5)將設(shè)計(jì)的EBG結(jié)構(gòu)作為基底材料的一部分插入到天線(xiàn)中，是貼片天線(xiàn)和EBG貼片共接地板；加工、制作所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)，通過(guò)改變變?nèi)荻O管的偏置電壓，即可改變天線(xiàn)的工作頻率，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)工作頻率的可重構(gòu)。
[0011]所述步驟(I)天線(xiàn)的工作頻率f在4GHz以下。這樣不至于貼片天線(xiàn)的尺寸和EBG尺寸過(guò)小，既方便天線(xiàn)加工也有利于后面變?nèi)荻O管的接入。
[0012]所述步驟(2)中的饋電方式采用微帶線(xiàn)饋電，微帶線(xiàn)與貼片的匹配采用在貼片天線(xiàn)與微帶連接位置切口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0013]所述步驟(3)中EBG的結(jié)構(gòu)參數(shù)中g(shù)尺寸不小于1.5mm，給加載變?nèi)荻O管留下足夠的空間。
[0014]所述步驟(3)中EBG的帶隙的計(jì)算采用電磁場(chǎng)數(shù)值方法包括計(jì)算色散圖方法和懸置傳輸法。
[0015]所述步驟(4)中變?nèi)荻O管采用正負(fù)接法，即同一 EBG貼片上變?nèi)荻O管采用相同的接入方向，相鄰的EBG貼片采用相反的接入方向。這樣可以簡(jiǎn)化變?nèi)荻O管的饋電方式。
[0016]所述步驟(5)中天線(xiàn)的制作步驟為:先設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)中的貼片和基板，接地板，然后再EBG貼片表面加天線(xiàn)的介質(zhì)材料和貼片天線(xiàn)。其中貼片天線(xiàn)和EBG貼片共接地板，變?nèi)荻O管的饋線(xiàn)采用過(guò)孔通過(guò)接地板來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018](I)本發(fā)明的加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)是通過(guò)改變電容二極管的電壓來(lái)改變EBG結(jié)構(gòu)的電磁特性，而不是改變天線(xiàn)的尺寸，因此，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸小，更易于集成。
[0019](2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)可以通過(guò)改變加載電壓值工作在一段連續(xù)的頻率范圍之內(nèi)。而MEMs開(kāi)關(guān)工作頻率是離散的。相比MEMS開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)，其具有更多的工作狀態(tài)。
[0020](3)本發(fā)明的可重構(gòu)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本較低，功能更強(qiáng)大。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明貼片天線(xiàn)表面結(jié)構(gòu)和切口示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的主視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明為實(shí)施例中給出參數(shù)時(shí)，天線(xiàn)諧振頻率隨變?nèi)荻O管的關(guān)系曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1、2、3所示，本發(fā)明的加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作過(guò)程如下:
[0026](I)設(shè)定天線(xiàn)的初始工作頻率為2.5GHz。基底材料為FR_4 (r = 4.4)。
[0027]天線(xiàn)尺寸為長(zhǎng)I = 27.9謹(jǐn),寬w = 36.5謹(jǐn),天線(xiàn)的厚度H = 3謹(jǐn)。
[0028](2)確定天線(xiàn)的饋電方式為微帶線(xiàn)中心饋電,微帶線(xiàn)寬度Wtl = 5.79mm,饋電中切口的參數(shù)dx = 6mm, dy = 5.5mm。如圖1所示。
[0029](3)利用數(shù)值仿真軟件優(yōu)化EBG結(jié)構(gòu)的帶隙在3GHz左右，略高于天線(xiàn)的工作頻率。優(yōu)化的參數(shù)為w_EBG = 8，g = 2.5mm, EBG的厚度h0 = 1mm。EBG與貼片天線(xiàn)共地并共基底介質(zhì)。
[0030](4)將變?nèi)荻O管加載到EBG上并加電壓饋電，饋電方式如圖2和圖3，
[0031](5)對(duì)所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)進(jìn)行制作。最后得到天線(xiàn)的諧振頻率隨所加電容的變化曲線(xiàn)如圖4，
[0032]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0033]以上所述，僅為本發(fā)明部分【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于步驟如下: (1)設(shè)定天線(xiàn)的工作頻率f、基底材料，并根據(jù)工作頻率設(shè)計(jì)貼片天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)度L、寬度W和天線(xiàn)厚度h ; (2)確定貼片天線(xiàn)的饋電方式以及饋電參數(shù)； (3)根據(jù)有限元方法設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)EBG貼片寬度為W，貼片間隙為g，金屬過(guò)孔半徑為r，EBG到接地板的厚度為Iv用電磁場(chǎng)數(shù)值方法計(jì)算EBG結(jié)構(gòu)的帶隙；通過(guò)優(yōu)化w和g，使EBG的帶隙高于天線(xiàn)的工作頻率f ； (4)在二維方向上，在相鄰EBG貼片之間加載上變?nèi)荻O管，并在變?nèi)荻O管的兩側(cè)加正向偏置的直流電壓，變?nèi)荻O管的等效電容隨外加偏置直流電壓的變化而變化； (5)將設(shè)計(jì)的EBG結(jié)構(gòu)作為基底材料的一部分插入到天線(xiàn)中，是貼片天線(xiàn)和EBG貼片共接地板；加工、制作所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)，通過(guò)改變變?nèi)荻O管的偏置電壓，即可改變天線(xiàn)的工作頻率，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)工作頻率的可重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(I)天線(xiàn)的工作頻率f在4GHz以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(2)中的饋電方式采用微帶線(xiàn)饋電，微帶線(xiàn)與貼片的匹配采用在貼片天線(xiàn)與微帶連接位置切口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(3)中EBG的結(jié)構(gòu)參數(shù)中g(shù)尺寸不小于1.5mm，給加載變?nèi)荻O管留下足夠的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(3)中EBG的帶隙的計(jì)算采用電磁場(chǎng)數(shù)值方法包括計(jì)算色散圖方法和懸置傳輸法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(4)中變?nèi)荻O管采用正負(fù)接法，即同一EBG貼片上變?nèi)荻O管采用相同的接入方向，相鄰的EBG貼片采用相反的接入方向。這樣可以簡(jiǎn)化變?nèi)荻O管的饋電方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加載變?nèi)荻O管的EBG的頻率可重構(gòu)天線(xiàn)制作方法，其特征在于:所述步驟(5)中天線(xiàn)的制作步驟為:先設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)中的貼片和基板，接地板，然后再EBG貼片表面加天線(xiàn)的介質(zhì)材料和貼片天線(xiàn)。其中貼片天線(xiàn)和EBG貼片共接地板，變?nèi)荻O管的饋線(xiàn)采用過(guò)孔通過(guò)接地板來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H01Q9/04GK104347947SQ201310330349
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】李平, 王梅 申請(qǐng)人:李平, 王梅