一种加载双不对称U形缝隙的双频圆极化可重构微带天线

本发明涉及天线，尤其是一种加载双不对称u形缝隙的双频圆极化可重构微带天线。

背景技术：

1、圆极化天线由于其抗多径干扰、抗衰减、不存在极化失配等优点，在移动通信、卫星通信和射频识别等领域获得了广泛的应用。随着频率资源越来越拥挤，设备集成化的要求也在逐步增加，具备双频段甚至多频段接收和发送电磁波功能的天线可以替代多个天线独立工作，减小相互间干扰的同时压缩天线的体积，达到小型化的效果，结合圆极化波的优势，双频圆极化天线由此产生。

2、相对于极化方向固定的天线，极化可重构天线在应用方面具有更高的自由度和灵活性。目前存在着双频圆极化天线的需求。

技术实现思路

1、针对目前的对于双频圆极化天线的技术需求，本发明实施例包括一种加载双不对称u形缝隙的双频圆极化可重构微带天线，包括：

2、一种加载双不对称u形缝隙的双频圆极化可重构微带天线，所述双频圆极化可重构微带天线包括：

3、上层介质板；所述上层介质板的一面设有辐射导体贴片，所述辐射导体贴片开有第一u形缝隙和第二u形缝隙，所述第一u形缝隙包围所述第二u形缝隙，所述第一u形缝隙的开口和所述第二u形缝隙的开口方向相反；所述第一u形缝隙的一臂设有第一开关器件，另一臂设有第二开关器件，所述第二u形缝隙的一臂设有第三开关器件，另一臂设有第四开关器件；各开关器件分别穿过所在的臂，并连接所在的臂两侧的辐射导体贴片，各开关器件分别可以受控地导通或关断；

4、下层介质板；所述下层介质板的一面设有微带线，所述微带线的一端通过导体柱与所述辐射导体贴片连接，所述微带线的另一端作为外接端。

5、进一步地，所述辐射导体贴片还开有第一隔直缝隙和第二隔直缝隙；所述第一隔直缝隙用于在所述第一u形缝隙的内外部之间进行直流隔离，所述第二隔直缝隙用于在所述第二u形缝隙的内外部之间进行直流隔离。

6、进一步地，所述第一隔直缝隙和所述第二隔直缝隙分别设有若干个电容器；各电容器分别连接所在的隔直缝隙两侧的辐射导体贴片。

7、进一步地，所述下层介质板设有sma连接头，所述sma连接头与所述微带线的另一端连接；所述下层介质板的另一面设有导体地板，所述导体地板与所述导体柱之间绝缘；所述下层介质板的另一面为与所述上层介质板相对的一面；所述导体柱穿透所述上层介质板和所述下层介质板，所述导体柱与所述辐射导体贴片的连接点被所述第二u形缝隙包围；所述上层介质板与所述下层介质板之间通过尼龙柱固定。

8、进一步地，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为二极管；所述第一开关器件的正极连接所述第一u形缝隙内部，负极连接所述第一u形缝隙外部；所述第二开关器件的正极连接所述第一u形缝隙外部，负极连接所述第一u形缝隙内部；所述第三开关器件的正极连接所述第二u形缝隙内部，负极连接所述第二u形缝隙外部；所述第四开关器件的正极连接所述第二u形缝隙外部，负极连接所述第二u形缝隙内部。

9、进一步地，所述第一开关器件所在的臂和所述第三开关器件所在的臂位于所述辐射导体贴片的同一侧，所述第二开关器件所在的臂和所述第四开关器件所在的臂位于所述辐射导体贴片的另外的同一侧；

10、各开关器件的开关状态包括：

11、所述第一开关器件和所述第四开关器件导通，所述第二开关器件和所述第三开关器件关断；

12、或者

13、所述第一开关器件和所述第四开关器件关断，所述第二开关器件和所述第三开关器件导通；

14、各开关器件处于其中一种开关状态时，天线在低频工作频段有两个正交模式，这两个正交模式共同交替工作，从而激励起圆极化波，在高频段有三个正交模式，这三个正交模式共同交替工作，从而激励起圆极化波。

15、进一步地，所述双频圆极化可重构微带天线在低频工作频段的两个正交模式分别为tm10模式和tm01模式，tm10模式和tm01模式在单独工作时均为线极化且单向辐射；其中，tm10模式的电流沿x轴分布在第一u形缝隙外部，tm01模式的电流沿y轴分布在第一u形缝隙外部；tm10模式和tm01模式极化正交，且在第一u形缝隙的影响下在时间上相位相差90度，tm10模式和tm01模式共同交替工作，从而在低频段激励起左旋/右旋圆极化波。

16、进一步地，所述双频圆极化可重构微带天线在高频工作频段的三个正交模式均为混合模式，且混合模式的特性由辐射较强的模式主导；

17、所述三个正交模式中，第一个模式为分布在第二u形缝隙内部的强tm10模式和分布在第一u形缝隙外部的弱tm20模式的叠加；第二个模式为分布在第二u形缝隙内部的强tm10模式和分布在第一u形缝隙外部的弱tm11模式的叠加；第三个模式为分布在第二u形缝隙内部的强tm01模式和分布在第一u形缝隙外部的弱tm02模式的叠加；

18、所述第一个模式和所述第二个模式在第二u形缝隙内部的电流分布一样，因此可以同时激励所述第一个模式和所述第二个模式，进一步产生新的混合模式；所述新的混合模式与所述第三个模式极化正交，且在第二u形缝隙的影响下在时间上相位相差90度；所述新的混合模式与所述第三个模式共同交替工作，从而在高频段激励起右旋/左旋圆极化波。

19、进一步地，所述第一u形缝隙和第二u形缝隙的开关器件在两个臂的开关状态相反，开关状态影响圆极化波的旋向；

20、所述第一u形缝隙工作在低频段，第二u形缝隙工作在高频段，所述双频圆极化可重构微带天线在低频段和高频段分别辐射不同旋向的圆极化波，实现不同频段极化隔离的功能。

21、进一步地，所述双频圆极化可重构微带天线还包括2×2可重构阵列；

22、所述2×2可重构阵列包括4个单元辐射贴片，各所述单元辐射贴片的几何结构绕单元中心逆时针依次旋转0°、90°、180°和270°；

23、所述4个单元辐射贴片中，其中一对互为对角位置的单元辐射贴片的馈电相位状态设计成±90°相位翻转，另一对互为对角位置的单元辐射贴片的馈电相位状态设计成固定0°和180°相位；

24、当4个所述单元辐射贴片的馈电相位状态依次为0°、+90°、180°和-90°时，右旋圆极化波会被加强，而左旋圆极化波会被削弱，同时中心形成辐射零点，辐射方向图分裂成四个波束；

25、当4个所述单元辐射贴片的馈电相位状态依次为0°、-90°、180°和+90°时，左旋圆极化波会被加强，而右旋圆极化波会被削弱。

技术特征：

1.一种加载双不对称u形缝隙的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述双频圆极化可重构微带天线包括：

2.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述辐射导体贴片还开有第一隔直缝隙和第二隔直缝隙；所述第一隔直缝隙用于在所述第一u形缝隙的内外部之间进行直流隔离，所述第二隔直缝隙用于在所述第二u形缝隙的内外部之间进行直流隔离。

3.根据权利要求2所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述第一隔直缝隙和所述第二隔直缝隙分别设有若干个电容器；各电容器分别连接所在的隔直缝隙两侧的辐射导体贴片。

4.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述下层介质板设有sma连接头，所述sma连接头与所述微带线的另一端连接；所述下层介质板的另一面设有导体地板，所述导体地板与所述导体柱之间绝缘；所述下层介质板的另一面为与所述上层介质板相对的一面；所述导体柱穿透所述上层介质板和所述下层介质板，所述导体柱与所述辐射导体贴片的连接点被所述第二u形缝隙包围；所述上层介质板与所述下层介质板之间通过尼龙柱固定。

5.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为二极管；所述第一开关器件的正极连接所述第一u形缝隙内部，负极连接所述第一u形缝隙外部；所述第二开关器件的正极连接所述第一u形缝隙外部，负极连接所述第一u形缝隙内部；所述第三开关器件的正极连接所述第二u形缝隙内部，负极连接所述第二u形缝隙外部；所述第四开关器件的正极连接所述第二u形缝隙外部，负极连接所述第二u形缝隙内部。

6.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述双频圆极化可重构微带天线在低频工作频段的两个正交模式分别为tm10模式和tm01模式，tm10模式和tm01模式在单独工作时均为线极化且单向辐射；其中，tm10模式的电流沿x轴分布在第一u形缝隙外部，tm01模式的电流沿y轴分布在第一u形缝隙外部；tm10模式和tm01模式极化正交，且在第一u形缝隙的影响下在时间上相位相差90度，tm10模式和tm01模式共同交替工作，从而在低频段激励起左旋/右旋圆极化波。

8.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述双频圆极化可重构微带天线在高频工作频段的三个正交模式均为混合模式，且混合模式的特性由辐射较强的模式主导；

9.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述第一u形缝隙和第二u形缝隙的开关器件在两个臂的开关状态相反，开关状态影响圆极化波的旋向；

10.根据权利要求1所述的双频圆极化可重构微带天线，其特征在于，所述双频圆极化可重构微带天线还包括2×2可重构阵列；

技术总结
本发明公开了一种加载双不对称U形缝隙的双频圆极化可重构微带天线，包括上层介质板和下层介质板，上层介质板的一面设有辐射导体贴片，开有第一U形缝隙和第二U形缝隙，分别设有第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，各开关器件分别穿过所在的臂，并连接所在的臂两侧的辐射导体贴片，下层介质板的一面设有微带线，微带线的一端通过导体柱与辐射导体贴片连接，另一端作为外接端。本发明双频圆极化可重构微带天线只需要改变施加在其中某些电路模块的电压，就可以实现在两个频段同时切换极化方向，天线的结构简单、加工容易，容易实现对天线极化方向的切换，是一种使用灵活的双频圆极化天线。本发明广泛应用于天线技术领域。

技术研发人员：肖钰,董宏伟,陈曾平,徐世友,谭舒婷,郭瑞
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13