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寄生切角极化可重构微带贴片天线

作者:时间:2014-07-10来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/259370.htm

1 引言

以其低轮廓、重量轻、低成本和易于电路集成等优点,被广泛应用于各种无线通信系统。而且,线通过引入附加的微扰单元很容易产生圆辐射。最近可切换的极化可重构引起了极大的关注。这类天线在无线通信系统多系统工作、频率复用和克服信号多径衰落等方面非常有效。其中,多数设计都是在辐射贴片和附加微扰单元之间直接加入PIN开关二极管或场效应管等开关器件,通过开关器件来改变主辐射贴片和微扰单元的电连接特性,从而使天线具有不同的极化工作特性。

本文提出了一种新的极化可重构微带贴片天线设计方案。该设计采用微扰法实现天线的圆极化辐射特性,天线不仅能够以左旋(LHCP)或右旋(RHCP)两种不同的圆极化方式工作,而且其极化工作方式也能在圆极化(CP)和线极化(LP)之间相互切换。此外,该极化可重构微带贴片天线由于其自身特点和结构,省去了多数极化中用到的防止直流信号进入射频通路的隔直电容。

2 天线结构

本文提出的微带贴片极化,通过引入作为微扰单元实现圆极化,具体结构如图1所示。该天线4个结构完全相同,切角与主辐射贴片的间隙很小。这些切角通过PIN开关二极管与接地过孔和地板相连。开关处于截止状态时,寄生切角等效为并联电容,呈现容性;而当开关导通时,寄生切角等效为电感,呈现感性。

通过适当设计寄生切角的位置、大小和切角与主辐射贴片的缝隙间距,能够在天线中激励起两个幅度相等、相位相差±90°的正交工作,从而实现圆极化辐射特性。改变PIN开关二极管的开关状态,可以使得这两个工作模式的相位在+90°和-90°之间切换,从而使天线极化方式能够在左旋圆极化(LHCP)、右旋圆极化(RHCP)之间切换。

由于天线采用寄生切角的方式来产生圆极化辐射,切角与主辐射贴片之间的缝隙起到了直流馈电网络RF与直流隔离作用,因此省去了多数设计中用到的隔直电容。

为了向PIN开关二极管提供直流偏置电压,从4个寄生切角引出4条直流偏置引线。为减小直流引线对天线的影响,在引线离寄生切角1/4工作波长处通过大电容C1C2C3C4接地,如图1所示。对天线工作频率来说,在引线的1/4工作波长处近似短路,经过1/4波长阻抗变换,引线在与寄生切角相接的位置近似开路,从而能够近似忽略引线的影响。此外,天线采用微带侧馈方式馈电,并通过阻抗变换线,实现阻抗匹配。


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