一种宽频带调谐微带天线

本发明涉及一种微波通信器件，尤其涉及一种宽频带调谐微带天线。

背景技术：

1、频率可调谐微带天线能够实现微带天线工作频率的动态调谐，结合微带天线结构简单、易于设计与集成等特点，被广泛应用于雷达、通信等无线系统中。宽频带调谐的微带天线是指调谐频率范围较宽的微带天线，即通过单个天线实现宽频带内不同频率的动态切换，从而避免在单个设备上组装多个天线，有利于减少系统复杂度、体积以及成本，提高频谱利用率以及天线工作状态的兼容性。

2、目前，频率可调谐微带天线的实现方式主要有四种。第一种是通过在方形微带贴片上方堆叠一层可旋转的超表面结构，由于旋转时的相对介电常数变化，实现天线工作频率的调谐，但是频率调谐范围较窄，且机械式调谐的响应速度较慢。第二种是在方形微带贴片与地之间的两个开路枝节上加载有变容二极管，改变天线工作频带两侧辐射零点的频率，实现连续调谐的频率可调谐微带天线，但是频率调谐范围依然较窄，且尺寸相对较大、剖面高。第三种是微带贴片的金属地上嵌入pin管加载的槽线，通过开关控制微带天线与槽天线的工作切换，实现离散的频率可重构，频率调谐范围有所增加，但依然有限，并且存在前后比较差的问题。第四种是将变容管或者开关直接加载在微带贴片上，或用于连接微带贴片与短贴片，通过控制可变电容或者开关实现频率的连续调谐，但是存在频率调谐范围窄、方向图不稳定或者尺寸大及剖面高等问题。因此，有必要提出一种新型宽频带调谐的微带天线，能够兼顾宽频带调谐、方向图稳定、快速调谐、小尺寸及低剖面等特点。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种宽频带调谐微带天线，能够兼顾宽频率范围的连续频率调谐、方向图稳定、快速调谐、小尺寸及低剖面。

2、技术方案：一种宽频带调谐微带天线，包括变容管加载的中心微带以及变容管和pin二极管加载的四个外侧微带；所述四个外侧微带呈中心对称分布于所述中心微带的四周，并通过与所述中心微带并行的部分进行耦合；所述中心微带工作在tm01模式，与所述四个外侧微带耦合，整体形成等效电长度可调的对称分叉式同向电流。

3、进一步的，所述中心微带包括长度为0.24~0.28λ0的中心金属条带，两个变容二极管 cv1嵌入所述中心金属条带，嵌入点与中心金属条带两端的距离为0.02~0.06λ0，λ0为最高频率处对应的自由空间波长。

4、进一步的，所述外侧微带包括长度为0.28~0.32λ0的外侧金属条带，所述外侧金属条带与所述中心金属条带的并行长度为0.1~0.12λ0；一个pin二极管嵌入在所述外侧金属条带靠近所述中心金属条带的位置，嵌入点与所述外侧金属条带相近的一端距离在0.09~0.13λ0 ；一个变容二极管 cv2嵌入在所述外侧金属条带远离所述中心金属条带的位置，嵌入点与所述外侧金属条带相近的一端距离在0.04~0.08λ0 。

5、进一步的，当所述pin二极管均在导通状态，所述变容二极管 cv1和变容二极管 cv2大于等于7 pf时，所述对称分叉式同向电流获得阻抗匹配条件下的最长等效电流，对应整体天线的最低频率边向辐射；并且，所述对称分叉式同向电流的等效电长度随着所述变容二极管 cv1和变容二极管 cv2的容值减少而缩短，对应整体天线边向辐射的工作频率上升；当所述pin二极管均关断，所述变容二极管 cv1和变容二极管 cv2小于等于0.1 pf时，所述对称分叉式同向电流获得阻抗匹配条件下的最短等效电流，对应整体天线的最高频率边向辐射。

6、有益效果：现有的频率可调谐微带天线无法兼顾宽频带调谐、方向图稳定、快速调谐、小尺寸及低剖面。本发明将变容管和pin二极管加载的四个外侧微带与变容管加载的中心微带紧密对称相邻，形成对称分叉式同向电流，结合对称式分布pin二极管及变容二极管对对称分叉式同向电流的等效电长度调谐，实现宽频带调谐的边向辐射微带天线，并能兼顾方向图稳定、快速调谐、小尺寸及低剖面的特点。

7、具体的，变容管加载的中心微带由对称分布的两个变容二极管和中心微带组成，工作在tm01模式，变容二极管离两端的距离在0.02~0.06λ0之间，其工作频率随变容二极管偏压变化，当与变容管和pin二极管加载的四个外侧微带相结合后，整体形成等效电流长度可调的对称分叉式同向电流。

8、变容管和pin二极管加载的四个外侧微带对称紧密分布于变容管加载的中心微带四周，两者的并行长度在0.1~0.12λ0之间，pin二极管加载位置与内侧端的距离在0.09~0.13λ0 之间，变容二极管加载位置与外侧端的距离在0.04~0.08λ0之间，通过对称分布、pin二极管与变容二极管联动调谐，获得宽频带调谐的稳定边向辐射。

技术特征：

1.一种宽频带调谐微带天线，其特征在于，包括变容管加载的中心微带以及变容管和pin二极管加载的四个外侧微带；所述四个外侧微带呈中心对称分布于所述中心微带的四周，并通过与所述中心微带并行的部分进行耦合；所述中心微带工作在tm01模式，与所述四个外侧微带耦合，整体形成等效电长度可调的对称分叉式同向电流。

2.根据权利要求1所述的宽频带调谐微带天线，其特征在于，所述中心微带包括长度为0.24~0.28λ0的中心金属条带，两个变容二极管cv1嵌入所述中心金属条带，嵌入点与中心金属条带两端的距离为0.02~0.06λ0，λ0为最高频率处对应的自由空间波长。

3.根据权利要求2所述的宽频带调谐微带天线，其特征在于，所述外侧微带包括长度为0.28~0.32λ0的外侧金属条带，所述外侧金属条带与所述中心金属条带的并行长度为0.1~0.12λ0；一个pin二极管嵌入在所述外侧金属条带靠近所述中心金属条带的位置，嵌入点与所述外侧金属条带相近的一端距离在0.09~0.13λ0 ；一个变容二极管cv2嵌入在所述外侧金属条带远离所述中心金属条带的位置，嵌入点与所述外侧金属条带相近的一端距离在0.04~0.08λ0 。

4.根据权利要求3所述的宽频带调谐微带天线，其特征在于，当所述pin二极管均在导通状态，所述变容二极管cv1和变容二极管cv2大于等于7 pf时，所述对称分叉式同向电流获得阻抗匹配条件下的最长等效电流，对应整体天线的最低频率边向辐射；并且，所述对称分叉式同向电流的等效电长度随着所述变容二极管cv1和变容二极管cv2的容值减少而缩短，对应整体天线边向辐射的工作频率上升；当所述pin二极管均关断，所述变容二极管cv1和变容二极管cv2小于等于0.1 pf时，所述对称分叉式同向电流获得阻抗匹配条件下的最短等效电流，对应整体天线的最高频率边向辐射。

技术总结
本发明公开了一种宽频带调谐微带天线，将变容管和PIN二极管加载的四个外侧微带与变容管加载的中心微带紧密对称相邻，形成对称分叉式同向电流，结合对称式分布PIN二极管及变容二极管对对称分叉式同向电流的等效电长度调谐，实现宽频带调谐的边向辐射微带天线，并能兼顾方向图稳定、快速调谐、小尺寸及低剖面的特点。

技术研发人员：于登辉,翟立鹏,施金,姜芮芮,徐凯,郁梅,张凌燕
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10