【摘 要】
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随着第五代移动通信技术逐步迈入商用进程,人们对相应的通信设备提出了更高性能要求和更多功能需求。对于一个移动终端产品来说,它往往需要兼容5G在内的多种功能,这就带来了一个问题,即如何在一个狭小空间内安置大量的适用于不同通信频段和标准的通信部件。滤波天线作为通信系统重要一环,同样面临不同通信频段和标准兼容问题,针对此问题,可重构滤波天线应运而生。已有研究中,可重构滤波天线主要在以下几个维度上重构:方向
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随着第五代移动通信技术逐步迈入商用进程,人们对相应的通信设备提出了更高性能要求和更多功能需求。对于一个移动终端产品来说,它往往需要兼容5G在内的多种功能,这就带来了一个问题,即如何在一个狭小空间内安置大量的适用于不同通信频段和标准的通信部件。滤波天线作为通信系统重要一环,同样面临不同通信频段和标准兼容问题,针对此问题,可重构滤波天线应运而生。已有研究中,可重构滤波天线主要在以下几个维度上重构:方向图重构、频率重构、极化重构、带宽重构等。当前,对可重构滤波天线的研究工作主要集中于频率可重构方面,占了所有研究的百分之七十以上,辐射方向图和极化特性重构滤波天线相对较少,而两种特性及以上皆可重构的滤波天线研究更少。因此,本文对可重构滤波天线开展研究,具体研究内容分为以下三个部分:（1）提出了一款低剖面的方向图可重构滤波天线,该天线由一个一分四微带功分器、一对四分之一波长短路滤波枝节,以及四个半模缝隙天线组成。滤波效果由电耦合的滤波枝节实现,通过控制功分器四个臂上的PIN二极管通断实现滤波天线方向图重构。整个天线具有低剖面、结构紧凑的特点。实测结果表明,该天线工作频段为1.90GHz-2.28GHz,覆盖5G的n84频段和n34频段,最大增益3.52d Bi,能够实现水平面内四个方向的重构扫描,该方向图可重构滤波天线可适用于点对多点通信的场合,通过方向图重构实现中心与不同终端的互通,具有较好的实用价值。（2）提出了一种频率可重构贴片型滤波天线。该天线在基本矩形贴片天线的基础上,采用枝节耦合馈电方式增加带宽,并通过增加两对沿着模式电流方向的半开口缝隙引入两个增益零点,使天线具备滤波效果。该天线通过加载变容二极管实现频率重构的效果,且变容二极管末端加载的感性金属柱在一定程度上拓宽了带宽。通过仿真、测试完成了该天线设计,仿真得到的频率调谐范围为2.12GHz-2.67GHz,测试得到的调谐范围为2.11GHz-2.61GHz;当变容管设为0.5p F时,仿真Realized Gain峰值为3.89d Bi,测试Realized Gain峰值为4.32d Bi。当变容管的偏置电压发生改变时,不同频率状态下滤波天线的峰值增益略有不同,最大的Realized Gain峰值为5.26d Bi。频率调谐范围覆盖了5G应用中的n30、n34、n40频段,应用性较强。（3）提出了一款频率、方向图皆可重构的单极子滤波天线。通过在馈电枝节处引入滤波缺陷地结构获得低频处的增益零点,通过在单极子辐射主体上挖去一个U型缝隙以引入高频处的增益零点,从而使得该天线获得滤波性能。同时,将矩形单极子的辐射主体切开,并通过变容二极管连接。调控变容二极管两端偏置电压,调整单极子天线辐射主体的电等效长度,从而实现滤波天线的频率重构功能。实测该滤波天线频率调谐范围为2.2GHz-2.75GHz,测试结果和仿真结果整体上吻合,证明了设计方法的正确性。在此基础上,引入一对倒L形金属反射枝节,并通过PIN二极管控制其与地之间的通断,实现方向图重构能力。加载可控反射器对天线本身工作频率影响微弱,从而完成滤波天线方向图和频率混合重构。
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