非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线。

背景技术

随着无线通信系统的快速发展，电磁频谱变得非常拥挤。频率可重构通信系统因可以有效地使用频谱而吸引了越来越多的关注。作为一种频率可重构天线，带宽可重构天线可以提供更多的带宽、紧凑的设备尺寸、减少干扰并显著提高数据传输效率以增强天线的功能。另一方面，滤波天线是一种可以同时实现辐射和滤波功能的新概念，可以消除互连匹配网络，实现射频前端电路的小型化。作为带宽可重构天线和滤波天线优点的结合体，带宽可重构滤波天线的概念被提出，并成为研究的热点。

在过去的几十年中，带宽可重构滤波器一直是可重构通信系统的关键组件。作为传统滤波器组的替代品，它可以显著简化由具有不同带宽的多个滤波器组成的滤波器组所带来的硬件复杂性。带宽可重构滤波器可以通过引入可调元件来实现，例如引入可变电容以连续调整工作状态，或加载p-i-n二极管以在离散的多个状态之间切换。然而，这种设计还属于级联设计，因此在天线模块集成度低的情况下不可避免地会出现连接损耗。最近，出现了一种融合设计方式来解决这些问题，通过在天线的辐射器或馈电电路中引入小的修改和调谐元件来实现滤波响应和可重构性。在现有技术中，已经生产了一种基于融合设计的带宽可重构滤波天线。然而，在调谐工作频率时，其带外抑制水平严重下降。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出了非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线。这种滤波天线的微带贴片上沿x轴方向既天线极化方向刻蚀有两对不同长度的缝隙，它们可以产生两个辐射零点以获得良好的滤波性能和一个额外的高频谐振点以扩展带宽。将加载有可变电容的非接触式微带线嵌入微带贴片天线的两个堆叠基板的中间层作为调谐结构，从而实现滤波天线的低频谐振模式和低端辐射零点的同时调谐，而高端辐射零点和高频谐振点基本保持不动，从而实现工作带宽的电调谐。当通过调整可变电容来调谐工作带宽时，天线可以保持良好滤波响应。

本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、底层基板、顶层基板及微带贴片；所述顶层基板上设置馈电口；所述顶层基板与底层基板之间设置非接触式微带线；所述非接触式微带线沿着x轴方向设置且在顶层基板与底层基板的中心线上；所述非接触式微带线在顶层基板面上的垂直投影与微带贴片部分重叠；所述馈电口与非接触式微带线均在顶层基板的中心线上；所述微带贴片上沿x轴方向既天线极化方向刻蚀有第一缝隙对与第二缝隙对；所述第一缝隙对的长度大于第二缝隙对的长度；所述第一缝隙对与第二缝隙对均关于非接触式微带线的中心线对称；所述第一缝隙对离馈电口的距离小于第二缝隙对离馈电口的距离；所述顶层基板上表面设置可变电容；所述顶层基板上表面设置第一金属化通孔与第二金属化通孔；所述非接触式微带线的外端通过第一金属化通孔与可变电容的一端连接；所述可变电容的另一端与第二金属化通孔连接；所述第二金属化通孔从上至下贯通顶层基板、底层基板及金属反射地板；所述可变电容的另一端通过第二金属化通孔与金属反射地板连接；所述非接触式微带线与可变电容构成非接触式带宽调谐结构，通过调整可变电容的容值C来调谐天线的工作带宽。

进一步的作为本发明的优选技术方案，所述微带贴片为矩形微带贴片。

进一步的作为本发明的优选技术方案，所述天线通过调节可变电容控制非接触式微带线与微带贴片的重叠面积，从而使得滤波天线的谐振模式和低端辐射零点同时调谐，实现天线带宽的可重构。

进一步的作为本发明的优选技术方案，所述天线由探针穿过底层基板、顶层基板与微带贴片连接馈电。

本发明所述的非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过在微带贴片上沿x轴方向既天线极化方向刻蚀两对不同长度的缝隙，生成两个辐射零点以获得良好的滤波性能，并产生了可用于扩展天线工作带宽的额外的高频谐振点。为了实现带宽可重构功能，沿着x轴方向放置一条非接触式可变电容加载的微带线作为调谐结构。非接触式微带线嵌入中间层并与微带贴片部分重叠。穿过顶层基板的通孔用于连接放置在顶层基板上表面的可变电容。通过调节可变电容控制非接触式微带线与微带贴片的交叠面积，可以同时调节滤波天线的低频谐振模式和低端辐射零点，从而实现天线带宽的可重构。在滤波天线的带宽灵活调谐的同时，天线可保持良好的滤波性能。

附图说明

图1为本发明天线立体结构示意图；

图2是本发明天线结构示意图；

图3是本发明天线的仿真|S

图4是本发明天线在可调电容为0.3pF时5.18GHz处的仿真方向图；

图5是本发明天线在可调电容为0.3pF时5.36GHz处的仿真方向图；

图6是本发明天线在可调电容为1.2pF时5.28GHz处的仿真方向图；

图7是本发明天线在可调电容为1.2pF时5.36GHz处的仿真方向图；

附图中，1-微带贴片；2-馈电口；3-第一缝隙对；4-第二缝隙对；5-第一金属化通孔；6-可变电容；7-第二金属化通孔；8-顶层基板；9-非接触式微带线；10-底层基板；11-金属反射地板。

具体实施方式

下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明,以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施,但下面通过参考实例仅用于解释本发明,不作为本发明的限定。

如图1与图2所示，非接触式可变电容加载的带宽可重构微带贴片滤波天线，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板11、底层基板10、顶层基板8及微带贴片1；顶层基板8上设置馈电口2；顶层基板8与底层基板10之间设置非接触式微带线9；非接触式微带线9沿着x轴方向设置且在顶层基板8与底层基板10的中心线上；非接触式微带线9在顶层基板8面上的垂直投影与微带贴片1部分重叠；馈电口2与非接触式微带线9均在顶层基板的中心线上；微带贴片1上沿x轴方向既天线极化方向刻蚀有第一缝隙对3与第二缝隙对4；第一缝隙对3的长度大于第二缝隙对4的长度；第一缝隙对3与第二缝隙对4均关于非接触式微带线9的中心线对称；第一缝隙对3离馈电口的距离小于第二缝隙对4离馈电口的距离；顶层基板8上表面设置可变电容6；顶层基板8上表面设置第一金属化通孔5与第二金属化通孔7；非接触式微带线9的外端通过第一金属化通孔5与可变电容6的一端连接；可变电容6的另一端与第二金属化通孔7连接；第二金属化通孔7从上至下贯通顶层基板8、底层基板10及金属反射地板11；可变电容6的另一端通过第二金属化通孔7与金属反射地板11连接；非接触式微带线9与可变电容6构成非接触式带宽调谐结构，通过调整可变电容6的容值C来调谐天线的工作带宽。

微带贴片1为矩形微带贴片。天线通过调节可变电容6控制非接触式微带线9与微带贴片1的重叠面积，从而使得滤波天线的谐振模式和低端辐射零点同时调谐，实现天线带宽的可重构。天线由探针穿过底层基板10与顶层基板8与微带贴片1连接馈电。

本发明通过在微带贴片1上沿x轴方向既天线极化方向刻蚀两对不同长度的缝隙，生成两个辐射零点以获得良好的滤波性能，并产生了可用于扩展天线工作带宽的额外的高频谐振点。为了实现带宽可重构功能，沿着x轴方向放置一条非接触式可变电容加载的微带线作为调谐结构。非接触式微带线9嵌入中间层并与微带贴片1部分重叠。穿过顶层基板8的通孔用于连接放置在顶层基板8上表面的可变电容6。通过调节可变电容6控制非接触式微带线9与微带贴片1的交叠面积，可以同时调节滤波天线的低频谐振模式和低端辐射零点从而实现天线带宽的可重构。在滤波天线的带宽灵活调谐的同时，天线可保持良好的滤波性能。

本发明实施例对天线各部分的尺寸进行优化，具体的天线的参数见下表1：

表1

表1中，h

图3为本实例带宽可重构微带贴片滤波天线不同带宽的仿真反射系数和增益。反射系数小于-10dB的仿真阻抗带宽可以灵活的从3.8％调整到5.9％，带内最大增益为7.4dBi。在不同可调电容容值处的仿真E面和H面辐射方向图如图4-7所示。图4是本发明天线在可调电容为0.3pF时5.18GHz处的仿真方向图；图5是本发明天线在可调电容为0.3pF时5.36GHz处的仿真方向图；图6是本发明天线在可调电容为1.2pF时5.28GHz处的仿真方向图；图7是本发明天线在可调电容为1.2pF时5.36GHz处的仿真方向图。

以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。