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1、(10)申请公布号 CN 104201466 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104201466 A (21)申请号 201410440608.6 (22)申请日 2014.09.01 H01Q 1/38(2006.01) H01Q 1/48(2006.01) H01Q 1/50(2006.01) (71)申请人 西安电子科技大学 地址 710071 陕西省西安市太白南路 2 号 (72)发明人 李龙 王鑫 史琰 翟会清 梁昌洪 周志鹏 高铁 孙磊 张强 刘明罡 王立超 唐守柱 (74)专利代理机构 陕西电子工业专利中心 61205 代理人 田文英 王品华 (54) 发明名。
2、称 一种具有端射特性的频率可重构滤波天线 (57) 摘要 本发明公开一种具有端射特性的频率可重构 滤波天线， 包括辐射结构、 馈电结构、 滤波结构、 射 频控制系统、 及其反射结构。 辐射结构采用三个辐 射单元组成的共形偶极子。馈电结构采用双线馈 电微带结构和微带馈电结构。滤波结构采用依次 横向排列在微带馈电结构侧面的三个滤波单元。 射频控制系统包括射频元件 PIN 管、 电感和直流 偏置线。 反射结构采用微带馈电结构的金属地板。 本发明解决了天线在高频处可调实现困难、 方向 图不稳定、 剖面较高以及通断比低的问题， 能实现 在高频 X、 Ku、 Ka 波段具有端射特性的频率可重构 滤波天线特。
3、性， 可应用于无线通信和卫星通信。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104201466 A CN 104201466 A 1/1 页 2 1. 一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 包括介质基板、 辐射结构、 馈电结构、 滤 波结构、 射频控制系统及其反射结构 ； 位于介质基板上表面的辐射结构与馈电结构相连， 滤 波结构位于馈电结构的侧面， 射频控制系统位于辐射结构的左侧和滤波结构的末端 ； 位于 介质基板下表面的反射结构处于辐。
4、射结构的右侧 ； 其特征在于 ： 所述的辐射结构采用三个辐射单元， 三个辐射单元依次纵向排列印制在介质基板的两 个表面， 三个辐射单元组成共形偶极子 ； 所述的馈电结构采用双线馈电微带结构和微带馈电结构， 双线馈电微带结构和微带馈 电结构， 沿介质基板水平中心线从左至右依次连接 ； 所述滤波结构采用三个滤波单元， 三个滤波单元依次横向排列在微带馈电结构的侧 面， 三个滤波单元均为矩形金属贴片结构 ； 所述射频控制系统包括七个射频元件 PIN 管、 七个电感和五组直流偏置线， 在介质基 板上表面第一和第二辐射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介质基板上表面第 二和第三辐射单元间的纵。
5、向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介质基板下表面第一和第二辐 射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介质基板下表面第二和第三辐射单元间的 纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 另外三个射频元件的 PIN 管加载于各阶滤波单元与微带 馈电结构的连接处， 在介质基板上表面和下表面的第一和第二辐射单元的左侧各加载一个 电感， 三个电感加载于各阶滤波单元的末端， 五组直流偏置线接在各电感后并延长至介质 基板边缘， 直流偏置线为金属线并采用单端开关接地的电路控制方式 ； 所述反射结构为微带馈电结构的金属地板， 微带馈电金属地板位于双线馈电结构右侧 的介质基板下表面。 2. 根据权利要求 。
6、1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所述的天线共形偶极子的结构是， 天线三个辐射单元为对称于介质基板水平中心线的一 对金属贴片， 偶极子的一对金属贴片为一个辐射单元， 三个辐射单元每两个之间的间隔为 0.4mm， 第一个和第二个辐射单元为倒梯形金属贴片， 第三个辐射单元为三角形金属贴片。 3. 根据权利要求 2 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 述的天线共形偶极子中的天线三个相邻辐射单元组成共形三角形或共形扇形。 4. 根据权利要求 1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 述的一、 二、 三阶滤波单元结构， 。
7、依次横向排列在距离第三个辐射单元710mm处的微带馈 电结构侧面， 相邻阶微带滤波单元的间隔为 5 15mm。 5. 根据权利要求 1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 述的辐射结构、 馈电结构和反射结构中， 第三个辐射单元与反射结构间隔为 14.5GHz 对应 波长的四分之一 , 第三个辐射单元与微带馈电结构间用双线馈电微带结构连接。 6. 根据权利要求 1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 述的射频控制系统中的电感取值范围为 0.1 1uH。 7. 根据权利要求 1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 。
8、述的三个滤波单元采用单个金属开路枝节结构或者采用多个金属开路枝节结构， 金属开路 枝节长度为各通带中心频率对应波长的四分之一 , 宽度为 0.3mm 3mm。 8. 根据权利要求 1 所述的一种具有端射特性的频率可重构滤波天线， 其特征在于， 所 述的介质基板的相对介电常数介于 2 10 之间。 权 利 要 求 书 CN 104201466 A 2 1/7 页 3 一种具有端射特性的频率可重构滤波天线 技术领域 0001 本发明属于通信技术领域， 更进一步涉及电磁场与微波技术领域的一种具有端射 特性的频率可重构滤波天线。本发明在 X、 Ku 和 Ka 三个频带内可调工作， 具有端向辐射的 方向。
9、图， 适用于现代化的宽带频率可调、 端向辐射、 高通断比特性的频率可重构滤波天线。 背景技术 0002 随着无线通信的发展， 天线对于整个通信设备的重要性更加显著， 具有低剖面， 高 增益以及足够的带宽等特性的天线也将是通信系统发展的趋势和要求。 同时随着通信系统 功能的增加， 各个载体上搭载的天线数量越来越多， 所负载的重量也随之增加， 并且由于空 间限制， 多个天线的放置将影响各个天线特性甚至整个系统的工作特性， 电磁兼容性成为 了一个重要的问题。通常， 频率可重构天线实现主要有以下两种方法 ： 0003 西安电子科技大学申请的专利 “小型化三阶频率可重构北斗导航天线” ( 申请号 ： 2。
10、01410003838.6， 公开号 ： 103794870A) 中提出了一种机械式频率可重构天线。该天线由可 旋转的圆柱体和短路加载微带天线结构组成。 通过旋转天线上半部分使得天线在北斗二代 导航系统的三个频带切换， 利用短路加载结构的连通与断开， 实现了微带天线的频率可重 构。虽然， 采用该天线结构的天线频带宽， 电压驻波比低。但是， 该天线结构存在的不足之 处有三点， 第一， 采用机械旋转结构， 会导致天线的体积增大， 增加系统的载荷要求。第二， 该天线结构使得天线与系统集成难度高。第三， 该天线结构在馈电处采用三组 L 型馈电探 针配置， 使得天线加工难度高， 系统误差大。 0004 。
11、电 子 科 技 大 学 申 请 的 专 利 “一 种 频 率 可 重 构 的 超 宽 带 天 线” ( 申 请 号 ： 201110179150.X， 公开号 ： 102306870A) 中提出了一种频率可重构的超宽带天线， 该天线结 构通过在介质上表面印制单极子辐射单元， 该印制单极子由多个线型排列的辐射单元组 成， 在各辐射单元上加载电子开关实现频率可重构特性， 该天线结构通过微带馈线对天线 进行馈电。采用该天线结构在超宽频带内增益平坦， 结构简单。但是， 该天线结构存在的不 足之处有两点， 第一， 采用电子开关简单加载于天线辐射单元上， 会导致天线的通断比差。 第二， 该天线结构使得天线。
12、体积大， 不利于系统集成。 0005 综上所述， 目前可重构天线面临着三个问题， 1. 可调频率主要集中在 WLAN 等低频 频带， 适用于高频 X、 Ku 波段甚至 Ka 波段的卫星天线较少。2. 开关的选择， PIN 管的使用 方法更加成熟， 但是在天线上加载 PIN 管时直流偏置线的设计对天线影响较大， MEMS 开关 使用便利， 但是对 MEMS 开关制备方法发展不够成熟， 同时费用较高， 工程化使用存在问题。 3. 在低剖面的条件下无法满足天线端向辐射的要求。4. 天线在不同的工作频带的通断比 不高。 发明内容 0006 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足， 提供了一种端向辐射、。
13、 三频可调、 高 通断比、 控制简单的可调滤波天线， 利用天线自身结构特点， 根据普通碟形偶极子天线的阻 说 明 书 CN 104201466 A 3 2/7 页 4 抗特点， 在辐射单元上以及馈电结构两侧设计频率可重构结构。在工作频段内实现了 X、 Ku 和 Ka 三个频带内三频可调、 水平方向的端向辐射特性， 天线最大增益方向在水平方向。 0007 实现本发明的具体思路是 ： 采用印制在介质基板上下表面的共形偶极子做为辐射 体， 根据该共形偶极子的阻抗特点， 在辐射单元上以及馈电结构上设计滤波单元及可重构 的射频控制系统。通过现代全局优化算法优化滤波单元结构的尺寸及位置， 实现滤波天线 阻。
14、抗的匹配及可重构特性。 0008 为实现上述目的， 本发明的技术方案如下。 0009 本发明包括辐射结构、 馈电结构、 滤波结构、 射频控制系统、 反射结构及其介质基 板 ； 位于介质基板上表面的辐射结构与馈电结构直接连接， 滤波结构位于馈电结构的侧面， 射频控制系统位于辐射结构与滤波结构的一侧， 位于介质基板下表面的反射结构处于辐射 结构的后侧。 0010 辐射结构采用三个辐射单元， 三个辐射单元依次纵向排列印制在介质基板的两个 表面， 三个辐射单元组成共形偶极子。 馈电结构采用双线馈电微带结构和微带馈电结构， 双 线馈电微带结构和微带馈电结构， 沿介质基板水平中心线从左至右依次连接。 00。
15、11 滤波结构采用三个滤波单元， 三个滤波单元依次横向排列在微带馈电结构侧面， 三个滤波单元均为矩形金属贴片结构。射频控制系统包括七个射频元件 PIN 管、 七个电感 和五组直流偏置线， 在介质基板上表面第一和第二辐射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介质基板上表面第二和第三辐射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介 质基板下表面第一和第二辐射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 在介质基板下表 面第二和第三辐射单元间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管， 另外三个射频元件的 PIN 管 加载于各阶滤波单元与微带馈电结构的连接处， 在介质基板上表面和下表面的第。
16、一和第二 辐射单元的左侧各加载一个电感， 三个电感加载于各阶滤波单元的末端， 五组直流偏置线 接在各电感后并延长至介质基板边缘， 直流偏置线为金属线并采用单端开关接地的电路控 制方式。 0012 反射结构为微带馈电结构的金属地板， 微带馈电金属地板位于双线馈电结构右侧 的介质基板下表面。 0013 发明与现有技术相比具有以下优点 ： 0014 第一， 本发明采用共形偶极子做为天线辐射体， 克服了现有技术存在的射频元件 数量多， 天线体积大的缺点， 使得本发明具有了结构简单， 射频控制元件数量少的优点， 有 效扩大了天线的应用范围。 0015 第二， 本发明通过采用开路金属枝节结构作为滤波单元结。
17、构， 克服了现有技术在 馈电结构上接入复杂的滤波结构， 使天线结构复杂、 馈电复杂的缺点， 使得本发明具有结构 紧凑， 易于馈电和简单控制的优点。 0016 第三， 本发明采用单端开关接地的五组直流偏置线， 克服了现有技术在辐射体和 滤波结构上加载复杂射频控制系统， 使天线上的射频控制系统体积大， 集成难度高的缺点， 使得本发明具有射频控制系统简单， 易于集成的优点。 0017 第四， 本发明通过在馈电结构上加载滤波单元结构， 克服了现有技术在可重构天 线上简单加载射频控制元件， 使可重构天线抗干扰能力差， 通断比低的缺点， 使得本发明具 有高通断比， 高抗干扰性的优点。 说 明 书 CN 1。
18、04201466 A 4 3/7 页 5 0018 第五， 本发明中的馈电结构采用微带馈电结构结构与双线馈电微带结构连接组 成， 克服了现有技术在天线馈电结构上加入复杂滤波结构， 使天线设计难度高、 工程实现性 差的缺点， 使得本发明具有设计简单， 易于加工的优点。 附图说明 0019 图 1 为本发明的正视图 ； 0020 图 2 为本发明的后视图 ； 0021 图 3 为本发明实施例 4 的正视图 ； 0022 图 4 本发明中实施例 5 的正视图 ； 0023 图 5 为本发明的 X、 Ku、 Ka 频带仿真反射系数特性曲线示意图 ； 0024 图 6 为本发明在 9.55GHz 的端向。
19、辐射方向示意图 ； 0025 图 7 为本发明在 14GHz 的端向辐射方向示意图 ； 0026 图 8 为本发明在 33GHz 的端向辐射方向示意图 ； 0027 图 9 为本发明与一般可重构天线通断比特性示意图。 具体实施方式 0028 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。 0029 参照附图 1 和附图 2， 本发明的结构如下。 0030 本发明包括辐射结构、 馈电结构、 滤波结构、 射频控制系统、 反射结构及其介质基 板1。 位于介质基板1上表面的辐射结构与馈电结构直接连接， 滤波结构位于馈电结构的侧 面， 射频控制系统位于辐射结构与滤波结构的一侧， 位于介质基板 1 下表面的反射。
20、结构处 于辐射结构的后侧。 辐射结构采用第一辐射单元14、 第二辐射单元13、 第三辐射单元11， 三 个辐射单元依次纵向排列印制在介质基板 1 的两个表面， 三个辐射单元组成共形偶极子。 馈电结构采用双线馈电微带结构 10 和微带馈电结构 8， 双线馈电微带结构 10 和微带馈电 结构 8 沿介质基板 1 水平中心线从左至右依次连接。滤波结构采用一阶滤波单元 15、 二阶 滤波单元 16、 三阶滤波单元 17， 三个滤波单元依次横向排列在微带馈电结构侧面， 三个滤 波单元均为矩形金属贴片结构。射频控制系统包括七个射频元件 PIN 管 12、 七个电感 4 和 五组直流偏置线， 在介质基板 1。
21、 上表面第一辐射单元 14 和第二辐射单元 13 间的纵向排列 中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 1 上表面第二辐射单元 13 和第三辐射单元 11 间的 纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 1 下表面第一辐射单元 14 和第二辐射单 元 13 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 1 下表面第二辐射单元 13 和第 三辐射单元 11 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 另外三个射频元件的 PIN 管 12 加 载于各阶滤波单元与微带馈电结构 8 的连接处， 在介质基板 1 上表面和下表面的第一辐射 单元14和第二辐射单元13。
22、的左侧各加载一个电感4， 三个电感4加载于各阶滤波单元的末 端， 第一组直流偏置线 2、 第二组直流偏置线 3、 第三组直流偏置线 5、 第四组直流偏置线 6、 第五组直流偏置线 7 接在各电感 4 后并延长至介质基板 1 边缘， 直流偏置线为金属线并采 用单端开关接地的电路控制方式。 所述反射结构为微带馈电结构8的金属地板9， 微带馈电 金属地板 9 位于双线馈电结构 10 右侧的介质基板 1 下表面。 0031 本发明中各结构尺寸参数如下。 说 明 书 CN 104201466 A 5 4/7 页 6 0032 本发明中介质基板 1 的相对介电常数为 2.94， 基板厚度为 0.254mm。
23、， 介电损耗为 0.0012， 本发明中用于连接第三辐射单元 11 的双线馈电微带结构 10 的引线方向与共形偶 极子两臂纵向排列中心线垂直 90 度， 长度为 10mm， 介质基板 1 上表面印制的双线馈电结构 10宽度为0.4mm， 介质基板1下表面印制的双线馈电结构10的宽度为0.4mm， 这样既保证了 天线良好的阻抗匹配， 同时又利于与微带馈电结构 8 连接， 与双线馈电微带结构 10 连接的 微带馈电结构 8 长度为 70mm， 介质基板 1 上表面印制的微带馈电结构 8 宽度为 0.4mm。本 发明的第一组直流偏置线 2 长度为 4.5mm， 宽度为 0.1mm， 第二组直流偏置线。
24、 3 长度为 4mm， 宽度为 0.1mm， 第三组直流偏置线 5 长度为 8mm， 宽度为 0.1mm， 第四组直流偏置线 6 长度为 6.2mm， 宽度为 0.1mm， 第五组直流偏置线 7 长度为 4mm， 宽度为 0.1mm， 五组直流偏置线上各 自接有0.84H电感4， 本发明引入电感4消除各组直流偏置线对天线辐射特性的影响和对 滤波单元结构滤波特性的影响， 使得本发明天线方向图稳定， 匹配特性良好。 辐射单元的尺 寸与整个天线的谐振频率相关， 当所有辐射单元上 PIN 管 12 断开， 一阶滤波单元 15 上 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单元 16 和三阶滤波单元 17 上 。
25、PIN 管 12 连通时， 第三辐射单元 11 产 生 Ka 波段处谐振频带， 第三辐射单元 11 三角形边长为 a1， 当 a1 取 1.26mm 时， 一阶滤波单 元 15 的矩形贴片的长度为 0.689mm， 宽度为 0.595mm， 天线工作在 27.8 33.5GHz。当第 三辐射单元 11 与第二辐射单元 13 之间 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单元 16 上 PIN 管连通， 一 阶滤波单元 15 和三阶滤波单元 17 上 PIN 管 12 断开时， 产生 Ku 频带处谐振频率， 第二辐射 单元 13 中梯形斜边长为 a2, 梯形长边为 1.1mm， 短边长为 2.0mm。。
26、当第三辐射单元 11 中 a1 固定时， 二阶滤波单元 16 的矩形金属贴片的长度为 5.56mm， 宽度为 0.3mm， 本发明中 a2 取 1.0mm， 天线工作在 13.1 15.8GHz。所有辐射单元上的 PIN 管 12 均处于连通状态， 三阶滤 波单元 17 上 PIN 管 12 连通， 一阶滤波单元 15 和二阶滤波单元 16 上 PIN 管 12 断开时， 第 三辐射单元 11 中 a1 和第二辐射单元 13 中 a2 分别固定时， 第一辐射单元 14 中梯形斜边边 长为a3， 梯形长边为3.44mm， 短边为2.2mm， 当a3为1.4mm时， 三阶滤波单元17的矩形金属 片。
27、的长度为2.77mm， 宽度为0.3mm， 天线工作在9.1610.67GHz。 同时， 由于每个频带所对 应辐射单元不同， 本发明可以方便、 独立、 灵活的调节天线的各个尺寸， 以调节天线三个不 同的频带调节范围。 0033 实施例2 ： 结合图1中的结构图， 对实施例2进行进一步的描述， 本发明中实施例2 的天线的构成和结构与图 1 相同。第三辐射单元辐射贴片三角形边长 a1 为 1mm， 第二辐射 单元辐射贴片倒梯形边长a2为1mm， 第一辐射单元辐射贴片倒梯形边长a3为1mm。 本例中， 介质基板上直流偏置线所接电感值为 0.1H， 介质基板的介电常数为 10， 其余结构与图 1 中的。
28、一种具有端射特性的频率可重构滤波天线一样， 各结构之间的关系也与图 1 中的一种 具有端射特性的频率可重构滤波天线一样。 0034 实施例3 ： 结合图1中的结构图， 对实施例3进行进一步的描述， 本发明中实施例3 的天线的构成与图 1 相同。第三辐射单元辐射贴片三角形边长 a1 为 3mm， 第二辐射单元辐 射贴片倒梯形边长 a2 为 3mm， 第一辐射单元辐射贴片倒梯形边长 a3 为 3mm。本例中， 介质 基板上直流偏置线所接电感值为 0.1H， 介质基板的介电常数为 10， 其余结构与图 1 中的 一种具有端射特性的频率可重构滤波天线一样， 各结构之间的关系也与图 1 中的一种具有 端。
29、射特性的频率可重构滤波天线一样。 0035 实施例 4 ： 图 3 为本发明的实施例 4 的结构图， 实施例 4 包括辐射结构、 馈电结构、 说 明 书 CN 104201466 A 6 5/7 页 7 滤波结构、 射频控制系统、 反射结构及其介质基板 18。位于介质基板 18 上表面的辐射结构 与馈电结构直接连接， 滤波结构位于馈电结构的侧面， 射频控制系统位于辐射结构与滤波 结构的一侧， 位于介质基板 18 下表面的反射结构处于辐射结构的后侧。辐射结构采用第一 辐射单元 29、 第二辐射单元 28、 第三辐射单元 27， 三个辐射单元依次纵向排列印制在介质 基板18的两个表面， 三个辐射单。
30、元组成共形偶极子。 馈电结构采用双线馈电微带结构26和 微带馈电结构24， 双线馈电微带结构26和微带馈电结构24沿介质基板18水平中心线从左 至右依次连接。 滤波结构采用一阶滤波单元30、 二阶滤波单元31、 三阶滤波单元32， 一、 二、 三阶滤波单元滤波单元依次横向排列在微带馈电结构 24 侧面， 一、 二阶滤波单元为沿微带 馈电结构 24 对称分布的三对开路金属枝节， 三阶滤波单元为沿微带馈电结构 24 对称分布 的四对开路金属枝节。射频控制系统包括二十四个射频元件 PIN 管 12、 二十四个电感 4 和 五组直流偏置线， 在介质基板 1 上表面第一辐射单元 29 和第二辐射单元 2。
31、8 间的纵向排列 中线上加载一个PIN管12， 在介质基板18上表面第二辐射单元28和第三辐射单元27间的 纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 18 下表面第一辐射单元 29 和第二辐射单 元 28 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 1 下表面第二辐射单元 28 和第 三辐射单元 27 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 另外三个射频元件的 PIN 管 12 加 载于各阶滤波单元开路金属枝节与微带馈电结构 24 的连接处， 在介质基板 18 上表面和下 表面的第一辐射单元29和第二辐射单元28的左侧各加载一个电感4， 三个电感4加载于各。
32、 阶滤波单元的开路金属枝节末端， 所有电感值均为 0.1uh， 第一组直流偏置线 19、 第二组直 流偏置线 20、 第三组直流偏置线 21、 第四组直流偏置线 22、 第五组直流偏置线 23 接在各电 感4后并延长至介质基板18边缘， 直流偏置线为金属线并采用单端开关接地的电路控制方 式。所述反射结构为微带馈电结构 24 的金属地板 25， 微带馈电金属地板 26 位于双线馈电 结构 26 右侧的介质基板 1 下表面。 0036 实施例 4 中各结构尺寸参数如下。 0037 本发明中介质基板 18 的相对介电常数为 2.94， 基板厚度为 0.254mm， 介电损耗为 0.0012， 本发明。
33、中用于连接第三辐射单元 29 的双线馈电微带结构 26 的引线方向与共形偶 极子两臂纵向排列中心线垂直90度， 长度为10mm， 介质基板18上表面印制的双线馈电结构 26 宽度为 0.4mm， 介质基板 18 下表面印制的双线馈电结构 26 的宽度为 0.4mm， 这样既保证 了天线良好的阻抗匹配， 同时又利于与微带馈电结构24连接， 与双线馈电微带结构26连接 的微带馈电结构24长度为70mm， 介质基板18上表面印制的微带馈电结构24宽度为0.4mm。 本发明的第一组直流偏置线 19 长度均为 4.5mm， 宽度均为 0.1mm， 第二组直流偏置线 20 长 度均为 4mm， 宽度均为 。
34、0.1mm， 第三组直流偏置线 21 长度均为 8mm， 宽度均为 0.1mm， 第四组 直流偏置线 22 长度均为 6.2mm， 宽度均为 0.1mm， 第五组直流偏置线 23 长度均为 4mm， 宽度 均为 0.1mm， 五组直流偏置线上各自接有 0.84H 电感 4， 本发明引入电感 4 消除各组直流 偏置线对天线辐射特性的影响和对滤波单元结构滤波特性的影响， 使得本发明天线方向图 稳定， 匹配特性良好。辐射单元的尺寸与整个天线的谐振频率相关， 当所有辐射单元上 PIN 管 12 断开， 一阶滤波单元 30 上 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单元 31 和三阶滤波单元 32 上 PI。
35、N 管 12 连通时， 第三辐射单元 27 产生 Ka 波段处谐振频带， 第三辐射单元 27 三角形长边边长 为 1.26mm 时， 一阶滤波单元 30 的矩形贴片的长度为 0.689mm， 宽度为 0.595mm， 天线工作在 27.8 33.5GHz。当第三辐射单元 27 与第二辐射单元 28 之间 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单 说 明 书 CN 104201466 A 7 6/7 页 8 元 31 上 PIN 管连通， 一阶滤波单元 30 和三阶滤波单元 32 上 PIN 管 12 断开时， 产生 Ku 频 带处谐振频率， 第二辐射单元 28 中梯形长边为 1.1mm， 短边长为。
36、 2.0mm， 斜边边长为 1.0mm, 当第三辐射单元 27 的三角形长边边长固定时， 二阶滤波单元 31 的矩形金属贴片的长度均 为 5.56mm， 宽度均为 0.3mm， 天线工作在 13.1 15.8GHz。所有辐射单元上的 PIN 管 12 均 处于连通状态， 三阶滤波单元 32 上 PIN 管 12 连通， 一阶滤波单元 30 和二阶滤波单元 31 上 PIN 管 12 断开时， 第三辐射单元 27 和第二辐射单元 28 固定时， 第一辐射单元 29 中梯形斜 边边长为 1.4mm， 梯形长边为 3.44mm， 短边为 2.2mm， 三阶滤波单元 32 的矩形金属片的长度 均为 2。
37、.77mm， 宽度均为 0.3mm， 天线工作在 9.16 10.67GHz。 0038 实施例 5 ： 图 4 为本发明的实施例 5 的结构图， 实施例 5 包括辐射结构、 馈电结构、 滤波结构、 射频控制系统、 反射结构及其介质基板 34。位于介质基板 34 上表面的辐射结构 与馈电结构直接连接， 滤波结构位于馈电结构的侧面， 射频控制系统位于辐射结构与滤波 结构的一侧， 位于介质基板 34 下表面的反射结构处于辐射结构的后侧。辐射结构采用第一 辐射单元 45、 第二辐射单元 44、 第三辐射单元 43， 三个辐射单元依次纵向排列印制在介质 基板 34 的两个表面， 三个辐射单元组成共形偶。
38、极子， 共形偶极子中的三个相邻辐射单元组 成共形扇形。馈电结构采用双线馈电微带结构 42 和微带馈电结构 40， 双线馈电微带结构 42 和微带馈电结构 40 沿介质基板 34 水平中心线从左至右依次连接。滤波结构采用一阶 滤波单元 46、 二阶滤波单元 47、 三阶滤波单元 48， 三个滤波单元依次横向排列在微带馈电 结构侧面， 三个滤波单元均为矩形金属贴片结构。射频控制系统包括七个射频元件 PIN 管 12、 七个电感 4 和五组直流偏置线， 在介质基板 34上表面第一辐射单元 45 和第二辐射单元 44 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 34 上表面第二辐射单元。
39、 44 和第三 辐射单元 43 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 34 下表面第一辐射单元 45 和第二辐射单元 44 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 在介质基板 34 下表面第二 辐射单元 44 和第三辐射单元 43 间的纵向排列中线上加载一个 PIN 管 12， 另外三个射频元 件的 PIN 管 12 加载于各阶滤波单元与微带馈电结构 40 的连接处， 在介质基板 1 上表面和 下表面的第一辐射单元45和第二辐射单元44的左侧各加载一个电感4， 三个电感4加载于 各阶滤波单元的末端， 第一组直流偏置线 35、 第二组直流偏置线 36、 第三组直流偏。
40、置线 37、 第四组直流偏置线 38、 第五组直流偏置线 39 接在各电感 4 后并延长至介质基板 34 边缘， 直流偏置线为金属线并采用单端开关接地的电路控制方式。 所述反射结构为微带馈电结构 40 的金属地板 41， 微带馈电金属地板 41 位于双线馈电结构 42 右侧的介质基板 34 下表面。 0039 实施例 5 中各结构尺寸参数如下。 0040 本发明中介质基板 34 的相对介电常数为 2.94， 基板厚度为 0.254mm， 介电损耗为 0.0012， 本发明中用于连接第三辐射单元 43 的双线馈电微带结构 10 的引线方向与共形偶 极子两臂纵向排列中心线垂直90度， 长度为10m。
41、m， 介质基板34上表面印制的双线馈电结构 42 宽度为 0.4mm， 介质基板 34 下表面印制的双线馈电结构 42 的宽度为 0.4mm， 这样既保证 了天线良好的阻抗匹配， 同时又利于与微带馈电结构40连接， 与双线馈电微带结构42连接 的微带馈电结构40长度为70mm， 介质基板34上表面印制的微带馈电结构40宽度为0.4mm。 本发明的第一组直流偏置线 35 长度为 4.5mm， 宽度为 0.1mm， 第二组直流偏置线 36 长度为 4mm， 宽度为 0.1mm， 第三组直流偏置线 37 长度为 8mm， 宽度为 0.1mm， 第四组直流偏置线 38 长度为 6.2mm， 宽度为 0。
42、.1mm， 第五组直流偏置线 39 长度为 4mm， 宽度为 0.1mm， 五组直流偏 说 明 书 CN 104201466 A 8 7/7 页 9 置线上各自接有 0.84H 电感 4， 本发明引入电感 4 消除各组直流偏置线对天线辐射特性 的影响和对滤波单元结构滤波特性的影响， 使得本发明天线方向图稳定， 匹配特性良好。 辐 射单元的尺寸与整个天线的谐振频率相关， 当所有辐射单元上 PIN 管 12 断开， 一阶滤波单 元 46 上 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单元 47 和三阶滤波单元 48 上 PIN 管 12 连通时， 第三辐 射单元 43 产生 Ka 波段处谐振频带， 第三辐。
43、射单元 43 扇形边长取 1.26mm 时， 一阶滤波单元 46 的矩形贴片的长度为 0.689mm， 宽度为 0.595mm， 天线工作在 27.8 33.5GHz。当第三辐 射单元 43 与第二辐射单元 44 之间 PIN 管 12 连通， 二阶滤波单元 47 上 PIN 管连通， 一阶滤 波单元 46 和三阶滤波单元 48 上 PIN 管 12 断开时， 产生 Ku 频带处谐振频率， 第二辐射单元 44 中扇形边长为 1.1mm， 当第三辐射单元 43 的扇形边长固定时， 二阶滤波单元47 的矩形金 属贴片的长度为 5.56mm， 宽度为 0.3mm， 天线工作在 13.1 15.8GH。
44、z。所有辐射单元上的 PIN 管 12 均处于连通状态， 三阶滤波单元 48 上 PIN 管 12 连通， 一阶滤波单元 46 和二阶滤 波单元 47 上 PIN 管 12 断开时， 第三辐射单元 43 和第二辐射单元 44 扇形边长分别固定时， 第一辐射单元 45 中扇形边长为 3.44mm， 三阶滤波单元 48 的矩形金属片的长度为 2.77mm， 宽度为 0.3mm， 天线工作在 9.16 10.67GHz。 0041 图 5 为本发明的 X、 Ku、 Ka 频带仿真反射系数特性曲线示意图， 本发明的 X、 Ku、 Ka 频带仿真反射系数特性曲线图可以看出， 本发明天线具有在 X、 Ku。
45、 和 Ka 三个频带内可调工 作特性。 0042 图 6 为本发明在中心频率 9.55GHz 的处方向图的仿真结果示意图。本发明的天线 辐射方向图由全波电磁仿真软件 Ansoft HFSS 仿真计算得到， 本发明的天线辐射方向图采 用极坐标辐射方向图表示， 辐射方向图中左侧纵坐标代表天线远区辐射增益值， 从本发明 在 9.55GHz 处的辐射方向图中可以看出， 本发明天线的最大辐射方向位于水平方向， 在水 平方向上呈现端向辐射向性。 0043 图 7 为本发明在中心频率 14GHz 的处方向图的仿真结果示意图， 本发明的天线辐 射方向图由全波电磁仿真软件 Ansoft HFSS 仿真计算得到，。
46、 本发明的天线辐射方向图采用 极坐标辐射方向图表示， 辐射方向图 7 中左侧纵坐标代表天线远区辐射增益值， 从本发明 在 14GHz 处的辐射方向图可以看出， 本发明天线的最大辐射方向位于水平方向， 在水平方 向上呈现端向辐射向性。 0044 图 8 为本发明在中心频率 33GHz 的处方向图的仿真结果示意图， 本发明的天线辐 射方向图由全波电磁仿真软件 Ansoft HFSS 仿真计算得到， 本发明的天线辐射方向图采用 极坐标辐射方向图表示， 辐射方向图中左侧纵坐标代表天线远区辐射增益值， 从本发明在 33GHz 处的辐射方向图可以看出， 本发明天线的最大辐射方向位于水平方向， 在水平方向上。
47、 呈现端向辐射向性。 0045 图 9 为本发明与一般可重构天线通断比特性图， 从本发明与一般可重构天线通断 比特性图可以看出， 本发明相比一般可重构天线具有高通断比的优点。 说 明 书 CN 104201466 A 9 1/6 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 10 2/6 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 11 3/6 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 12 4/6 页 13 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 13 5/6 页 14 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 14 6/6 页 15 图 9 说 明 书 附 图 CN 104201466 A 15 。