改变寄生贴片状态 可重构天线显现不同模式

2014-03-12 16:02 来源:电子信息网 作者:铃铛

可重构天线一直是目前天线研究的热门领域。可重构天线尤其是运用到无线通信领域当中时,可以改变波束方向、精准定位通信用户或是提高信号质量减少干扰源,其优点是显而易见的。我们在文章中会介绍到一种微带贴片天线,其体积小,重量轻,剖面低,可以与载体共形,且制造简单成本低。将微带贴片与八木天线相结合,就可以构成微带矩形贴片八木天线和微带振子天线。

当然,我们希望追求的一种效果是:能够运用槽结构更简单、开关数量更少来形成可重构天线。天线的结构如图1所示,三角形贴片的可重构八木天线的阵元由三个三角形贴片顺向放置在同一条直线上构成。中间稍大一些的三角形贴片作为激励元,通过同轴探针馈电,两个相同但尺寸较小的三角形贴片分别放置在两侧,作为寄生元。在两个寄生元贴片上的相同位置都蚀刻了一个矩形缝隙,并在矩形缝隙的中间安装了一个开关。可以通过改变开关的状态来改变寄生贴片上表面电流的分布,最终实现天线辐射方向图的重构。天线的介质基片的尺寸为34×17mm,介质板的厚度取0.76mm,相对介电常数为2.94。三角形贴片的边长分别为10mm和8mm,寄生贴片上所蚀刻的矩形缝隙的尺寸为5.0×0.4mm,开关的尺寸为0.4×0.4mm,矩形缝隙与三角形顶点之间的距离b=4.9647mm。在三角形的寄生贴片上蚀刻一个矩形槽缝,可以起到切割贴片上的表面电流,进而改变贴片的表面电容和电感,使寄生贴片在辐射过程中起到不同的作用。经HFSS仿真表明,在这个天线中,当寄生贴片上的开关断开时,寄生贴片作为引向器,可以令天线的波束辐射方向朝寄生贴片所在的方向偏转,我们称此时寄生贴片的状态为D;当寄生贴片上的开关闭合时,寄生贴片对于天线的辐射波束方向几乎没有影响,我们称此时寄生贴片的状态为N,所以此天线至少有着三种模式,模式DN,ND和NN。模式DN就是指左边寄生贴片上的开关断开,作为引向器,而右边寄生贴片上的开关闭合,天线的方向图向左边(Y轴负向)偏转;模式ND与模式DN相反,指右边寄生贴片上的开关断开,作为引向器,而左边寄生贴片上的开关闭合,天线的方向图向右边(Y轴正向)偏转;模式NN是指左右两边的寄生贴片上的开关都闭合,此时天线的波束方向是向贴片正上方辐射的。

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(a)天线的整体结构

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(b)天线寄生元的具体结构

图1 天线的结构图

下面我们来看一下刚刚完成的仿真结果,我们可以看清其中的详细过程,图2是在这三种模式下的|S11|参数曲线。通过图2可以发现,在这三种模式下天线的谐振频率都在10.9GHz附近。当|S11|小于-10dB时,三种模式的公共频带从10.74GHz到11.0GHz,相对带宽约为2.4%。在使用HFSS软件进行仿真模拟时,为了仿真方便,并没有采用真实的开关模型,而是使用了理想的金属贴片来代替开关,在矩形缝隙中间增加金属贴片表示开关闭合,没有金属贴片则表示开关断开。

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可重构天线

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