本發(fā)明屬于微帶器件，涉及電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，可用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)射頻前端。

背景技術(shù)：

天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的出口和入口，是無(wú)線(xiàn)電通信中不可或缺的組成部分，它對(duì)電磁波進(jìn)行感知、能量轉(zhuǎn)換、接收和發(fā)射。在使用中，天線(xiàn)不僅對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行增益，同時(shí)在能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)倪^(guò)程中還能減少信號(hào)損耗，因此它的性能不僅影響著整個(gè)無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)的性能指標(biāo)，還確定著系統(tǒng)的工作方式。

微帶天線(xiàn)是在帶有導(dǎo)體的接地板的介質(zhì)基片上，貼加導(dǎo)體薄片，從而制成微帶天線(xiàn)，饋電方式一般為同軸線(xiàn)饋電或微帶線(xiàn)饋線(xiàn)。微帶天線(xiàn)在接地板之間和導(dǎo)體貼片間激起電磁場(chǎng)，通過(guò)接地板與貼片四周的縫隙向外輻射。由于微帶天線(xiàn)制作簡(jiǎn)單、成本低適合組陣、容易與搭載平臺(tái)共性以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各種微波電路。但微帶貼片天線(xiàn)同時(shí)還具有增益低、阻抗帶寬窄等明顯缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)也限制了它的應(yīng)用范圍。隨著無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備和微電子器件向著集成化、小型化和智能化的方向發(fā)展，使的天線(xiàn)的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的天線(xiàn)時(shí)也應(yīng)該具有多頻段、寬頻帶和高效率的特性。隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)信息的需求越來(lái)越高，在不同的微波頻段出現(xiàn)了各種各樣的無(wú)線(xiàn)通信方式，同時(shí)我們的頻譜也越來(lái)越緊缺，頻帶單一或窄頻帶的天線(xiàn)已難以滿(mǎn)足現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)對(duì)頻譜資源的要求。但是，如果把多個(gè)工作在單一頻段或窄頻帶天線(xiàn)集合在一起，各個(gè)天線(xiàn)間必會(huì)相互干擾，影響通信質(zhì)量，而且將多個(gè)天線(xiàn)集合在一起也將無(wú)法順應(yīng)天線(xiàn)向著集成化、小型化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，這就要求天線(xiàn)具有寬頻帶或頻帶可調(diào)節(jié)的能力，有效的利用頻譜資源，提高頻帶利用率。然而，天線(xiàn)的尺寸、帶寬和輻射效率之間不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。首先，當(dāng)天線(xiàn)的尺寸變小時(shí)天線(xiàn)的輻射電阻也會(huì)隨之變小，天線(xiàn)的輸入阻抗虛部會(huì)變大，難以和傳輸線(xiàn)良好匹配，天線(xiàn)的寬帶特性則不能實(shí)現(xiàn)。其次，當(dāng)天線(xiàn)的輻射面積變小時(shí)，天線(xiàn)的輻射效率也會(huì)變小。因此，如何在保證天線(xiàn)輻射特性滿(mǎn)足用戶(hù)要求的同時(shí)，還確保它的小型化、寬頻帶或頻帶可調(diào)，成了一項(xiàng)急需解決的問(wèn)題。這就促使我們?nèi)ヌ綄ば碌奶炀€(xiàn)技術(shù)途徑去實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的多頻段、寬頻帶和頻帶可調(diào)的特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有天線(xiàn)對(duì)其性能上的需求，提出一種基于可變電容的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，以外部輸入的直流電壓的大小來(lái)靈活控制電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)頻帶的左右偏移，實(shí)現(xiàn)該天線(xiàn)多頻段多頻帶的可調(diào)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

技術(shù)方案：

一種基于三角型諧振環(huán)的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，包括微帶介質(zhì)基板，金屬接地板，微帶饋線(xiàn)，輻射單元和饋電端口，其特征在于，在微帶介質(zhì)基板上方的金屬接地板上刻蝕有對(duì)稱(chēng)三角型諧振環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)；不對(duì)稱(chēng)三角型諧振環(huán)設(shè)計(jì)為輻射單元并且與微帶饋線(xiàn)相連；3個(gè)隨直流電壓變化的可變電容加載在不對(duì)稱(chēng)三角型諧振環(huán)輻射單元上；1個(gè)隔直電容加載在微帶饋線(xiàn)上，3個(gè)隔直電容加載在輻射單元上，隔絕直流信號(hào)。

所述可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，其特征在于，三角型諧振環(huán)幾何尺寸，a_1＝17mm，a_2＝11mm，g＝2mm，w＝1mm，d＝1mm，，as＝8.0mm，gs＝2.0mm和ws＝0.5mm。

所述可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，其特征在于，三個(gè)可變電容分別位于微帶天線(xiàn)的中間臂及三角形諧振腔的兩腰上。

有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明由于在微帶金屬板上蝕刻有對(duì)稱(chēng)三角形諧振環(huán)，可增大諧振頻率的帶寬，穩(wěn)定諧振頻率。

2.本發(fā)明由于在三條微帶臂上分別增加了一個(gè)隨電壓可變的電容，可有效調(diào)節(jié)諧振頻率，并根據(jù)實(shí)際需要，可分別調(diào)節(jié)各個(gè)頻段的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)頻段多樣化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本發(fā)明1.9–2.6ghz頻段內(nèi)回波損耗參數(shù)曲線(xiàn)圖；

圖4為本發(fā)明3.3–3.7ghz頻段內(nèi)回波損耗參數(shù)曲線(xiàn)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)物圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)測(cè)的回波損耗頻率響應(yīng)曲線(xiàn)圖；

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：

參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)，具體包括：微帶介質(zhì)基板11，金屬接地板12，微帶饋線(xiàn)13，饋電端口14，三角形開(kāi)口環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)15，隔直電容16(共4個(gè))，變?nèi)荻O管17(共3個(gè))，天線(xiàn)輻射單元包括小三角形開(kāi)口環(huán)18和大三角形開(kāi)口環(huán)19。

金屬接地板12，微帶饋線(xiàn)13，饋電端口14，三角形開(kāi)口環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)15，隔直電容16(共三個(gè))，變?nèi)荻O管17(共三個(gè))，天線(xiàn)輻射單元18和19均印制在介質(zhì)基板11的上表面。輻射單元18和19為兩個(gè)尺寸不相等的三角形開(kāi)口金屬環(huán)，且輻射單元18和19與微帶饋線(xiàn)13的左側(cè)相連。微帶饋線(xiàn)13由一段特征阻抗為50歐姆的共面波導(dǎo)組成，微帶饋線(xiàn)13的右側(cè)與饋電端口14相連。4個(gè)隔直電容16位于微帶饋線(xiàn)13上以及輻射單元19上，用來(lái)隔絕直流信號(hào)。1個(gè)變?nèi)荻O管17位于小三角形開(kāi)口環(huán)18的內(nèi)部直線(xiàn)上，2個(gè)變?nèi)荻O管17位于輻射單元大三角形開(kāi)口環(huán)19的兩條金屬線(xiàn)上，通過(guò)外部直流電壓的改變來(lái)控制這3個(gè)變?nèi)荻O管的電容值，從而調(diào)整整個(gè)天線(xiàn)的工作頻帶。

金屬地板12位于微帶饋線(xiàn)13的上側(cè)和下側(cè)，其中金屬地板12的下側(cè)部分刻蝕出對(duì)稱(chēng)型三角形開(kāi)口環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)15，對(duì)稱(chēng)型三角形開(kāi)口環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)15具體由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)且尺寸相等的三角形開(kāi)口環(huán)缺陷結(jié)構(gòu)和中間的直線(xiàn)缺陷結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

本發(fā)明中的介質(zhì)基板11的相對(duì)介電常數(shù)為2.65，基板厚度為1mm，損耗正切為0.0015，基板尺寸為35mm×41mm。

本發(fā)明的效果可通過(guò)以下測(cè)試圖進(jìn)一步說(shuō)明：

對(duì)本發(fā)明的回波損耗進(jìn)行優(yōu)化仿真，其結(jié)果如圖3和圖4所示。由圖3和圖4的回波損耗曲線(xiàn)圖可見(jiàn)，本發(fā)明的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)具有雙頻帶工作且可調(diào)的特性，第一個(gè)可調(diào)頻段的中心頻率變化范圍是2.04ghz-2.43ghz，可調(diào)頻帶寬度為0.39ghz，第二個(gè)可調(diào)頻段的中心頻率變化范圍是3.31-3.74ghz，可調(diào)頻帶寬度為0.43ghz。

對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行加工和回波損耗測(cè)試，其實(shí)物圖如圖5所示，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。從圖6的回波損耗曲線(xiàn)圖可見(jiàn)，本發(fā)明的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)具有雙頻帶工作且可調(diào)的特性，第一個(gè)可調(diào)頻段的中心頻率變化范圍是1.93ghz-2.44ghz，可調(diào)頻帶寬度為0.51ghz，第二個(gè)可調(diào)頻段的中心頻率變化范圍是3.28-3.83ghz，可調(diào)頻帶寬度為0.55ghz。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果吻合度很好，證實(shí)了本發(fā)明的可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)具有雙頻帶工作且可調(diào)的特性。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)電磁超材料激勵(lì)型天線(xiàn)。它由介質(zhì)基板和位于介質(zhì)基板上表面的金屬鍍層組成，該介質(zhì)基板的上表面設(shè)有金屬地板、微帶天線(xiàn)、饋電端口、地板上的缺陷三角形諧振單元以及加載的集總電感和變?nèi)荻O管；微帶饋線(xiàn)由一段特性阻抗為50歐姆的微帶線(xiàn)構(gòu)成；輻射單元由大小兩個(gè)三角形金屬環(huán)和以及中間的微帶線(xiàn)組成，在饋線(xiàn)和輻射單元上加載三個(gè)隔直電容和三個(gè)變?nèi)荻O管，形成具有電容可調(diào)功能的電路，缺陷結(jié)構(gòu)的引入是為了阻抗匹配。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)外部偏置電壓改變變?nèi)荻O管的電容值，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)在這兩個(gè)頻段內(nèi)連續(xù)可調(diào)并工作，具有小型化、頻段選擇靈活、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱誠(chéng);徐鵬;黃琪;李龍;翟會(huì)清;梁昌洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.24
技術(shù)公布日：2017.08.29