一种有源无源混合集成天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115986397A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211548871.8(22)申请日2022.12.05(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人吴琦杨怡杰(51)Int.Cl.H01Q1/50(2006.01)H01Q5/50(2015.01)H01Q23/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种有源无源混合集成天线(57)摘要本发明公开了一种有源无源混合集成天线，由低频有源天线、高频无源天线和开关控制电路组成，所述低频有源天线包含平面天线和多级运算放大电路；所述高频无源天线为平面天线；所述平面天线具有特殊的馈电结构；所述开关控制电路包含控制多输入‑单输出的开关芯片和保护电路。最终实现了低频有源天线和高频无源天线的有效结合从而形成工作频带从几kHz到几GHz的天线系统。所述天线所有元件集成于印刷电路板上。CN115986397ACN115986397A权利要求书1/1页1.一种有源无源混合集成天线，其特征在于，由低频有源天线、高频无源天线和开关控制电路组成，所述低频有源天线包含平面天线和多级运算放大电路；所述高频无源天线为平面天线；所述平面天线具有特殊的馈电结构；所述开关控制电路包含控制多输入‑单输出的开关芯片和保护电路。最终实现了低频有源天线和高频无源天线的有效结合从而形成工作频带从几kHz到几GHz的天线系统。所述天线所有元件集成于印刷电路板上。2.根据权利要求1所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述低频有源天线包含的无源平面天线，保持了低剖面的特点，辐射振子可采取不同形式，如扇形、圆形、领结形式、圆弧多边形等，能实现较宽的工作频带和较为平稳的阻抗曲线；馈线采用锥形，可用于阻抗变换。3.根据权利要求1所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述低频有源天线包含的多级运算放大电路，根据带宽和增益的综合需求，择优构建二级、三级、四级乃至更多级的放大电路，每一级电路都以运算放大器为核心实现不同的功能。4.根据权利要求1所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述高频无源天线的辐射振子可采取不同形式，旨在实现良好的宽带特性和辐射特性。5.根据权利要求1所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述馈电结构由微带线、阻抗变换器和三叉戟形结构组成。阻抗变换器采用线性锥形结构，实现了不同特性阻抗微带线的宽带转换。6.根据权利要求1所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述开关芯片能将多个天线结合成一个完整的系统，实现多输入‑单输出的切换功能，并且开关控制电路保证开关芯片极大的频率范围内稳定地控制天线信号输出。7.根据权利要求1‑6任一项所述的一种有源无源混合集成天线，其特征在于，所述有源天线、无源天线和开关控制电路都集成在印刷电路板上，由厚度为0.2～0.8mm的铜材料印刷制成；所述介质板的介电常数ε的范围为1～100。2CN115986397A说明书1/3页一种有源无源混合集成天线技术领域[0001]本发明属于微波器件领域，具体涉及一种有源无源混合集成天线。背景技术[0002]无线通信系统对天线的小型化和宽带化有严格的要求。通常，低频天线由于受电气尺寸的限制，较难达到紧凑的尺寸。此外，高频天线体积小，但也难以同时覆盖较低频率范围。原则上，福斯特电抗定理解释了电小天线的窄带特性，Bode‑Fano判据验证了无源天线仅在某些频率点上可以实现无反射匹配。实现全频段无反射匹配是非常困难的。此外，利用Bode‑Fano判据定量建立了反射系数与频带之间的有界关系。因此，设计一种覆盖从几kHz到几GHz的非常宽的频率范围的小型化天线是一项具有挑战性的任务。这种天线对于频率监测等应用非常有用。[0003]无源和有源元素集成在一起可以带来一些优点，如体积小、带宽宽和能够实现多种功能。传统的双端口放大器和带正反馈的单端口放大器被广泛应用于有源天线的设计中。这样的设计可以提高低频增益，但获得的带宽仍然受到天线尺寸的限制。[0004]考虑采用一种被动和主动的混合设计以解决这一困难。有源天线结合一款无源天线和有源放大电路，以扩大天线在MHz甚至kHz附近的工作频带。另外设计一款无源天线主要覆盖GHz左右的频率范围。开关连接主动和被动例程，以选择一个指定的例程接收电磁信号。所有这些元件都集成在一个印刷电路板上。发明内容[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，突破天线系统尺寸‑带宽的约束困局，提供一种有源无源混合集成天线，使用运算放大电路结合平面天线实现天线保持较小物理尺寸的同时能在低频范围工作；使用另一些平面天线在高频范围工作，并保持内较宽的工作频带；使用一个