本發(fā)明屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：早在1939年，R.D.Richtinge理論上首次證明了以非金屬介質(zhì)球形式存在的微波諧振，并于20世紀(jì)60年代被分析其模式。低損耗陶瓷材料開啟了在濾波器、振蕩器等電路領(lǐng)域的應(yīng)用。如果去掉防護(hù)再進(jìn)行適當(dāng)?shù)募?lì)啟動(dòng)適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，那么這同一介質(zhì)諧振器能夠?qū)崿F(xiàn)有效的輻射。介質(zhì)諧振器作為天線單元的研究開始于1983年。在生物醫(yī)療方面，由于介質(zhì)諧振天線的介電常數(shù)適用范圍廣泛，可選擇與皮膚組織介電常數(shù)相近的介質(zhì)材料，可避免由于與傳統(tǒng)天線不匹配造成的反射過大的現(xiàn)象，大大提高了系統(tǒng)的工作精度。在軍事領(lǐng)域，毫米波介質(zhì)諧振天天線的低損耗以及耐高溫的特性既提高了天線的工作效率同時(shí)保證了工作性能穩(wěn)定，對(duì)制導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)引頭和V波段和W波段的未來室內(nèi)無線系統(tǒng)的潛在應(yīng)用價(jià)值非常巨大。在移動(dòng)通信領(lǐng)域，體積小、重量輕、損耗低、效率高的介質(zhì)諧振天線廣泛應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)中?，F(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)諧振天線的一般只有一種極化方式，無法適用更加多樣的系統(tǒng)需求和復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境與介質(zhì)諧振天線同年被提出的可重構(gòu)天線的概念可以應(yīng)系統(tǒng)需求，現(xiàn)有的極化可重構(gòu)介質(zhì)諧振天線大都采用射頻開關(guān)以控制饋電電路的通斷來實(shí)現(xiàn)。2015年IEEE國(guó)際會(huì)議上提出：極化可調(diào)與Quasi-lumped介質(zhì)諧振器天線正交耦合器,計(jì)算電磁學(xué)(ICCEM)，通過將兩個(gè)變?nèi)荻O管置于傳統(tǒng)3dB電橋的兩根平行線上，引入偏置電路改變二極管反向偏置電壓以實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)在兩種模式下轉(zhuǎn)換，即：實(shí)現(xiàn)了線極化與圓極化之間的轉(zhuǎn)換。然而，電開關(guān)以及偏置電路的引入會(huì)對(duì)射頻信號(hào)造成一定的干擾，且不能實(shí)現(xiàn)單饋電端口的電切換，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)左旋圓極化和右旋圓極化之間的可重構(gòu)必須改變饋電端口。研究介質(zhì)諧振天線的可重構(gòu)機(jī)理在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)、MIMO系統(tǒng)、便攜無線設(shè)備、5G移動(dòng)通信系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域具有重大而深遠(yuǎn)的意義。因此，結(jié)合介質(zhì)諧振天線和可重構(gòu)天線的概念優(yōu)勢(shì)，亟需研究一種通用天線以滿足天線實(shí)時(shí)改變工作頻率、極化方式、覆蓋區(qū)域等輻射特性，能夠適應(yīng)更加多樣的系統(tǒng)需求和復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明是為了滿足實(shí)現(xiàn)線極化與圓極化、左旋圓極化和右旋圓極化的極化可重構(gòu)介質(zhì)諧振天線，能夠適應(yīng)更加多樣的系統(tǒng)需求和復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境。本發(fā)明提供了一種極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線。一種極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線，它包括介質(zhì)板、微帶線、SMA接頭和方錐形介質(zhì)諧振器；所述的介質(zhì)板的上表面涂有金屬覆層，且金屬覆層上留有矩形縫隙，方錐形介質(zhì)諧振器的小端放置在矩形縫隙上，且方錐形介質(zhì)諧振器的小端相對(duì)于矩形縫隙的夾角可調(diào)，微帶線設(shè)置在介質(zhì)板的下表面，并位于矩形縫隙的正下方，微帶線相對(duì)于矩形縫隙垂直設(shè)置，微帶線覆蓋矩形縫隙的一部分，微帶線正極性端連接SMA接頭；SMA接頭作為錐形介質(zhì)諧振天線的饋電端。所述的方錐形介質(zhì)諧振器相對(duì)于矩形縫隙的位置可調(diào)實(shí)現(xiàn)了錐形介質(zhì)諧振天線的3種極化方式，且3種極化方式分別為左旋圓極化、線極化和右旋圓極化。所述的方錐形介質(zhì)諧振器小端與矩形縫隙的夾角為45°，且夾角為45°時(shí)，左旋圓極化效果最佳。所述的方錐形介質(zhì)諧振器小端與矩形縫隙的夾角為90°或180°，且夾角為90°或180°時(shí)，線極化效果最佳。方錐形介質(zhì)諧振器小端與矩形縫隙的夾角為135°，且夾角為135°時(shí)，右旋圓極化效果最佳。所述的金屬覆層的厚度為0.03mm至0.04mm。所述的金屬覆層的最佳厚度為0.037mm。介質(zhì)板為FR-4環(huán)氧板，介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm。方錐形介質(zhì)諧振器的介電常數(shù)為10.2。原理分析：基于多模諧振理論提出了一種機(jī)械極化可重構(gòu)介質(zhì)諧振天線的實(shí)現(xiàn)方案。采用微帶線饋電縫隙的耦合方式激勵(lì)置于其上的方錐形介質(zhì)諧振器，通過控制方錐形介質(zhì)諧振器相對(duì)縫隙的角度，激勵(lì)出方椎形介質(zhì)諧振器中正交的模式分量，可實(shí)現(xiàn)線極化、左旋圓極化、右旋圓極化之間變換，且輻射方向圖均為指向方錐展開孔徑方向的定向輻射。且由于沒有引入開關(guān)，可避免偏置電路對(duì)天線性能的影響。本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明采用機(jī)械可調(diào)的方式，調(diào)節(jié)矩形縫隙與方錐形介質(zhì)諧振器的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)了單饋電端口的極化方式可調(diào)的介質(zhì)諧振天線，避免了復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明所述極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線可在線極化、左旋圓極化和右旋圓極化，三種極化方式下相互切換，且增益性能穩(wěn)定均高于6.5dB。附圖說明圖1為本發(fā)明所述的一種極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為在左旋圓極化模式下，矩形縫隙與方錐形介質(zhì)諧振器的相對(duì)位置關(guān)系圖；其中，LHCP表示左旋圓極化模式；圖3為在線極化模式下，矩形縫隙與方錐形介質(zhì)諧振器的相對(duì)位置關(guān)系圖；其中，LP-1為一種線極化模式；圖4為在右旋圓極化模式下，矩形縫隙與方錐形介質(zhì)諧振器的相對(duì)位置關(guān)系圖；其中，RHCP表示左旋圓極化模式；圖5為在線極化模式下，矩形縫隙與方錐形介質(zhì)諧振器的相對(duì)位置關(guān)系圖；其中，LP-2為另一種線極化模式；圖6為四個(gè)工作模式(LHCP、LP-1、RHCP、LP-2)下的極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線的反射系數(shù)隨頻率變化的曲線；圖7為描繪了9GHz處最大輻射方向上的軸比隨角度θ的變化曲線圖8為描繪了圓極化模式下，軸比隨頻率的變化曲線，圖9為四個(gè)工作模式(LHCP、LP-1、RHCP、LP-2)下增益隨頻率的變化的曲線；圖10為四個(gè)工作模式(LHCP、LP-1、RHCP、LP-2)下輻射效率隨頻率的變化曲線；圖11為左旋圓極化模式(LHCP)下9GHz處XOZ平面輻射方向圖；圖12為線極化模式(LP-1)下9GHz處XOZ平面輻射方向圖；圖13為右旋圓極化模式(RHCP)下9GHz處XOZ平面輻射方向圖；圖14為線極化模式(LP-2)下9GHz處XOZ平面輻射方向圖。具體實(shí)施方式圖1為本發(fā)明所述的一種極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線的結(jié)構(gòu)示意圖。且它包括介質(zhì)板1、微帶線2、SMA接頭3和方錐形介質(zhì)諧振器4；所述的介質(zhì)板1的上表面涂有金屬覆層1-1，且金屬覆層1-1上留有矩形縫隙1-2，方錐形介質(zhì)諧振器4的小端放置在矩形縫隙1-2上，且方錐形介質(zhì)諧振器4的小端相對(duì)于矩形縫隙1-2的夾角可調(diào)，微帶線2設(shè)置在介質(zhì)板1的下表面，并位于矩形縫隙1-2的正下方，微帶線2相對(duì)于矩形縫隙1-2垂直設(shè)置；微帶線2正極性端連接SMA接頭3；SMA接頭3作為錐形介質(zhì)諧振天線的饋電端。方錐形介質(zhì)諧振器4的尺寸比例可調(diào)，且其工作頻率可變換，本發(fā)明給出了方錐形介質(zhì)諧振器4的尺寸，具體參見表1。參數(shù)IwL1W1a1b1abghdθ值(mm)42.81.584.28.49.619.21.553045°其中，L1為矩形縫隙寬度，W1為矩形縫隙長(zhǎng)度，I為微帶線開路枝節(jié)長(zhǎng)度，w為微帶線寬度，a為方錐形介質(zhì)諧振器大端底面矩形寬度，b為方錐形介質(zhì)諧振器大端底面矩形長(zhǎng)度，a1為方錐形介質(zhì)諧振器小端底面矩形寬度，b1為方錐形介質(zhì)諧振器小端底面矩形長(zhǎng)度，g為介質(zhì)板厚度，h為方錐形介質(zhì)諧振器高度，d為介質(zhì)板1邊長(zhǎng)，θ為方錐形介質(zhì)諧振器相對(duì)矩形縫隙的旋轉(zhuǎn)角度。介質(zhì)板1為FR-4環(huán)氧板，介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm，方錐形介質(zhì)諧振器4介電常數(shù)為10.2。當(dāng)SMA接頭3作為錐形介質(zhì)諧振天線的饋電端接電源正極，矩形縫隙1-2接電源地，在微帶線2與矩形縫隙1-2耦合方式激勵(lì)置于其上的方錐形介質(zhì)諧振器4，通過改變方錐形介質(zhì)諧振器4與矩形縫隙1-2的相對(duì)位置，使金屬覆層1-1與微帶線2生成不同的激勵(lì)方式，激勵(lì)了方錐形介質(zhì)諧振器4的兩極化正交模式以實(shí)現(xiàn)方錐形介質(zhì)諧振天線產(chǎn)生不同的極化方式。在調(diào)節(jié)方錐形介質(zhì)諧振器4與矩形縫隙1-2的相對(duì)位置的過程中，當(dāng)調(diào)節(jié)方錐形介質(zhì)諧振器4與矩形縫隙1-2的旋轉(zhuǎn)夾角θ從0°增至180°時(shí)，可依次實(shí)現(xiàn)左旋圓極化(LHCP)——線極化(LP-1)——右旋圓極化(RHCP)——線極化(LP-2)，4個(gè)工作模式，具體參見圖2至圖5，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明所述的極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線的極化方式可調(diào)。圖6描述了圖2至圖5所述四個(gè)工作模式下的極化可調(diào)的錐形介質(zhì)諧振天線的反射系數(shù)隨頻率的變化的曲線，對(duì)于圓極化模式(包括左旋圓極化右旋圓極化)，阻抗帶寬均可達(dá)4.62GHz，反射系數(shù)小于-10dB對(duì)應(yīng)的頻率的范圍7.78GHz-12.4GHz。圖7描繪了9GHz處最大輻射方向上的軸比隨角度θ的變化，40dB的恒定值證實(shí)了兩個(gè)線極化模式，且圖7中的兩個(gè)線極化模式曲線重合在一起，形成一條直線，且圓極化模式下，軸比在3dB以下，所對(duì)應(yīng)的角度θ的范圍為-30.5°到73.5°。圖8描繪了圓極化模式下，軸比隨頻率的變化曲線，軸比小于3dB帶寬所對(duì)應(yīng)的頻率范圍8.86GHz到9.68GHz。圖8縱坐標(biāo)軸比小于3dB對(duì)應(yīng)的橫軸，可以過3dB做平行于橫軸的直線，與圖中曲線的兩個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)就是3dB帶寬的開始和截止頻率。圖9為各模式下增益隨頻率的變化的曲線；圖10為各模式下輻射效率隨頻率的變化曲線；圖11至圖14描繪了9GHz處xoz平面上LHCP、RHCP、線極化模式下主極化和交叉極化的極化方向圖，該圖均為z方向的定向輻射，從中可看出對(duì)應(yīng)的極化模式。線極化模式下，實(shí)現(xiàn)了低交叉極化。圖11中RHCP相對(duì)于LHCP的輻射范圍較小，RHCP可忽略，則認(rèn)為圖11的輻射模式為左旋圓極化模式(LHCP)。圖12中線極化模式(LP-1)包括主極化和交叉極化，且主極化方式明顯。圖13中RHCP相對(duì)于LHCP的輻射范圍較大，可則認(rèn)為圖13的輻射模式為右旋圓極化模式(RHCP)。圖14中線極化模式(LP-2)包括主極化和交叉極化，且主極化方式明顯。當(dāng)前第1頁1 2 3