改變寄生貼片狀態(tài) 可重構(gòu)天線顯現(xiàn)不同模式

2014-03-12 16:02 來源:電子信息網(wǎng) 作者:鈴鐺

可重構(gòu)天線一直是目前天線研究的熱門領(lǐng)域。可重構(gòu)天線尤其是運(yùn)用到無線通信領(lǐng)域當(dāng)中時(shí),可以改變波束方向、精準(zhǔn)定位通信用戶或是提高信號質(zhì)量減少干擾源,其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。我們在文章中會(huì)介紹到一種微帶貼片天線,其體積小,重量輕,剖面低,可以與載體共形,且制造簡單成本低。將微帶貼片與八木天線相結(jié)合,就可以構(gòu)成微帶矩形貼片八木天線和微帶振子天線。

當(dāng)然,我們希望追求的一種效果是:能夠運(yùn)用槽結(jié)構(gòu)更簡單、開關(guān)數(shù)量更少來形成可重構(gòu)天線。天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示,三角形貼片的可重構(gòu)八木天線的陣元由三個(gè)三角形貼片順向放置在同一條直線上構(gòu)成。中間稍大一些的三角形貼片作為激勵(lì)元,通過同軸探針饋電,兩個(gè)相同但尺寸較小的三角形貼片分別放置在兩側(cè),作為寄生元。在兩個(gè)寄生元貼片上的相同位置都蝕刻了一個(gè)矩形縫隙,并在矩形縫隙的中間安裝了一個(gè)開關(guān)??梢酝ㄟ^改變開關(guān)的狀態(tài)來改變寄生貼片上表面電流的分布,最終實(shí)現(xiàn)天線輻射方向圖的重構(gòu)。天線的介質(zhì)基片的尺寸為34×17mm,介質(zhì)板的厚度取0.76mm,相對介電常數(shù)為2.94。三角形貼片的邊長分別為10mm和8mm,寄生貼片上所蝕刻的矩形縫隙的尺寸為5.0×0.4mm,開關(guān)的尺寸為0.4×0.4mm,矩形縫隙與三角形頂點(diǎn)之間的距離b=4.9647mm。在三角形的寄生貼片上蝕刻一個(gè)矩形槽縫,可以起到切割貼片上的表面電流,進(jìn)而改變貼片的表面電容和電感,使寄生貼片在輻射過程中起到不同的作用。經(jīng)HFSS仿真表明,在這個(gè)天線中,當(dāng)寄生貼片上的開關(guān)斷開時(shí),寄生貼片作為引向器,可以令天線的波束輻射方向朝寄生貼片所在的方向偏轉(zhuǎn),我們稱此時(shí)寄生貼片的狀態(tài)為D;當(dāng)寄生貼片上的開關(guān)閉合時(shí),寄生貼片對于天線的輻射波束方向幾乎沒有影響,我們稱此時(shí)寄生貼片的狀態(tài)為N,所以此天線至少有著三種模式,模式DN,ND和NN。模式DN就是指左邊寄生貼片上的開關(guān)斷開,作為引向器,而右邊寄生貼片上的開關(guān)閉合,天線的方向圖向左邊(Y軸負(fù)向)偏轉(zhuǎn);模式ND與模式DN相反,指右邊寄生貼片上的開關(guān)斷開,作為引向器,而左邊寄生貼片上的開關(guān)閉合,天線的方向圖向右邊(Y軸正向)偏轉(zhuǎn);模式NN是指左右兩邊的寄生貼片上的開關(guān)都閉合,此時(shí)天線的波束方向是向貼片正上方輻射的。

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(a)天線的整體結(jié)構(gòu)

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(b)天線寄生元的具體結(jié)構(gòu)

圖1 天線的結(jié)構(gòu)圖

下面我們來看一下剛剛完成的仿真結(jié)果,我們可以看清其中的詳細(xì)過程,圖2是在這三種模式下的|S11|參數(shù)曲線。通過圖2可以發(fā)現(xiàn),在這三種模式下天線的諧振頻率都在10.9GHz附近。當(dāng)|S11|小于-10dB時(shí),三種模式的公共頻帶從10.74GHz到11.0GHz,相對帶寬約為2.4%。在使用HFSS軟件進(jìn)行仿真模擬時(shí),為了仿真方便,并沒有采用真實(shí)的開關(guān)模型,而是使用了理想的金屬貼片來代替開關(guān),在矩形縫隙中間增加金屬貼片表示開關(guān)閉合,沒有金屬貼片則表示開關(guān)斷開。

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可重構(gòu)天線

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