一种加载变容二极管的ebg的频率可重构天线制作方法
【专利摘要】一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，步骤如下：(1)设定天线的初始工作频率f、基底材料以及贴片天线的尺寸；(2)确定天线的馈电方式以及馈电参数；(3)设计加载的EBG结构的结构参数w，g，确使其带隙高于工作频率f；(4)将变容二极管焊接到EBG材料上并加载可变直流电压；(5)将设计的加载变容二极管的EBG结构加入到贴片天线的基底材料上，并对设计的天线进行制作。由于EBG结构的带隙范围可以通过改变加载在变容二极管上的电压来调节，故贴片天线的工作谐振频率随所加电压的改变而改变，从而实现工作频率的可重构。
【专利说明】—种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法
【技术领域】
[0001]本发明设计到一种频率可重构的天线的制作方法，特别是一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着无线通信(移动通信、WLAN网络、GPS设备)市场的迅速发展，射频工程师们在小体积、多波段、宽波段和低成本系统设计中面临着持续的挑战。而低剖面、小尺寸的集成天线对无线系统是至关重要的。因此，微带贴片天线受到人们的青睐。而贴片天线存在固有的窄波段和大尺寸等缺点。而可重构天线为解决这一问题提供了一种可能的方案。与宽波段和多波段不同，可重构天线是动态实时地改变天线的工作状态来实现的。这种天线并不在同一时间覆盖工作的所有波段，而是在某一时间动态有选择性的工作在天线的一个窄波段内。
[0003]由于天线的辐射特性(包括谐振频率和辐射方向图)大部分由天线的形状和尺寸决定。于是，机械改变辐射天线的几何形状为构造可重构天线提供了一条途径。因此，利用MEMS开关的可重构天线受到研究学者的广泛研究。利用MEMs开关的开和关特性，可以动态改变天线的长度使其工作在双波段或者多波段。随后，利用PIN 二极管来设计频率可重构天线也受到广泛关注。大多数可重构天线都是基于这个原理设计的。然而，频率可重构也可以通过改变天线介质的特性来实现。EBG结构是一种有金属和介质通过周期排列复合而成的材料。由于它的带隙特性，EBG可用来提高天线的辐射特性，例如增益。近年来，研究学者通过在EBG金属贴片上加载变容二极管，发现可以改变EBG的带隙和反射位相。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:改变传统频率可重构的方法，即利用MEMs开关动态改变天线的有效辐射尺寸，进而重构天线的辐射特性，针对这种局限性，提供一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，在贴片天线基底材料中加载带变容二极管的EBG结构，通过改变加在变容二极管的电压，动态改变EBG结构的电磁特性。从而实现天线工作频率的可重构。
[0005]本发明的技术解决方案:一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，步骤如下:
[0006](I)设定天线的工作频率f、基底材料，并根据工作频率设计贴片天线的结构尺寸长度L、宽度W和天线厚度h ;
[0007](2)确定贴片天线的馈电方式以及馈电参数；
[0008](3)根据有限元方法设计EBG结构参数，设EBG贴片宽度为W，贴片间隙为g，金属过孔半径为r，EBG到接地板的厚度为Iv用电磁场数值方法计算EBG结构的带隙；通过优化w和g,使EBG的带隙高于天线的工作频率f ；
[0009](4)在二维方向上，在相邻EBG贴片之间加载上变容二极管，并在变容二极管的两侧加正向偏置的直流电压，变容二极管的等效电容随外加偏置直流电压的变化而变化；
[0010](5)将设计的EBG结构作为基底材料的一部分插入到天线中，是贴片天线和EBG贴片共接地板；加工、制作所设计的天线，通过改变变容二极管的偏置电压，即可改变天线的工作频率，实现天线工作频率的可重构。
[0011]所述步骤(I)天线的工作频率f在4GHz以下。这样不至于贴片天线的尺寸和EBG尺寸过小，既方便天线加工也有利于后面变容二极管的接入。
[0012]所述步骤(2)中的馈电方式采用微带线馈电，微带线与贴片的匹配采用在贴片天线与微带连接位置切口来实现。
[0013]所述步骤(3)中EBG的结构参数中g尺寸不小于1.5mm，给加载变容二极管留下足够的空间。
[0014]所述步骤(3)中EBG的带隙的计算采用电磁场数值方法包括计算色散图方法和悬置传输法。
[0015]所述步骤(4)中变容二极管采用正负接法，即同一 EBG贴片上变容二极管采用相同的接入方向，相邻的EBG贴片采用相反的接入方向。这样可以简化变容二极管的馈电方式。
[0016]所述步骤(5)中天线的制作步骤为:先设计EBG结构中的贴片和基板，接地板，然后再EBG贴片表面加天线的介质材料和贴片天线。其中贴片天线和EBG贴片共接地板，变容二极管的馈线采用过孔通过接地板来实现。
[0017]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0018](I)本发明的加载变容二极管的EBG的频率可重构天线是通过改变电容二极管的电压来改变EBG结构的电磁特性，而不是改变天线的尺寸，因此，天线结构尺寸小，更易于集成。
[0019](2)本发明设计的加载变容二极管的EBG的频率可重构天线可以通过改变加载电压值工作在一段连续的频率范围之内。而MEMs开关工作频率是离散的。相比MEMS开关设计的频率可重构天线，其具有更多的工作状态。
[0020](3)本发明的可重构天线结构简单，制作成本较低，功能更强大。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明贴片天线表面结构和切口示意图；
[0022]图2为本发明的结构俯视图；
[0023]图3为本发明的主视图；
[0024]图4为本发明为实施例中给出参数时，天线谐振频率随变容二极管的关系曲线。
【具体实施方式】
[0025]如图1、2、3所示，本发明的加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作过程如下:
[0026](I)设定天线的初始工作频率为2.5GHz。基底材料为FR_4 (r = 4.4)。
[0027]天线尺寸为长I = 27.9謹,宽w = 36.5謹,天线的厚度H = 3謹。
[0028](2)确定天线的馈电方式为微带线中心馈电,微带线宽度Wtl = 5.79mm,馈电中切口的参数dx = 6mm, dy = 5.5mm。如图1所示。
[0029](3)利用数值仿真软件优化EBG结构的带隙在3GHz左右，略高于天线的工作频率。优化的参数为w_EBG = 8，g = 2.5mm, EBG的厚度h0 = 1mm。EBG与贴片天线共地并共基底介质。
[0030](4)将变容二极管加载到EBG上并加电压馈电，馈电方式如图2和图3，
[0031](5)对所设计的天线进行制作。最后得到天线的谐振频率随所加电容的变化曲线如图4，
[0032]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0033]以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于步骤如下: (1)设定天线的工作频率f、基底材料，并根据工作频率设计贴片天线的结构尺寸长度L、宽度W和天线厚度h ; (2)确定贴片天线的馈电方式以及馈电参数； (3)根据有限元方法设计EBG结构参数，设EBG贴片宽度为W，贴片间隙为g，金属过孔半径为r，EBG到接地板的厚度为Iv用电磁场数值方法计算EBG结构的带隙；通过优化w和g，使EBG的带隙高于天线的工作频率f ； (4)在二维方向上，在相邻EBG贴片之间加载上变容二极管，并在变容二极管的两侧加正向偏置的直流电压，变容二极管的等效电容随外加偏置直流电压的变化而变化； (5)将设计的EBG结构作为基底材料的一部分插入到天线中，是贴片天线和EBG贴片共接地板；加工、制作所设计的天线，通过改变变容二极管的偏置电压，即可改变天线的工作频率，实现天线工作频率的可重构。
2.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(I)天线的工作频率f在4GHz以下。
3.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(2)中的馈电方式采用微带线馈电，微带线与贴片的匹配采用在贴片天线与微带连接位置切口来实现。
4.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(3)中EBG的结构参数中g尺寸不小于1.5mm，给加载变容二极管留下足够的空间。
5.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(3)中EBG的带隙的计算采用电磁场数值方法包括计算色散图方法和悬置传输法。
6.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(4)中变容二极管采用正负接法，即同一EBG贴片上变容二极管采用相同的接入方向，相邻的EBG贴片采用相反的接入方向。这样可以简化变容二极管的馈电方式。
7.根据权利要求1所述的一种加载变容二极管的EBG的频率可重构天线制作方法，其特征在于:所述步骤(5)中天线的制作步骤为:先设计EBG结构中的贴片和基板，接地板，然后再EBG贴片表面加天线的介质材料和贴片天线。其中贴片天线和EBG贴片共接地板，变容二极管的馈线采用过孔通过接地板来实现。
【文档编号】H01Q9/04GK104347947SQ201310330349
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】李平, 王梅 申请人:李平, 王梅