方向圖可重構微帶天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開的方向圖可重構微帶天線，包括襯底，襯底上設置有一個阻抗變換器、一個主輻射單元、至少兩個副輻射單元以及與副輻射單元的數量相同個微電子機械系統MEMS開關。本發明方向圖可重構微帶天線，通過MEMS開關控制對應的副輻射單元是否接入，MEMS開關導通時，對應的副輻射單元不與主輻射單元連通；MEMS開關斷開時，對應的副輻射單元與主輻射單元連通，使得輻射角方向偏向MEMS開關斷開的副輻射單元。相比于現有技術，本發明所設計的天線體積小、質量輕、成本低，適用于微波波段。
【專利說明】
方向圖可重構微帶天線
技術領域
[0001]本發明涉及微帶天線技術領域，具體涉及一種方向圖可重構微帶天線。
【背景技術】
[0002]如圖1所示，微帶天線，指的是在一個薄介質基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法制成一定形狀的金屬貼片，利用微帶線對貼片饋電構成的天線。
[0003]現有技術中，有時需要實現微帶天線的方向圖重構，常用的實現的方法為:采用陣列形式實現，也就是采用多個微帶天線，構成天線陣列來實現。這種方法存在的技術問題是:陣列體積較大，難以適應一些對靈活機動性要求高的應用場合的需求。
【發明內容】
[0004]本發明實施例的目的是提供一種方向圖可重構微帶天線，解決了現有技術存在的陣列體積較大，難以適應對靈活機動性要求高的需求的問題。
[0005]為達到上述目的，本發明實施例公開了:方向圖可重構微帶天線，包括襯底，襯底上設置有一個阻抗變換器、一個主輻射單元、至少兩個副輻射單元以及與副輻射單元的數量相同個微電子機械系統MEMS開關；
[0006]所述主輻射單元通過微帶饋線連接設置在襯底邊緣的阻抗變換器；
[0007]所述的主輻射單元通過所述各個MEMS開關與各個副輻射單元相連接；
[0008]所述的副輻射單元設置在主輻射單元相對于所述阻抗變換器的另一側；
[0009]所述MEMS開關導通時，對應的副福射單元不與主福射單元連通;所述MEMS開關斷開時，對應的副輻射單元與主輻射單元連通，使得輻射角方向偏向MEMS開關斷開的副輻射單元。
[0010]優選的，所述的各個副輻射單元的形狀和大小均相同；當所述副輻射單元的數量為三個或三個以上時，各個副輻射單元在襯底上等間距分布。
[0011]優選的，所述的襯底上還設置有與副輻射單元對應的寄生單元。
[0012]優選的，所述的副輻射單元和MEMS開關的數量為兩個；
[0013]所述的主輻射單元為形狀左右對稱的主輻射貼片；
[0014]所述兩個副輻射單元為分別設置在主輻射貼片左右兩側的第一副貼片和第二副貼片；
[0015]所述主輻射貼片的左右兩端各設置有一個凸出部;所述第一副貼片和第二副貼片與主輻射貼片的連接端對應也設置有一個凸出部；
[0016]所述主輻射貼片的左右兩端分別通過一個MEMS開關與第一副貼片和第二副貼片相連；
[0017]所述主輻射貼片的左右兩端與所述第一副貼片和第二副貼片連接的位置分別設置有扇形接地端。
[0018]優選的，所述的MEMS開關，包括連接主輻射單元與副輻射單元的信號線，信號線表面覆蓋有介質層，垂直于信號線在信號線上方水平設置有可下拉的開關梁，所述的介質層面積大于或等于開關梁下拉時和信號線接觸的面積，開關梁的一端連接扇形接地端，開關梁的另一端連接高阻線，高阻線的另一端連接直流偏壓極板，由直流偏壓極板是否提供電源控制MEMS開關的斷開和導通。
[0019]優選的，所述的開關梁材料選用金，介質層材料選用和金絕緣的材料。
[0020]優選的，所述的介質層材料選用氮化硅、氮化鋁或二氧化硅中的一種。
[0021]優選的，所述的高阻線外包覆有高阻線保護層。
[0022]優選的，所述的高阻線保護層材料選用氮化硅。
[0023]由上述的技術方案可見，本發明實施例，通過MEMS開關控制對應的副輻射單元是否接入，MEMS開關導通時，對應的副福射單元不與主福射單元連通;MEMS開關斷開時，對應的副輻射單元與主輻射單元連通，使得輻射角方向偏向MEMS開關斷開的副輻射單元。相比于現有技術，本發明所設計的天線體積小、質量輕、成本低，適用于微波波段。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是【背景技術】中微帶天線的結構示意圖；
[0026]圖2是本發明方向圖可重構微帶天線一種實施例的結構示意圖；
[0027]圖3是本發明方向圖可重構微帶天線第二種實施例的結構示意圖；
[0028]圖4是本發明方向圖可重構微帶天線第三種實施例的結構示意圖；
[0029]圖5是本發明采用的MEMS開關一種實施例的俯視圖；
[0030]圖6是圖5中開關梁的結構不意圖；
[0031]圖7是圖5中開關梁的下拉狀態不意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0033]本發明方向圖可重構微帶天線的一種實施例的結構，如圖2所示，包括襯底101，襯底101采用硅基109，硅基109的背面涂覆金屬層作為接地板110。襯底101提供微帶天線結構的介質，實現支撐和固定天線結構的作用。
[0034]襯底101上設置有主輻射單元104，主輻射單元104為天線的主要輻射單元，與襯底101背面的接地板110構成微帶天線結構，實現信號的輻射。
[0035]主輻射單元104的外側等間距設置有若干個副輻射單元105，副輻射單元105為主輻射單元104的擴展。
[0036]主福射單元104與副福射單元105通過MEMS開關107中的連接線108連接，主福射單元104通過微帶饋線103連接阻抗變換器102，天線發射和接收的射頻信號分別由微帶饋線103引入和導出到阻抗變換器102。
[0037]本領域技術人員可以理解的是，現有技術中的微帶天線，通常都使用阻抗變換器102來實現天線阻抗匹配。本發明中的阻抗變換器102采用本領域的現有技術即可實現。
[0038]圖2所示天線結構具有以下有益效果:
[0039](I)不需要采用陣列的形式就可以實現方向可重構，通過MEMS開關的通斷控制副輻射單元是否接入，從而調整輻射角方向偏向MEMS開關斷開的副輻射單元。
[0040](2)由于天線尺寸不變，可以適用于任何波段，包括Ka波段(為一種微波波段)。而現有的采用陣列形式的天線，由于天線的尺寸過大，不能適用于Ka波段。
[0041]本發明方向圖可重構微帶天線的第二種實施例的結構，如圖3所示，其包含第一種實施例中的所有結構，此處不再贅述，除此之外，襯底101上還設置有與副輻射單元105對應的若干個寄生單元106。
[0042]圖3所示天線結構與圖2所示天線結構的區別點在于:加載寄生單元106后天線帶寬變窄，以適應不同環境下對天線帶寬的設計要求。
[0043]優選的，本發明方向圖可重構微帶天線的第三種實施例的結構，如圖4所示，襯底201上設置有主福射貼片204，副福射單兀和MEMS開關的數量為兩個，具體為:主福射貼片204的兩側分別設置有第一副貼片205、第二副貼片206，第一副貼片205對應的兩側分別設置有第一寄生貼片207、第三寄生貼片209，第二副貼片206對應的兩側分別設置有第二寄生貼片208、第四寄生貼片210，主輻射貼片204和第一副貼片205之間設置有第一開關211，主輻射貼片204和第二副貼片206之間設置有第二開關212，第一開關211、第二開關212上分別連接有地線213，主輻射貼片204通過微帶饋線203連接阻抗變換器202。
[0044]上述整個天線結構是左右對稱的，主輻射貼片204、第一副貼片205、第二副貼片206、第一寄生貼片207、第三寄生貼片209、第二寄生貼片208、第四寄生貼片210都是矩形，主輻射貼片204與第一副貼片205、第二副貼片206之間的連接由寬到窄形成凸出部，窄處上設有MEMS開關。
[0045]本領域技術人員可以理解的是，主輻射貼片、副貼片、寄生貼片的形狀不限制為矩形，根據具體的情況可以選擇貼片的形狀。
[0046]如圖5所示，第一開關211、第二開關212的結構，包括設置在襯底201上用于連接主輻射貼片204與第一副貼片205、第二副貼片206的信號線217，信號線217表面覆蓋有介質層215，信號線217上方設置有開關梁214，開關梁214作為開關結構的上極板，與信號線217及信號線上方的介質層215共同組成電容結構，通過上、下態的控制，實現射頻信號的通過和截止;介質層215覆蓋于信號線217上方，其位置在信號線217和其上方開關梁214重疊的區域，當開關梁214下拉處于下態時，介質層215作為介質，使下拉的開關梁214和其下方的信號線217組成電容結構；信號線217作為主輻射帖片204和第一副貼片205和第二副貼片206之間的連接線，同時作為開關結構的下極板，提供直流偏置電壓參考位；
[0047]開關梁214的一端連接扇形接地端216，開關梁214的另一端連接高阻線218，高阻線218的另一端連接直流偏壓極板220，實現開關梁214上直流電壓的引入，同時高阻線218起到防止開關梁214上的射頻信號泄露至直流控制端的作用；
[0048]直流偏壓極板220與外部直流驅動電源相連接，實現開關控制電壓的接入，高阻線218外包覆有高阻線保護層219。
[0049]優選的，介質層215材料選用氮化硅、氮化鋁或二氧化硅中的一種；
[0050]優選的，高阻線保護層219采用氮化硅介質，起到絕緣和保護高阻線的作用；
[0051]優選的，開關梁214材質為金，有彈性，厚度為I微米左右，在靜電力作用下可以下拉，開關梁214與介質層215之間的距離為2微米左右，該距離為能實現開關梁214在靜電力作用下下拉的最佳距離。斷電之后，開關梁214自動回彈。
[0052]應該說明的是，選用扇形接地端216是為了方便連接和實現小型化，選用其他形狀也可以，只要保證接地端的電長度為四分之一波長即可。
[0053]如圖6、圖7所示，使用本發明第三種實施例方向圖可重構微帶天線進行方向調整的方法，包括以下步驟:
[0054]天線貼片為直流參考地，當天線的第一開關211上的直流偏壓極板220無外加直流電壓，同時第二開關212上的直流偏壓極板220外加直流高電壓，第一開關211的啞鈴形信號線217與開關梁214之間無電壓差，開關梁214處于上態，射頻信號可以通過第一開關211的信號線217從主輻射貼片204接入第一副貼片205，而第二開關212由于施加直流電壓，開關梁214在靜電力的作用下下拉，射頻信號被截斷，無法進入第二副貼片206，此時，開關實現主輻射貼片204和第一副貼片205的共同工作，從而實現天線輻射方向向第一副貼片205方向偏移；
[0055]與上述步驟對應，當天線的第一開關211上的直流偏壓極板220外加直流高電壓，同時第二開關212上的直流偏壓極板220無外加直流電壓，開關實現主輻射貼片204和第二副貼片206的共同工作，從而實現天線輻射方向向第二副貼片206方向偏移。
[0056]本發明實施例通過第一開關211和第二開關212的通斷調整副貼片的接入結構，進而實現天線輻射角的重構。當第一開關211處于零電壓狀態，處于上態，第二開關212處于高電壓狀態，處于下態時，射頻信號通過第一開關211傳輸到第一副貼片205，此時天線的最大輻射角方向被調整向第一副貼片205—側。當第一開關211處于高電壓狀態，處于下態，第二開關212處于零電壓狀態，處于上態時，射頻信號通過第二開關212傳輸到第二副貼片206，此時天線的最大輻射角方向被調整向第二副貼片206—側。
[0057]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0058]本說明書中的各個實施例均采用相關的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
[0059]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.方向圖可重構微帶天線，其特征在于，包括襯底，襯底上設置有一個阻抗變換器、一個主輻射單元、至少兩個副輻射單元以及與副輻射單元的數量相同個微電子機械系統MEMS開關； 所述主輻射單元通過微帶饋線連接設置在襯底邊緣的阻抗變換器； 所述的主福射單元通過所述各個MEMS開關與各個副福射單元相連接； 所述的副輻射單元設置在主輻射單元相對于所述阻抗變換器的另一側； 所述MEMS開關導通時，對應的副福射單元不與主福射單元連通;所述MEMS開關斷開時，對應的副福射單元與主福射單元連通，使得福射角方向偏向MEMS開關斷開的副福射單元。2.根據權利要求1所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的各個副輻射單元的形狀和大小均相同；當所述副輻射單元的數量為三個或三個以上時，各個副輻射單元在襯底上等間距分布。3.根據權利要求1所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的襯底上還設置有與副福射單元對應的寄生單元。4.根據權利要求1所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述副輻射單元和MEMS開關的數量為兩個； 所述的主輻射單元為形狀左右對稱的主輻射貼片； 所述兩個副輻射單元為分別設置在主輻射貼片左右兩側的第一副貼片和第二副貼片； 所述主輻射貼片的左右兩端各設置有一個凸出部;所述第一副貼片和第二副貼片與主輻射貼片的連接端對應也設置有一個凸出部； 所述主輻射貼片的左右兩端分別通過一個MEMS開關與第一副貼片和第二副貼片相連； 所述主輻射貼片的左右兩端與所述第一副貼片和第二副貼片連接的位置分別設置有扇形接地端。5.根據權利要求4所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的MEMS開關，包括連接主輻射單元與副輻射單元的信號線，信號線表面覆蓋有介質層，垂直于信號線在信號線上方水平設置有可下拉的開關梁，所述的介質層面積大于或等于開關梁下拉時和信號線接觸的面積，開關梁的一端連接扇形接地端，開關梁的另一端連接高阻線，高阻線的另一端連接直流偏壓極板，由直流偏壓極板是否提供電源控制MEMS開關的斷開和導通。6.根據權利要求5所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的開關梁材料選用金，介質層材料選用和金絕緣的材料。7.根據權利要求6所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的介質層材料選用氮化硅、氮化鋁或二氧化硅中的一種。8.根據權利要求5所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的高阻線外包覆有高阻線保護層。9.根據權利要求8所述的方向圖可重構微帶天線，其特征在于，所述的高阻線保護層材料選用氮化娃。
【文檔編號】H01Q3/24GK106067601SQ201610341922
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月20日 公開號201610341922.8, CN 106067601 A, CN 106067601A, CN 201610341922, CN-A-106067601, CN106067601 A, CN106067601A, CN201610341922, CN201610341922.8
【發明人】鄧中亮, 郭旭兵, 魏浩, 甘俊
【申請人】北京郵電大學