[发明专利]一种双模圆极化频率可重构天线

说明书

一种双模圆极化频率可重构天线，其结构包括一个交叉型缝隙天线辐射结构、一对分布式电感、一对分布式电容和一个直流偏置电路。其中，天线辐射结构中的金属贴片和阶梯型馈电微带线印刷在介质基板正反两面，金属贴片上开设有四条等尺寸交叉缝隙。分布式电感对称、分布式电容分别对称放置于交叉缝隙上，位于结构整体的中心。直流偏置电路中的四个变容二极管加载在交叉缝隙的末端，八个隔离电容成对放置于四个变容二极管两端，两条直流导线放置于介质基板正反两面。本发明提供的天线尺寸小、馈电结构简单、谐振带宽和圆极化轴比带宽大；可实现在五个可变频段的宽轴比带宽和阻抗带宽；能够提高可变频带宽利用率，可应用于物联网无线传感网络、WiFi和可重构阵列场景。

技术领域

本发明属于无线通信和天线技术领域，涉及一种频率可重构的圆极化天线。

背景技术

随着数字化和信息化进程的加快，通信业务的爆炸性增长，无线通信系统需要天线朝着低延时、高带宽、多功能、集成化等方向发展。为简化无线通信系统，缓解现有频谱中的繁重通信量，具有频率、极化或辐射方向图可重构特性的天线收到越来越多的关注。其中，由于许多应用需要一个天线覆盖很宽的频率范围，频率可重构天线逐渐成为热门研究方向之一。

频率可重构天线是通过调节有效电长度，使天线的谐振频率可在一定带宽范围内进行切换，因此具备调节天线间互相兼容问题、节省系统空间、降低设备成本等优点。通常实现频率可重构天线的方法是通过加载变容管、PIN二极管和MEMS等元件来改变辐射器的电流路径及分布，从而改变天线的工作频率。一些新的功能材料如铁氧体、超表面和电化学驱动液态金属也被用来实现频率可调。

另一方面，相比于线极化天线，圆极化天线可以实现更好的极化匹配和抗干扰能力，因此频率可重构的圆极化天线正被广泛研究。但这些研究通常需要大数量的电元件、多电压控制、大尺寸等复杂结构，同时实现的可变频率带宽较窄。因此如何设计一款低成本、小尺寸、结构简单、宽频段的频率可重构圆极化天线十分必要。基于此，本发明致力于实现用少量电元件控制、宽带、小型化的圆极化频率可重构天线，可应用于物联网无线传感网络、WiFi和可重构天线阵列等场景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术不足，为保证频率可重构天线的宽带可调谐振频率和圆极化辐射特性，提出一种双模圆极化频率可重构天线，以解决现有技术中频率可重构天线体积大、频带窄、成本高等技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种双模式圆极化频率可重构天线，其结构包括一个交叉型缝隙天线辐射结构、一对分布式电感A12、B13、一对分布式电容A14、B15和一个直流偏置电路。

所述的交叉型缝隙天线辐射结构包括介质基板1、金属贴片2及阶梯型馈电微带线3。所述金属贴片2和阶梯型馈电微带线3分别印刷在所述介质基板1的正反两面，其中，金属贴片2置于介质基板1上方(正面)。所述金属贴片2上开设有四条等尺寸缝隙A4、B5、C6、D7，四条缝隙构成交叉形状，交叉形状的中心与金属贴片2的中心点重合，因此金属贴片2被等分为四个等尺寸三角形金属贴片A8、B9、C10、D11。

所述分布式电感A12、B13由弯曲金属线实现，分布式电感A12、B13分别对称放置于交叉缝隙A4、C6临近中心点的一端；所述分布式电容A14、B15由相距很近的两对小尺寸矩形金属贴片组成，分布式电容A14、B15分别对称放置于交叉缝隙B5、D7临近中心点的一端；分布式电感A12、B13和分布式电容A14、B15位于结构整体的中心位置。

所述四条等尺寸缝隙A4、B5、C6、D7可产生两个垂直且等幅的电场，通过调节弯曲金属线的长度可以改变分布式电感A12、B13的值，通过调节小尺寸矩形金属贴片的宽度可以改变分布式电容A14、B15的值，从而形成90°相位差，因此可以激励出圆极化波。