摘 要： 研究了一種基于對稱結構的新型頻率可重構微帶貼片天線,。通過在貼片上對稱開槽加載PIN開關二極管,，實現(xiàn)了良好的頻率可重構特性。利用仿真軟件HFSS13.0對天線進行仿真驗證,，仿真結果表明,，天線可以很好地工作在DSC-1800、PCS-1900,、UMTS 3個頻段,，且方向圖幾乎保持不變。此類的可重構天線非常適合于無線通信領域的應用,。
關鍵詞： 頻率可重構,；微帶貼片天線,；PIN二極管
0 引言
21世紀是一個信息時代，隨著科學技術的飛速發(fā)展,，以無線傳輸方式傳遞信息已成為時代的主題?，F(xiàn)代移動通信、衛(wèi)星通信在人們生活中起著不可替代的作用,，天線作為無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射能量的終端及接收能量的初始端,，它對整個系統(tǒng)起到承上啟下的作用，因此對其性能有很高的要求[1-2],。
頻率可重構天線通過加載一個或者多個可控制器件改變天線的結構,，使天線的工作頻段在一定范圍內重構，而其他參數(shù)基本保持不變,，同時,，使天線具有多頻帶、超寬帶的性能,，還能夠有效避免自身和外界帶來的電磁干擾,，適應新的環(huán)境，確保通信的總體穩(wěn)定性[3-4],。近年來,，國內外對各種形式的頻率可重構天線進行了不少研究[5-7]。
本文設計了一種平面貼片天線,，使用二極管來控制電源的通斷,，實現(xiàn)天線在3個頻段的重構。這款天線使用了共面波導的饋電方式,，這種饋電方式使得這款天線有了更大的帶寬,、更好的阻抗匹配以及更低的輻射損耗等優(yōu)點。
1 頻率可重構天線的設計
圖1為頻率可重構天線的設計結構,，該天線是印制在介質基板大小為60 mm×60 mm×1.6 mm的FR4板材上的,，其相對介電常數(shù)為4.6，損耗角正切值為0.02,。CPW饋線以及地板金屬均是印刷在天線的上表面上,，其中共面波導饋線的寬度為1 mm，饋線與地板的縫寬為1.3 mm,，大圓的半徑為15.2 mm,，小圓的半徑為14.1 mm，其余的參數(shù)為L0=6.93 mm,，L1=3.2 mm,，L2=1.5 mm。此次的天線設計中使用的PIN二極管是Philips Semiconductors公司生產的BAP51-02,，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中給出的結論,，二極管在導通狀態(tài)下,，等效為1.5 Ω的電阻；二極管在斷開狀態(tài)下,，等效為0.2 pF的電容與10 kΩ的電阻組成的并聯(lián)電路,。
2 頻率可重構天線的仿真結果
天線的仿真結果由3D電磁仿真軟件Ansoft HFSS13.0計算得出，天線仿真的回波損耗如圖2所示,，仿真結果的匯總如表1所示,。
在仿真過程中發(fā)現(xiàn)，天線表面的電流主要分布在槽的兩端,，因此改變其長度,，天線的諧振點就會發(fā)生偏移。當天線上加載的二極管處于不同的狀態(tài)時,，天線上槽的長度也就不斷變化，所以通過調整開關的通斷狀態(tài)就可以改變天線的諧振點位置,。當所有二極管處于斷開狀態(tài)時,，槽的長度最長，這時的工作頻率也就最低,；當二極管逐漸導通時,，開關直接與地板相連，槽的長度被減短,，諧振點逐漸向高頻方向移動,。
當二極管導通時只能等效為1.5 Ω的電阻；在斷開狀態(tài)下,，等效為0.2 pF的電容與10 kΩ的電阻組成的并聯(lián)電路,。斷開時引入到天線中的等效電路對電流分布的影響比較大，1.5 Ω電阻的影響就會比較小,，所以在模式3的條件下將D3,、D2全部導通。對于其他的工作模式,，基于相同的原因,，都選擇了將其導通。
由表1可以看出,，模式1的頻率范圍覆蓋了DSC-1800（Digital Cellular System,，1 710 MHz~1 880 MHz），模式2的頻率范圍覆蓋了PCS-1900（Personal Communications Service,，1 880 MHz~1 900 MHz）,，模式3和模式4的工作頻帶覆蓋了UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，1 920 MHz~2 170 MHz）,，帶寬很好地覆蓋了所需的目標頻段,，而且工作頻段的匹配非常好,。
圖3顯示了3個工作頻段的天線輻射方向圖。該頻率可重構天線在3個不同的工作頻率下的結構與表面電流分布都非常相似,，因此方向圖在3個頻段幾乎保持不變,，天線在模式1的諧振點1.794 GHz處的最大增益為1.329 dBi，在模式2的諧振點1.869 GHz處的最大增益為1.177 dBi,，在模式3的諧振點1.956 GHz處的最大增益為1.447 dBi,，在模式4的諧振點2.102 GHz處的最大增益為1.396 dBi，非常有利于此類天線應用于無線通信領域,。
3 結論
本文設計了一種平面貼片天線,，有3個頻段的工作模式，每個模式都有較大的帶寬和良好的端口匹配,。因為天線在不同的工作模式下結構都很相似,，所以方向圖保持穩(wěn)定，每個都十分相似,。這款天線是使用二極管來控制電流的通斷,，二極管較高的功率容限以及較低的價格為這款天線降低了成本。
參考文獻
[1] STUTZMAN W L,， THIELE G A.天線理論與設計（第2版）[M].朱守正,，安同一，譯.北京：人民郵電出版社,，2006.
[2] 丁革媛,，高寶芹，孫強,，等.無線通信技術的發(fā)展研究[J].微型機與應用,，2014，33（10）：1-3,，6.
[3] 劉君英．可重構微帶天線研究[D].合肥：中國科學技術大學,，2008．
[4] 田雨波，譚冠南.可重構天線研究綜述[J].江蘇科技大學學報（自然科學版）,，2012,，26（3）：271-277.
[5] GUPTA C， MAHESHWARI D,， SARASWAT R K,， et al. A UWB frequency-band reconfigurable antenna using switchable slotted ground structure[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2014,，13：20-24.
[6] HUANG C T,， HAN T Y. Reconfigurable monopolar patch antenna[J]. Electronics Letter， 2010，46（3）：199-200.
[7] HANT Y,， SIM C Y. Reconfigurable monopolar circular patch antenna for wireless communication systems[J]. Journal of Electromagnetic Waves and Applications,， 2008，22（5-6）：635-642.
[8] 張杰,，熊俊,，馬東堂，等.多波束衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的物理層安全傳輸算法[J].電子技術應用,，2014,，40（11）：116-119.