CN1925222A - 一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线 - Google Patents

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Abstract

一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，属于电子技术中方向图可重构天线技术。金属地板14与三阶Koch分形金属贴片15通过同轴线探针13相连；六个短路柱17对称分布于以探针13为中心的较小圆周上，其下端与金属地板14相连，上端通过电子开关18与贴片15相连；金属地板14上开有六条相同的细缝19，六条细缝19与六个短路柱17相应地对称分布于以探针13为中心的较大圆周上；每条细缝19中均嵌入了至少一个电子开关18。通过控制细缝19和短路柱17上的开关，可使天线处于不同的工作状态，进而在一个频率点实现主瓣指向不同的辐射方向图。本发明体积小、重量轻、增益高(9dB－11.7dB)，易于载体表面共形；同时结构简单，实现方便；在地面移动通信终端上具有很高的实用价值。

Description

一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及方向图可重构天线技术。
背景技术
随着无线通信的飞速发展，高性能紧凑型方向图可重构天线对于整体通信***性能的提高有着越来越重要的意义。方向图可重构天线一方面可以降低通信***的电子噪声干扰，提高***的稳定性，另一方面可以提高天线的通信效率。但是在现有方向图可重构天线设计中存在的问题又制约了其进一步在市场中推广应用的前景
文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”(Microwave Symposium Digest，1999 IEEEMTT-S International，Volume：4，13-19 June)描述了一种结构可重构的天线(见图1)，实现了天线方向图的改变。但是其结构的改变是采用机械形式，反应速度比较慢。
文献“On the Gain of A Reconfigurable-Aperture Antenna”(IEEE Transactions On AntennaAnd Propagation，Vol：49，NO.10，October 2001)中讲述如何采用微机电开关(MEMS)实现天线结构的重新构造。但是没能在一个频点上实现天线方向图的扫描(见图2)。
文献“A Pattern Reconfigurable Microstrip Parasitic Array”(IEEE Transactions On AntennaAnd Propagation，Vol：52，NO.10，October 2004)虽然可以在一个频点实现方向图扫描，但是方向图的增益有限，在9dBi以下(见图3)。
为此如何克服现有可重构天线技术中存在的各种问题，并把不同类型的天线的优点结合起来还有待进一步的深入地研究。
发明内容
为了在一个频点上实现天线的高增益，辐射方向图全向快速扫描，本发明提供一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，该天线具有高增益、覆盖范围广、可在一个频点实现方向图扫描等特点。
本发明提供的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，如图4、5所示，包括同轴线探针13，金属地板14，三阶Koch分形金属贴片15，介质基片16，六个相同的短路柱17。同轴线探针13穿过金属地板14的中心孔与三阶Koch分形金属贴片15的中心点相连，其馈电点位于金属地板14的中心点孔下方。六个短路柱17呈六角对称状分布于以同轴线探针13为中心且半径较小的圆周上，如图6所示。每个短路柱17下端与金属地板14相连，上端通过一个电子开关18与三阶Koch分形金属贴片15相连，如图4所示。三阶Koch分形金属贴片15紧贴于介质基片16的下方。金属地板14上开有六条相同的细缝19，六条细缝19与六个短路柱17相应地呈六角对称状分布于以同轴线探针13为中心且半径较大的圆周上，如图6所示。每条细缝19中均嵌入了至少一个电子开关18，以控制整条细缝的闭合或断开，如图7所示。
本发明采用同轴馈电形式，能量通过同轴馈线探针13连接到天线贴片上。其馈电方式也可以采用其他的形式，开关18可以选用MEMS开关，也可以选用其他形式的电子开关。介质基片16具有一定的介电常数即可。所述细缝19可以是直线形或圆弧形细缝。
本发明通过控制细缝19和短路柱17上的开关(连接或者断开)，可使天线处于不同的工作状态，进而在一个频率点实现主瓣指向不同的高方向性增益天线辐射方向图，其中最基本的6个工作状态所对应的辐射方向图为天线上半空间、与Koch分形金属贴片法线方向成一定夹角范围的六个对称分布的辐射方向图，如图8、9所示。
上述方案虽然没有给出所有组成部件之间尺寸的相对比例关系，但是均能够重构出上述6种基本辐射方向图，并在一个频点上实现上半空间的扫描。任意一种尺寸比例关系的具有Koch分形贴片的的方向图可重构天线，按照其尺寸比例均可缩小或放大，以实现不同频点的扫描。
本发明由于采用了Koch分形贴片结构，可以使得天线体积小、重量轻、增益高，易于载体表面共形。同时由于采用了短路柱和地面开缝技术可以使得天线方向图在一个频点实现方向图扫描，天线结构简单，实现方便，简化了馈电网络的设计，特别是由于其实现的高方向性增益(9dB-11.7dB)，因此在地面移动通信终端上具有很高的实用价值。
附图说明
图1是文献“MEMS Reconfigurable Vee Antenna”所述天线示意图。其中，1为可重构的VEE天线，2是拉伸装置，3是传输线，4是介质基片，5是方向图的主瓣方向。
图2是文献“On the Gain of A Reconfigurable-Aperture Antenna”所述天线的示意图。其中，6是馈电点，7是MEMS开关。
图3是文献“A Pattern Reconfigurable Microstrip Parasitic Array”所述天线的结构示意图。其中，8是辐射天线，9是控制开关，10是同轴馈线，11是金属地板，12是介质材料。
图4是本发明所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线基本结构示意图，其中：13是同轴线探针，14是金属地板，15是三阶Koch分形金属贴片，16是介质基片，17是短路柱，18是电子开关。
图5是本发明所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线中三阶Koch分形金属贴片形状图。
图6是本发明所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线中金属地板示意图，其中：13是同轴线探针，14是金属地板，17是短路柱，19是细缝。
图7是本发明所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线中细缝隙19的局部放大图，其中，18是电子开关。
图8是本发明具体实时方式的天线辐射二维方向图。
图9是本发明具体实时方式的天线辐射三维方向图。
具体实施方式
在图8、9的实施例中，天线的材料和属性是：介质基片采用介电常数为3.02的普通复合介质基片，金属地板和Koch分形金属贴片采用厚度为0.018mm的铜箔，金属地板的尺寸为400×400mm2，Koch分形金属贴片为三阶Koch分形，六个缝隙的尺寸为1mm×40mm，成中心对称地排列在距离馈电点为45mm的地板周围。六个短路柱的半径为1mm，成中心对称的排列在距离馈电中心为23mm的圆周上。微带贴片缝隙上选用的平面封装形式的开关的尺寸为1×8mm2，每个短路柱的顶端都连有一个开关与微带贴片相连，尺寸为1×2×2mm3。
其中一条细缝中的开关和对面的短路柱的开关处于连接状态，而其他细缝中的开关和其他短路柱的开关处于断开状态，且当频率为3.3GHz时，由电磁***仿真软件HFSS仿真，其结果为：天线主瓣增益在9-11.7dB，可以覆盖θ方向21°-51°的范围，如图8、9所示。
根据天线结构的对称性，通过改变开关的工作状态，可以得到可以六种等效的工作状态，实现主瓣的不同指向，从而实现高增益全向覆盖的功能。

Claims (3)

1、一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，其特征在于，包括同轴线探针(13)，金属地板(14)，三阶Koch分形金属贴片(15)，介质基片(16)，六个相同的短路柱(17)；同轴线探针(13)穿过金属地板(14)的中心孔与三阶Koch分形金属贴片(15)的中心点相连，其馈电点位于金属地板(14)的中心点孔下方；六个短路柱(17)呈六角对称状分布于以同轴线探针(13)为中心且半径较小的圆周上；每个短路柱(17)下端与金属地板(14)相连，上端通过一个电子开关(18)与三阶Koch分形金属贴片(15)相连；三阶Koch分形金属贴片(15)紧贴于介质基片(16)的下方；金属地板(14)上开有六条相同的细缝(19)，六条细缝(19)与六个短路柱(17)相应地呈六角对称状分布于以同轴线探针(13)为中心且半径较大的圆周上；每条细缝(19)中均嵌入了至少一个电子开关(18)，以控制整条细缝的闭合或断开。
2、根据权利要求1所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，其特征在于，所述电子开关(18)为MEMS开关。
3、根据权利要求1所述的一种具有Koch分形贴片的方向图可重构微带天线，其特征在于，所述细缝(19)可以是直线形或圆弧形细缝。
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