CN103633431A - 低剖面三频可调天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低剖面三频可调天线，在第一介质基板上下两表面分别印制变形分形偶极子上下臂，关于该基板水平中心线对称，一阶辐射单元与双线馈电微带线相连并延伸至介质基板边沿，每阶辐射单元配接有各自对应的接入了电感的直流偏置线，用矩形贴片将二阶和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点相连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元中间加载一个PIN开关进行频率可调。第一介质基板放置在第二介质基板上用泡沫板相隔，周期性排列的EBG单元印制在第二层介质基板上以提高天线增益。本发明解决了天线在高频处可调实现困难、方向图不稳定以及剖面较高的问题，能实现在高频X、Ku、Ka波段低剖面三频可调的天线特性，可应用于无线通信和卫星通信。

Description

低剖面三频可调天线

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及低剖面频率可调天线技术，特别涉及一种高频X、Ku、Ka波段的三频可调天线的设计，具体是一种低剖面三频可调天线，可以应用于无线通信和卫星通信***。

背景技术

随着无线通信的发展，天线对于整个通信设备的重要性更加显著，具有低剖面，高增益以及足够的带宽等特性的天线也将是通信***发展的趋势和要求。同时随着通信***功能的增加，各个载体上搭载的天线数量越来越多，所负载的重量也随之增加，并且由于空间限制，多个天线的放置将影响各个天线特性甚至整个***的工作特性，电磁兼容性成为了一个重要的问题。在这样的环境下，可重构天线得到了更多的发展。

可重构天线这一概念最早是1983年由D.Schaubert等人在“Frequency Agile，Polarization Diverse Microstrip Antenna and Frequency Scanned Arrays”专利中提出。在现阶段研究的可重构天线所使用的开关主要有PIN开关和MEMS开关，MEMS开关使用方便，但是费用很高，同时国内对其的制备并不是很成熟。而PIN开关的研究较为成熟，同时价格较低，但是需要在开关的两边加载直流电压差，以此来控制开关的通断。PIN开关加载直流偏置电路往往会对天线的各种特性形成影响，可能造成天线工作频率偏移，方向图畸变，增益降低等问题。现阶段可重构天线主要集中在微波波段的通信频带，卫星通信等高频频带的可重构天线发展却很少，主要是由于设计技术的限制，以及制备高频天线的难度较大，同时天线开关的选择较少等原因。因此设计简单，方向图稳定以及高增益的高频可调天线的设计成为一个热点和难点。

综上，目前可重构天线面临着三个问题，1.可调频率主要集中在WLAN等低频频带，适用于高频X、Ku波段甚至Ka波段的卫星天线较少。2.开关的选择，PIN开关的使用方法更加成熟，但是在天线上加载PIN开关时直流偏置线的设计对天线影响较大，MEMS开关使用便利，但是对MEMS开关制备方法发展不够成熟，同时费用较高，工程化使用存在问题。3.在低剖面的条件下无法满足天线高增益的要求。

发明内容

本发明针对于无线通信和卫星通信对天线的需求以及现有技术的不足，提供了一种低剖面、三频可调、高增益、控制简单的低剖面三频可调天线。

上述目的通过以下技术方案实现：

本发明是一种低剖面三频可调天线，包括有：第一介质基板、一阶辐射单元、二阶辐射单元、三阶辐射单元、双线馈电微带线、第二介质基板，第二介质基板印制有周期的EBG单元，EBG单元包含第二介质基板上层印制的刻蚀有方环缝隙的方形贴片和第二介质基板下层印制的金属地板；第一介质基板放置在第二介质基板上，两个介质基板之间有泡沫板相隔，在第一介质基板上，三个辐射单元纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板上下两个表面上各自的三个辐射单元共同组合称为偶极子，第一介质基板上表面的三个辐射单元贴片的组合称为偶极子上臂，其下表面的三个辐射单元贴片的组合称为偶极子下臂，偶极子上下臂对称于第一介质基板水平中心线，一阶辐射单元包含一个辐射贴片，二阶辐射单元包含两个辐射贴片，三阶辐射单元包含两个辐射贴片，辐射贴片的尺寸与整个天线的谐振频率相关，第一介质基板上下两个表面的一阶辐射单元均与各自的双线馈电微带线相连接，双线馈电微带线延伸至第一介质基板边沿，本发明的低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线和电感，一阶辐射单元与一阶直流偏置线相连接，二阶辐射单元与二阶直流偏置线相连接，三阶辐射单元与三阶直流偏置线相连接，本发明的辐射单元在传统Sierpinski分形偶极子基础上，采用变形的分形偶极子，该变形的分形偶极子即用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上加载一个PIN开关进行频率可调，本发明仅使用两组开关就可以产生三种频率的可调。每阶辐射单元配接有各自对应的直流偏置线，三组直流偏置线上各自接有电感，两组PIN开关通过二阶直流偏置线共地，即二阶直流偏置线为两组PIN开关直流信号的共用地，一阶直流偏置线与三阶直流偏置线分别为各自PIN开关直流信号的正极，本发明只需要三组直流偏置线对两组PIN开关进行分别控制，本发明中当所有PIN开关断开时，一阶辐射单元产生Ka波段处谐振频带。一阶辐射单元与二阶辐射单元之间PIN开关连通时，产生Ku频带处谐振频带。所有PIN开关均处于连通状态时，所有辐射贴片相互电连接，产生X频带处谐振频带，实现X、Ku、Ka三频可调。第二介质基板印制的周期排列的EBG单元产生X、Ku频带同相反射特性，同时在Ka频带以金属反射板形式工作，第一介质基板加载第二介质基板后，在三频可调的基础上天线实现低剖面、高增益特性。

本发明的实现还在于：各阶辐射单元中的辐射贴片为三角形贴片，一阶辐射单元为一个正三角形，二阶辐射单元为两个正三角形与矩形贴片相连构成，三阶辐射单元为镂空了小正三角形的两个大正三角形贴片与矩形贴片相连构成。采用三角形贴片能有效减小天线尺寸，同时展宽天线工作带宽。三角形辐射贴片的边长为1mm-3mm，通过调整三角形辐射贴片边长可以调整各个频带的谐振频率。

本发明的实现还在于：第一介质基板印制的各阶辐射单元中的辐射贴片或为矩形或为圆形贴片，相比于传统偶极子均有展宽天线带宽、减小天线尺寸的作用，同时加工简单、成本较低。

本发明的实现还在于：第一介质基板和第二介质基板之间泡沫板厚度为1mm-3mm，采用介电常数为1的泡沫板，泡沫板厚度决定两个介质基板间距，调节泡沫板厚度可以调节天线辐射特性。

本发明的实现还在于：第二介质基板上EBG单元贴片刻蚀缝隙宽度为0.1-1mm。调整缝隙宽度可以改变EBG单元同相反射特性。利用同向反射特性可以降低天线频率,提高天线增益，同时减小天线后瓣。

本发明的实现还在于：第一介质基板上直流偏置线所接电感值为0.1-1μH。电感的接入可以消除直流偏置线对天线特性的影响，使得天线产生稳定的方向图。

本发明的实现还在于：第一介质基板和第二介质基板的介电常数均介于2-10之间，介电常数变化影响天线电尺寸的变化。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明采用变形的分形偶极子，用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点相连接，分别形成二阶辐射单元和三阶辐射单元，各个相邻阶辐射单元间只需要加载一个PIN开关进行频率可调，PIN开关数目与现有技术相比减少50%，同时天线尺寸得到了减小，阻抗带宽得以展宽。

2、本发明采用共地两路直流偏置线，共使用三组直流偏置线可以独立控制两组开关，使得天线在X、Ku、Ka这三个不同的高频频段相互调节。与传统的可调天线相比，直流偏置线数目减少一路。

3、本发明第二介质基板采用设计简单的双频EBG结构作为反射板，周期性排列的方形贴片刻蚀方环缝隙后，与下层金属地板产生X波段和Ku波段的同相反射特性。同时在Ka波段时，第二介质基板等效为金属反射板。通过在第一介质基板下加载第二介质基板，天线三个谐振频带增益均得到大幅度提高，并且方向图后瓣得到有效的抑制。与传统的金属反射板相比，第二介质基板与天线距离固定，并且天线剖面较低，在三个不同的工作频带中，EBG单元与第一介质基板的纵向距离均固定为2mm，远小于传统的1/4波长。

4、本发明天线的各阶直流偏置线接入电感，有效消除了直流偏置线对天线辐射特性的影响，天线在三个不同的工作频带方向图特性稳定。

5、本发明采用双线馈电微带线对天线进行馈电，介质基板上层微带线为0.4mm宽的微带线，介质基板下层微带线为一段宽度从0.4mm线性渐变到2mm的渐变微带线，这样的设计可以实现更好的阻抗匹配，展宽天线阻抗带宽。

6、本发明设计灵活，能根据实际需求通过调节辐射单元的尺寸，来改变可调的频率。可以通过增加天线辐射单元数，实现更多频率的可调。同时天线成本低、加工简单、易于工程化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，也是实施例1的正视图；

图2为本发明实施例1的第一介质基板的后视图；

图3为本发明实施例1的仰视图；

图4为本发明实施例4的结构示意图，也是实施例4的正视图；

图5为本发明实施例5的结构示意图，也是实施例5的正视图；

图6为本发明实施例1的Ka频带仿真阻抗特性曲线图；

图7为本发明实施例1在Ku频带仿真阻抗特性曲线图；

图8为本发明实施例1在X频带仿真阻抗特性曲线图；

图9为本发明实施例1在28GHz的仿真辐射方向图；

图10为本发明实施例1在15GHz的仿真辐射方向图；

图11为本发明实施例1在9.5GHz的仿真辐射方向图；

图12为本发明实施例1的EBG单元反射相位仿真图。

具体实施方法：

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步描述：

实施例1

针对现有可重构天线工作频率较低，增益低，剖面高，同时加载开关对天线辐射特性影响较大，无法满足卫星通信的需求等不足，本发明开展了创新与研究，本发明的低剖面三频可调天线，参见图1，包括有：第一介质基板1、一阶辐射单元2、二阶辐射单元3、三阶辐射单元4、双线馈电微带线8、第二介质基板11，第二介质基板11印制有周期的EBG单元12，EBG单元12包含第二介质基板11上层印制的刻蚀有方环缝隙14的方形贴片13和第二介质基板11下层印制的金属地板,换句话说，第二介质基板11的下层为金属地板，其上层印制有EBG单元12，EBG单元12是以周期性排列分布在整个第二介质基板11的上层，作为EBG单元12其结构是上层为刻蚀有方环缝隙14的方形贴片13，下层为印制的金属地板。第一介质基板1放置在第二介质基板11上，两个介质基板之间有泡沫板15相隔，使用胶粘技术将第一介质基板1和第二介质基板11分别固定在泡沫板15上下两个表面。在第一介质基板1上，三个辐射单元2-4纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板1上下两个表面上各自的三个辐射单元2-4共同组合称为偶极子，第一介质基板1上表面的三个辐射单元2-4贴片的组合称为偶极子上臂，第一介质基板1下表面的三个辐射单元2-4贴片的组合称为偶极子下臂，偶极子上下臂对称于第一介质基板1水平中心线，一阶辐射单元2包含一个辐射贴片，二阶辐射单元3包含两个辐射贴片，三阶辐射单元4包含两个辐射贴片，第一介质基板1上下两表面的一阶辐射单元1均与各自的双线馈电微带线8电连接，参见图1和图2，双线馈电微带线8的右侧延伸至第一介质基板1边沿，本发明的低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线5-7和电感9，一阶辐射单元2与一阶直流偏置线5相连接，二阶辐射单元3与二阶直流偏置线6相连接，三阶辐射单元4与三阶直流偏置线相连接7，辐射单元采用变形的分形偶极子，主要是在传统Sierpinski分形偶极子基础上增加了矩形贴片，用矩形贴片连接二阶辐射单元3和三阶辐射单元4中各个关于偶极子纵向中线对称的两个辐射贴片，具体是用矩形贴片将二阶辐射单元3和三阶辐射单元4中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上只需要加载一个PIN开关10进行频率可调，每阶辐射单元2-4配接有各自对应的直流偏置线5-7，本发明共使用两组PIN开关10就可以产生三种频率的可调。三组直流偏置线5-7上各自接有电感9，两组PIN开关10通过二阶直流偏置线6共地，二阶直流偏置线6为两组PIN开关10直流信号的共用地，一阶直流偏置线5为一阶辐射单元2与二阶辐射单元3之间所接PIN开关10直流信号的正极，三阶直流偏置线7为二阶辐射单元3与三阶辐射单元4之间所接PIN开关10直流信号的正极，本发明只需要三组直流偏置线5-7对两组PIN开关10分别进行控制，就能实现X、Ku、Ka三个频带可调；在三频可调基础上，第二介质基板11印制的周期排列的EBG单元12产生X、Ku频带同相反射特性，同时在Ka频带以金属反射板形式工作，第一介质基板1加载第二介质基板11后，在三频可调的基础上天线实现了低剖面、高增益三频可调特性。

参见图3，本例中第一介质基板1的介电常数为2.97，基板厚度为0.254mm，介电损耗为0.0015，第二介质基板11介电常数为3，基板厚度为1.5mm，介电损耗为0.0015，第一介质基板1和第二介质基板11之间采用介电常数为1，厚度为2mm的泡沫板15相隔，泡沫板15重量轻，加载容易，成本低。本发明中一阶辐射单元2的辐射贴片为正三角形，二阶辐射单元3中的两个辐射贴片为相同的两个正三角形，放置方向与一阶辐射单元2相同，两个正三角形关于偶极子纵向中线对称，并且其内侧顶点通过矩形贴片相连接。三阶辐射单元4中的两个辐射贴片均为相同的三角形镂空贴片，具体为镂空了小三角形的大三角形贴片，其中大三角形放置方向与一阶辐射单元2相同，小三角形顶点分别为大三角形各边中点，小三角形放置方向与大三角形放置方向相反，两个三角形镂空贴片关于偶极子纵向中线对称，其内侧顶点用两个矩形辐射贴片相连。本发明这种技术特征使得每阶辐射单元2-4中辐射贴片内顶点之间直接电连接。因此本发明中，偶极子上下臂中各个相邻阶辐射单元间各只需要加载一个PIN开关10就可实现天线的频率可调，现有技术中也是使用开关来实现频率可调，但是现有技术中，传统Sierpinski分形偶极子的各个相邻阶辐射单元间需要加载两个开关，以图1为例，需要用两个开关将二阶辐射单元3中的两个辐射贴片各下顶点与一阶辐射单元2分别相连，同时还需要用两个开关将三阶辐射单元4中的两个辐射贴片下顶点与二阶辐射单元3分别相连，这样才能保证天线的对称性以及天线方向图的稳定性。因此本发明的技术方案减少了开关数目，只需沿偶极子纵向中线在二阶辐射单元3矩形贴片中点处和一阶辐射单元2之间加载一个PIN开关10，同时在三阶辐射单元4矩形贴片中点处和二阶辐射单元3之间加载一个PIN开关10，这样就既保证了天线良好的对称性与辐射特性，同时所需控制的开关数目减小，降低了开关控制的复杂度，增强了天线的稳定性，降低了天线成本，简化了加工复杂度。用于连接一阶辐射单元2的双线馈电微带线8的引线方向与偶极子两臂纵向排列中心线垂直90度，长度为16.9mm，第一介质基板1上表面印制的馈电微带线8宽度为0.4mm，下表面印制的馈电微带线8的宽度由0.4mm渐变至为2mm，这样既保证了天线良好的阻抗匹配，同时又利于加载交流馈电接头。参见图1，本发明的一阶直流偏置线5长度为4.5mm，宽度为0.1mm，二阶直流偏置线6长度为4mm，宽度为0.1mm，三阶直流偏置线7长度为3.2mm，宽度为0.1mm，三组直流偏置线5-7上各自接有0.84μH电感9，本发明引入电感9消除各直流偏置线5-7对天线辐射特性的影响，使得天线方向图稳定，匹配特性良好。辐射单元的尺寸与整个天线的谐振频率相关，当所有PIN开关10断开时，一阶辐射单元2产生Ka波段处谐振频带，一阶辐射单元2三角形边长为a1，a1可在1-3mm之间调节选定，当a1取1.26mm时，天线工作在27.8～31.2GHz。当一阶辐射单元2与二阶辐射单元3之间PIN开关10连通时，产生Ku频带处谐振频率，二阶辐射单元3中三角形边长为a2,连接三角形内顶点矩形长度分别为1.3mm和2.5mm，宽度为0.2mm。当一阶辐射单元2中a1固定时，a2在1-3mm之间调节可以改变Ku波段谐振频率，本实例中a2取1.2mm，天线工作在14.1～16.8GHz。所有PIN开关10均处于连通状态时，一阶辐射单元2与二阶辐射单元3之间，二阶辐射单元3和三阶辐射单元4之间均通过PIN开关10相连，产生X频带处谐振频率，当一阶辐射单元2中a1和二阶辐射单元3中a2分别固定时，三阶辐射单元4中大三角形边长为a3，镂空的小三角形边长为a3/2。连接大三角形顶点矩形长为2.2mm，宽为0.2mm，a3在1-3mm调节，当a3为1.94mm时，天线工作在8.96～9.67GHz。上述每阶辐射单元中，通过调节每阶辐射单元的三角形边长，可以确定可调频率。同时，由于每个频带所对应辐射单元不同，本发明可以方便、独立、灵活调节天线的各个尺寸，以调节天线三个不同的频带调节范围。

当采用普通金属反射板提高天线增益时，必须将反射板放置在距离天线1/4波长处，但是三频可调天线不同频率对应波长不同，不同频带金属反射板所需放置的位置不同，因此对于三频可调天线无法将普通金属反射板固定在同一位置，增加了天线的使用难度，并且X波段处所对应的1/4波长为10mm，两层介质基板距离过大，天线剖面过高，占用空间过大，无法使用在卫星通信***。相比于普通金属反射板，本发明使用的周期性EBG单元12结构参见图1，包含第二介质基板11上层周期排列的5×7方形贴片13和第二介质基板11下层印制的金属地板，方形贴片13边长为5mm，相邻贴片间距为1mm，每个方形贴片13刻蚀方环缝隙14，方形贴片13与方环缝隙14中心重合，方环缝隙14外边长为4.5mm，内边长为4mm。周期排列的EBG单元12产生双频反射相位特性，X波段的同相反射相位特性工作频带为：8.45GHz-9.78GHz(0°频点为9.22GHz)，Ku波段的同相反射相位特性工作频带为：15.03GHz-18GHz(0°频点为16.46GHz)，在X、Ku两个频带，第二介质基板11同时可固定与第一介质基板1纵向距离为2mm处的位置，天线增益得到以提高，并且保证了天线良好阻抗匹配。X波段中天线工作频带为8.96～9.67GHz，天线在9.5GHz处增益为8.16dB。Ku波段天线工作频带为14.1～16.8GHz，天线在15GHz处增益为7.66dB。在Ka频带第二介质基板11以金属反射板形式工作，第二介质基板11与第一介质基板1间距固定在Ka波段处1/4波长约为2mm处，Ka波段天线工作频带为27.8～31.2GHz，在28GHz处天线增益提高至10.1dB。综上，本发明通过加载双频EBG单元12结构，合理解决加载普通金属板带来的问题，天线工作在X、Ku、Ka三个不同的频带时，两层介质基板间距均只为2mm，并且天线相比于传统单极子天线三个频带处增益均有大于3dB的提高，同时实现了低剖面、高增益两个特性。

本发明的工作过程为：在第一介质基板1双线馈电微带线8右侧处加载交流信号，在直流偏置线5-7左侧加载直流信号。当所有直流偏置线5-7上无直流信号加载时，一阶辐射单元2工作，天线工作在Ka波段。一阶直流偏置线5加载直流正极和二阶直流偏置线6加载直流负极，当直流电流超过10mA时，一阶辐射单元2与二阶辐射单元3相接处PIN开关10连通，此时天线有效辐射单元为一阶辐射单元2与二阶辐射单元3，天线工作在Ku频带。当一阶直流偏置线5和三阶直流偏置线7均加载直流正极，二阶直流偏置线6加载直流负极，当直流电流超过10mA时，此时所有的PIN开关10连通，天线的有效辐射单元为所有辐射单元2-4，此时天线工作在X频带。

实施例2

低剖面三频可调天线的构成和结构同实施例1，本实施例中第一介质基板印制辐射单元中辐射贴片为三角形，一阶辐射单元辐射贴片三角形边长a1为1mm，二阶辐射单元辐射贴片三角形边长a2为1mm，三阶辐射单元辐射贴片三角形边长a3为3mm，第一介质基板和第二介质基板之间泡沫板的厚度为1mm，第二介质基板上的EBG单元贴片刻蚀缝隙宽度为1mm，周期排列的EBG单元贴片产生X波段和Ku波段的反射相位特性。本例中，第一介质基板上直流偏置线所接电感值为0.1μH，第一介质基板的介电常数为10，第二介质基板的介电常数为2，其余结构与实施例1中的低剖面三频可调天线一样，各结构之间的关系也与实施例1中的低剖面三频可调天线一样。

实施例3

低剖面三频可调天线的构成和结构同实施例1-2，本实施例中第一介质基板印制的各阶辐射单元中辐射贴片为三角形，一阶辐射单元辐射贴片三角形边长a1为3mm，二阶辐射单元辐射贴片三角形边长a2为3mm，三阶辐射单元辐射贴片三角形边长a3为1mm，第一介质基板和第二介质基板之间泡沫板的厚度为3mm；第二介质基板上的EBG单元贴片刻蚀缝隙宽度为0.1mm；第一介质基板上直流偏置线所接电感值为1μH，本发明天线各阶直流偏置线中均接入电感，有效消除了偏置线对天线辐射特性的影响，使得天线在三个不同的工作频带方向图特性更加稳定。本例中，第一介质基板的介电常数为2，第二介质基板的介电常数为10，其余结构与实施例1或2中的低剖面三频可调天线一样，各结构之间的关系也与实施例1或2中的低剖面三频可调天线一样。

实施例4

低剖面三频可调天线的构成和结构同实施例1-3，本实施例中第一介质基板1印制的各阶辐射单元2-4中辐射贴片为矩形贴片，参见图4；第一介质基板1和第二介质基板11之间泡沫板的厚度为1mm，第一介质基板1上直流偏置线5-7所接电感值9为0.5μH，第一介质基板1的介电常数为5，第二介质基板11的介电常数为5,上述参数外其余结构与实施例1中的低剖面三频可调天线一样，各结构之间的关系也与实施例1中的低剖面三频可调天线一样。天线同时实现了低剖面、高增益两个特性。

实施例5

低剖面三频可调天线的构成和结构同实施例1-4，参见图5，本实施例中第一介质基板1印制的各阶辐射单元2-4中辐射贴片为圆形贴片，一阶辐射单元2中圆形贴片直径为1.2mm，二阶辐射单元3中圆形贴片直径为1.2mm，三阶辐射单元4中圆形贴片直径为1.8mm，贴片形状的变化体现了本发明天线的适用性和灵活性，上述参数外其余结构与实施例1中的低剖面三频可调天线一样，各结构之间的关系也与实施例1-4中的低剖面三频可调天线一样。

以上是本发明的五个具体实例并不构成对本发明的任何限制。

本发明的实例效果可通过以下结果图进一步说明：

实施例6

使用本发明的低剖面三频可调天线进行频率可调的仿真与模拟，仿真模型为本发明的实施例1。

当所有PIN开关10处于断开状态的工作模式，S参数仿真结果图见图6，此时天线工作在Ka频带，从图中可见，本例中的工作频带为27.8～31.2GHz，完全处于Ka频带中。

当连接一阶辐射单元2二阶和辐射单元3的PIN开关10处于导通状态的工作模式，S参数仿真结果见图7，此时天线工作在Ku频带，图中可见，本例中的工作频带为14.1～16.8GHz，完全处于Ku频带中。

当所有PIN开关10处于导通状态的工作模式，S参数仿真结果见图8，此时天线工作在X频带，图中可见，本例中的工作频带为8.96～9.67GHz，完全处于X频带中。

对本发明在28GHz处方向图进行仿真，结果见图9，图中光滑实线为H面方向图，带点曲线为E面方向图，可以观测发现，方向图特性为前向辐射，增益为10.1dB。

对本发明在15GHz处方向图进行仿真，结果见图10，图中光滑实线为H面方向图，带点曲线为E面方向图，可以观测发现，方向图特性为前向辐射，增益为7.66dB。

同时，对本发明在9.5GHz处方向图进行仿真，结果见图11，图中光滑实线为H面方向图，带点曲线为E面方向图，可以观测发现，方向图特性为前向辐射，增益为8.16dB。

本发明的第二介质基板上的EBG单元的反射相位特性仿真曲线如图12，从仿真结果可以看出:EBG的0°±90°频段分别为8.45GHz-9.78GHz(0°频点为9.22GHz)处于X频带内，15.03GHz-18GHz(0°频点为16.46GHz)处于Ku频带内。

简而言之，本发明的低剖面三频可调天线，在第一介质基板上下两表面分别印制变形分形偶极子上下臂，关于该基板水平中心线对称，一阶辐射单元与双线馈电微带线相连并延伸至介质基板边沿，每阶辐射单元配接有各自对应的接入了电感的直流偏置线，用矩形贴片将二阶和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点相连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元中间加载一个PIN开关进行频率可调。第一介质基板放置在第二介质基板上用泡沫板相隔，周期性排列的EBG单元印制在第二介质基板上以提高天线增益。本发明解决了天线在高频处可调实现困难、方向图不稳定以及剖面较高的问题，能实现在高频X、Ku、Ka波段低剖面三频可调的天线特性，可应用于无线通信和卫星通信。

Claims (7)

1.一种低剖面三频可调天线，包括有：第一介质基板、一阶辐射单元、二阶辐射单元、三阶辐射单元、双线馈电微带线、第二介质基板，第二介质基板印制有周期的EBG单元，EBG单元包含第二介质基板上层印制的刻蚀有方环缝隙的方形贴片和第二介质基板下层印制的金属地板；第一介质基板放置在第二介质基板上，两个介质基板之间有泡沫板相隔，在第一介质基板上，三个辐射单元纵向排列印制在介质基板两个表面，第一介质基板上下两个表面上各自的三个辐射单元共同组合称为偶极子，偶极子上下臂对称于第一介质基板水平中心线，一阶辐射单元包含一个辐射贴片，二阶辐射单元包含两个辐射贴片，三阶辐射单元包含两个辐射贴片，一阶辐射单元均与双线馈电微带线相连接，其特征在于：所述低剖面三频可调天线还包括有直流偏置线和电感（9），辐射单元在传统Sierpinski分形偶极子基础上，采用变形的分形偶极子，用矩形贴片将二阶辐射单元和三阶辐射单元中的辐射贴片内侧顶点电连接形成各自的辐射单元，各个相邻阶辐射单元之间在纵向排列中线上加载一个PIN开关（10）进行频率可调，每阶辐射单元配接有各自对应的直流偏置线，三个直流偏置线上各自接有电感（9），两组PIN开关（10）通过二阶直流偏置线（6）共地，一阶直流偏置线（5）与三阶直流偏置线（7）分别为各自PIN开关（10）直流信号的正极，只需要三组直流偏置线对两组开关进行分别控制，实现X、Ku、Ka三频可调；第二介质基板印制的周期排列的EBG单元产生X、Ku频带同相反射特性，同时在Ka频带以金属反射板形式工作，第一介质基板加载第二介质基板后，在三频可调的基础上天线实现低剖面、高增益特性。

2.根据权利要求1所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：各阶辐射单元中的辐射贴片为三角形贴片；三角形辐射贴片的边长为1mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：各阶辐射单元中的辐射贴片或为矩形或为圆形贴片。

4.根据权利要求1或2或3所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：第一介质基板（1）和第二介质基板（11）之间泡沫板（15）的厚度为1mm-3mm。

5.根据权利要求4所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：第二介质基板（11）上EBG单元（12）贴片刻蚀缝隙（14）宽度为0.1-1mm。

6.根据权利要求5所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：第一介质基板（1）上直流偏置线所接电感值（9）为0.1-1μH。

7.根据权利要求6所述的低剖面三频可调天线，其特征在于：第一介质基板（1）和第二介质基板（11）的介电常数均介于2-10之间。

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