一种具有独立可调谐特性的贴片天线

本发明涉及贴片天线，尤其是涉及一种具有独立可调谐特性的贴片天线。背景技术：1、在现代通信领域，无线通信已经成为日常生活中不可或缺的一部分。无论是移动通信、卫星通信、无线传感器网络还是无人机通信，所有这些应用都依赖于天线作为信号的传输和接收介质。为了实现可靠的通信链接，天线通常需要工作在谐振点附近。谐振点所处频率称为谐振频率。当天线处于谐振频率附近时，天线对于预定频段内的信号具有较高的敏感度和响应性。工作在谐振点附近的天线能够提供更强的信号接收和较低的信号损耗。随着无线通信技术的不断发展，人们对于更高速、更可靠的无线连接的需求也在不断增加。而传统固定谐振点的天线设计无法有效地适应不同频率范围的需求，因此需要谐振点可调天线来解决这一问题。2、谐振点可调天线的出现带来了许多优势。首先，它们提供了更大的灵活性和适应性，能够在不同频段内独立调节谐振点，以满足多样化的通信需求。其次，谐振点可调天线能够实现精确的阻抗匹配，从而提高能量传输效率和信号质量。另外，它们具有更大的频率范围覆盖能力，能够在多个窄频带或宽频带范围内工作，满足不同频率的无线通信需求。综上所述，谐振点可调天线的灵活调节和精确匹配能力提供了更大的适应性、性能优化和覆盖范围，从而改善整体通信系统的性能。3、文献《a miniaturized frequency reconfigurable antenna with singlebias,dual varactor tuning》中公开了一种双可变电容调谐的小型化天线，该小型化天线使用了两个可变电容器(varactor)实现了两个谐振点，通过改变这两个可变电容器的偏置电压，能够调节两个谐振点的谐振频率。但该小型化天线在结构和参数存在相互关联性，一个谐振点的变化会传递到整个天线结构中，导致其另一个谐振点也会发生改变。由此，该小型化天线难以用于只需要改变单一工作频段的应用场景，应用受到较大的限制。而当前，随着无线通信设备数量的快速增长，频谱资源变得更加有限和拥挤。如何更有效地利用频谱资源，以满足不断增长的通信需求，成为了当前急需解决的问题。技术实现思路1、本发明所要解决的技术问题是提供一种能够独立对单个谐振点进行调谐，从而能够有效地利用频谱资源，满足不断增长的通信需求的具有独立可调谐特性的贴片天线。2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有独立可调谐特性的贴片天线，包括辐射贴片和用于给所述的辐射贴片馈电，使其向自由空间辐射电磁波的馈电结构，所述的辐射贴片包括5个金属贴片结构以及用于实现5个金属贴片结构拼接的4个可变电容，将5个金属贴片结构分别称为第一金属贴片结构、第二金属贴片结构、第三金属贴片结构、第四金属贴片结构和第五金属贴片结构，所述的第一金属贴片结构和所述的第二金属贴片结构用于谐振产生第1个谐振点，所述的第一金属贴片结构、所述的第二金属贴片结构、所述的第四金属贴片结构和所述的第五金属贴片结构用于谐振产生第2个谐振点，所述的第一金属贴片结构、所述的第二金属贴片结构和所述的第三金属贴片结构用于谐振产生第3个谐振点，第1个谐振点的频率大于第2个谐振点的频率，第2个谐振点的频率大于第3个谐振点的频率，将4个可变电容分别称为第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容和第四可变电容，所述的第一可变电容实现所述的第一金属贴片结构和所述的第三金属贴片结构的拼接，所述的第二可变电容实现所述的第二金属贴片结构和所述的第三金属贴片结构的拼接，所述的第三可变电容实现所述的第一金属贴片结构和所述的第四金属贴片结构的拼接，所述的第四可变电容实现所述的第二金属贴片结构和所述的第五金属贴片结构的拼接，所述的第一可变电容和所述的第二可变电容始终位于第1个谐振点和第2个谐振点的弱场区，所述的第三可变电容和所述的第四可变电容的放置方向与第3个谐振点的极化方向正交，所述的第四金属贴片结构和所述的第五金属贴片结构的总长度均为第1个谐振点对应波长的二分之一，在频率位于第3个谐振点对应频率处的外部输入信号激励作用下，所述的第三可变电容和所述的第四可变电容始终位于所述的贴片天线处反射波与入射波相互叠加形成的驻波的波峰位置，通过改变所述的第一可变电容和所述的第二可变电容的容值能够独立调谐第3个谐振点，通过改变所述的第三可变电容和所述的第四可变电容的容值能够独立调谐第2个谐振点。3、所述的一种具有独立可调谐特性的贴片天线还包括第一介质基板、金属地和第二介质基板，所述的第一介质基板和所述的第二介质基板均为矩形结构，将所述的第一介质基板的长度方向作为左右方向，宽度方向作为前后方向，高度方向作为上下方向；所述的第一介质基板位于所述的第二介质基板的上方，所述的辐射贴片设置在所述的第一介质基板的上表面，所述的金属地设置在所述的第一介质基板和所述的第二介质基板之间，以消除所述的馈电结构与所述的辐射贴片之间的耦合，所述的金属地附着在所述的第二介质基板的上表面，且将所述的第二介质基板的上表面完全覆盖住，所述的第一介质基板的下表面与所述的金属地之间存在一段距离，两者之间形成填充有空气的空气层，以减小传播损耗，拓宽所述的贴片天线带宽；所述的第一介质基板上开设有上下贯穿的矩形孔，所述的矩形孔的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，高度方向沿上下方向，所述的矩形孔关于所述的第一介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面左右对称，所述的矩形孔的后端面与所述的第一介质基板的后端面齐平，所述的矩形孔的宽度小于所述的第一介质基板的宽度，所述的矩形孔的长度小于所述的第一介质基板的长度。4、所述的第一金属贴片结构包括第一金属贴片，所述的第一金属贴片附着在所述的第一介质基板的上端面，所述的第一金属贴片为矩形结构，所述的第一金属贴片的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第一金属贴片的前端面位于所述的第一介质基板的前端面所在平面的后侧，所述的第一金属贴片的后端面位于所述的第一介质基板的后端面所在平面的前侧，所述的第一金属贴片的右端面位于所述的第一介质基板的右端面所在平面的左侧，所述的第一金属贴片的左端面位于所述的第一介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面的右侧；所述的第二金属贴片结构包括第二金属贴片，所述的第二金属贴片附着在所述的第一介质基板的上端面，所述的第二金属贴片与所述的第一金属贴片关于所述的第一介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称；所述的第三金属贴片结构包括两个矩形金属贴片，将这两个矩形金属贴片分别称为第三金属贴片和第四金属贴片，所述的第三金属贴片和所述的第四金属贴片均附着在所述的第一介质基板的上端面，所述的第三金属贴片位于所述的第四金属贴片的前侧，所述的第三金属贴片的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第四金属贴片的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第三金属贴片的后端与所述的第四金属贴片的前端重合，所述的第三金属贴片的长度大于所述的第四金属贴片的宽度，所述的第三金属贴片和所述的第四金属贴片均相对于所述的第一介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称；所述的第三金属贴片的左端与所述的第二金属贴片的左端位于同一直线，所述的第三金属贴片的右端与所述的第一金属贴片的右端位于同一直线；所述的第三金属贴片的后端位于所述的第一金属贴片和所述的第二金属贴片的前端的前侧，所述的第四金属贴片的后端位于所述的第一金属贴片的后端所在直线的前侧以及前端所在直线的后侧，所述的第四金属贴片的左端位于所述的第二金属贴片的右端的右侧，且两者之间具有一段距离，所述的第四金属贴片的右端位于所述的第一金属贴片的左端的左侧，且两者之间具有一段距离；所述的第一可变电容位于所述的第三金属贴片的后端和所述的第一金属贴片的前端之间，所述的第一可变电容沿前后方向设置，其一端与所述的第三金属贴片连接，另一端与所述的第一金属贴片连接，所述的第二可变电容位于所述的第三金属贴片的后端和所述的第二金属贴片的前端之间，所述的第二可变电容沿前后方向设置，其一端与所述的第三金属贴片连接，另一端与所述的第二金属贴片连接；所述的第四金属贴片结构包括两个矩形金属贴片，将这两个矩形金属贴片分别称为第五金属贴片和第六金属贴片，所述的第五金属贴片的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第六金属贴片的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第五金属贴片位于所述的第一金属贴片的右侧，所述的第六金属贴片位于所述的第五金属贴片的右侧，所述的第五金属贴片的前端位于所述的第一金属贴片的前端所在直线的后侧，所述的第五金属贴片的前端与所述的第六金属贴片的前端位于同一直线，所述的第五金属贴片的右端与所述的第六金属贴片的左端重合，所述的第六金属贴片的后端位于所述的第五金属贴片的后端所在直线的后侧以及所述的第一金属贴片的后端所在直线的前侧；所述的第三可变电容位于所述的第一金属贴片的右端和所述的第五金属贴片的左端之间，所述的第三可变电容沿左右方向设置，其一端与所述的第一金属贴片连接，另一端与所述的第五金属贴片连接；所述的第五金属贴片结构与所述的第四金属贴片结构关于所述的第一介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称；将所述的第五金属贴片结构中与所述的第四金属贴片呈左右对称的部分称为第七金属贴片，与所述的第六金属贴片呈左右对称的部分称为第八金属贴片，所述的第四可变电容位于所述的第二金属贴片的左端和所述的第七金属贴片的右端之间，所述的第四可变电容沿左右方向设置，其一端与所述的第二金属贴片连接，另一端与所述的第七金属贴片连接。5、所述的馈电结构包括馈电线、第一铜柱和第二铜柱，所述的馈电线附着在所述的第二介质基板的下端面，所述的馈电线包括六个金属贴片，将这六个金属贴片分别称为第九金属贴片、第十金属贴片、第十一金属贴片、第十二金属贴片、第十三金属贴片和第十四金属贴片，所述的第九金属贴片、所述的第十金属贴片、所述的第十一金属贴片和所述的第十二金属贴片分别为矩形金属贴片，所述的第十三金属贴片和所述的第十四金属贴片分别为半圆形金属贴片，所述的第九金属贴片的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第九金属贴片的后端面与所述的第二介质基板后端面齐平，所述的第十金属贴片位于所述的第九金属贴片的前侧，所述的第十金属贴片的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第十金属贴片的后端与所述的第九金属贴片的前端重合，所述的第十金属贴片的长度大于所述的第九金属贴片的宽度，所述的第九金属贴片和所述的第十金属贴片均相对于所述的第二介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称；所述的第十一金属贴片的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第十一金属贴片位于所述的第十金属贴片的前侧，所述的第十一金属贴片的右端与所述的第十金属贴片的右端位于同一直线，所述的第十一金属贴片的后端与所述的第十金属贴片的前端重合，所述的第十二金属贴片与所述的第十一金属贴片关于所述的第二介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称，所述的第十二金属贴片的右端与所述的第十一金属贴片的左端之间具有一段距离，所述的第十三金属贴片位于所述的第十一金属贴片的前侧，所述的第十三金属贴片的直径与所述的第十一金属贴片的宽度相等，所述的第十三金属贴片的后端为直线，与所述的第十一金属贴片的后端重合，所述的第十三金属贴片相对于所述的十一金属贴片沿前后方向呈左右对称的对称线所在直线呈左右对称；所述的第十四金属贴片与所述的第十三金属贴片关于所述的第二介质基板沿前后方向呈左右对称的对称面所在平面呈左右对称；所述的第一铜柱和所述的第二铜柱均为圆柱体，且其轴线均沿上下方向，所述的第一铜柱和所述的第二铜柱从上到下贯穿所述的第一介质基板、所述的金属地和所述的第二介质基板，所述的第一铜柱和所述的第二铜柱均与所述的第一介质基板和所述的第二介质基板紧密接触，且均与所述的金属地不接触，所述的第一铜柱的上端面与所述的第一金属贴片的下端面连接且两者呈贴合状态，所述的第一铜柱的下端面与所述的第十三金属贴片的上端面以及所述的第十一金属贴片的上端面呈贴合状态，所述的第二铜柱的上端面与所述的第二金属贴片的上端面连接且两者呈贴合状态，所述的第二铜柱的下端面与所述的第十四金属贴片的上端面以及所述的第十二金属贴片的上端面呈贴合状态；所述的第一圆柱的轴线和所述的第十三金属贴片的圆心位于同一直线上，所述的第二圆柱的圆心和所述的第十四金属贴片的圆心位于同一直线上。该馈电结构中，通过第十一金属贴片和第十二金属贴片将外部输入信号一分为二后，然后通过第一铜柱和第二铜柱馈电，确保了电流在第一金属贴片和第二金属贴片的分布和相位是对称的，从而使贴片天线能够实现双波束辐射模式和180°相位差，精确控制辐射方向，产生两个主要辐射波束，更有效地覆盖更宽的区域或更加集中地瞄准两个特定方向。6、所述的第一介质基板和所述的第二介质基板的长度均为104mm，宽度均为104mm，高度均为0.8mm，材料均为介电常数为4.4、介电损耗正切值为0.02、相对磁导率为1的玻璃纤维环氧树脂材料(fr4_epoxy)，所述的金属地的长度为104mm，宽度为104mm，厚度为35um，所述的第一介质基板与所述的金属地之间的距离为1.5mm；所述的第一金属贴片的长度为22.6mm，宽度为19.4mm，厚度为35um，所述的第一金属贴片的右端与所述的第一介质基板的左端面所在平面之间的距离为29.6mm，所述的第一金属贴片的前端与所述的第一介质基板的前端面所在平面之间的距离为43.5mm，所述的第三金属贴片的长度为51.4mm，宽度为22.5mm，厚度为35um，所述的第三金属贴片的后端与所述的第一金属贴片的前端之间的距离为1mm，所述的第四金属贴片的长度为22.1mm，宽度为9.6mm，厚度为35um，所述的第五金属贴片的长度为2.5mm，宽度为1mm，厚度为35um，所述的第五金属贴片的前端与所述的第一金属贴片的前端所在直线之间的距离为2.5mm，所述的第五金属贴片的左端与所述的第一金属贴片的右端之间的距离为1.5mm，所述的第六金属贴片的长度为18mm，宽度为1mm，厚度为35um，所述的第九金属贴片的长度为35.5mm，宽度为1.2mm，厚度为35um，所述的第十金属贴片的长度为25.4mm，宽度为1.2mm，厚度为35um，所述的第十一金属贴片的长度为12mm，宽度为1.2mm，厚度为35um，所述的第十三金属贴片的直径为1.2mm，厚度为35um；所述的第四金属贴片结构的总长度为所述的第五金属贴片的长度与所述的第六金属贴片的长度之和，为20.5mm，所述的第五金属贴片结构的总长度为所述的第七金属贴片的长度与所述的第八金属贴片的长度之和，为20.5mm；所述的第一铜柱的直径为1.2mm，所述的第二铜柱的直径为1.2mm。7、与现有技术相比，本发明的优点在于通过5个金属贴片结构以及用于实现5个金属贴片结构拼接的4个可变电容构成辐射贴片，将5个金属贴片结构分别称为第一金属贴片结构、第二金属贴片结构、第三金属贴片结构、第四金属贴片结构和第五金属贴片结构，第一金属贴片结构和第二金属贴片结构用于谐振产生第1个谐振点，第一金属贴片结构、第二金属贴片结构、第四金属贴片结构和第五金属贴片结构用于谐振产生第2个谐振点，第一金属贴片结构、第二金属贴片结构和第三金属贴片结构用于谐振产生第3个谐振点，第1个谐振点的频率大于第2个谐振点的频率，第2个谐振点的频率大于第3个谐振点的频率，将4个可变电容分别称为第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容和第四可变电容，第一可变电容实现第一金属贴片结构和第三金属贴片结构的拼接，第二可变电容实现第二金属贴片结构和第三金属贴片结构的拼接，第三可变电容实现第一金属贴片结构和第四金属贴片结构的拼接，第四可变电容实现第二金属贴片结构和第五金属贴片结构的拼接，第一可变电容和第二可变电容始终位于第1个谐振点和第2个谐振点的弱场区，第三可变电容和第四可变电容的放置方向与第3个谐振点的极化方向正交，第四金属贴片结构和第五金属贴片结构的总长度均为第1个谐振点对应波长的二分之一，在频率位于第3个谐振点对应频率处的外部输入信号激励作用下，第三可变电容和第四可变电容始终位于贴片天线处反射波与入射波相互叠加形成的驻波的波峰位置，通过改变第一可变电容和第二可变电容的容值能够独立调谐第3个谐振点，通过改变第三可变电容和第四可变电容的容值能够独立调谐第2个谐振点，由此，本发明能够独立对单个谐振点进行调谐，从而能够有效地利用频谱资源，满足不断增长的通信需求。8、附图说明//到时候再看看9、图1为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线的主视图；10、图2为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线的辐射贴片的俯视图；11、图3为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线的第一介质基板的仰视图；12、图4为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线的金属地和第二介质基板的俯视图；13、图5为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线的馈电线的结构示意图；14、图6为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线在第一可变电容和第二可变电容的容值均为1.7pf，第三可变电容和第四可变电容的容值均为0.8pf；第一可变电容和第二可变电容的容值均为5.0pf，第三可变电容和第四可变电容的容值均为0.2pf两种情况下的s11对比图；15、图7为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线在第一可变电容和第二可变电容的容值改变情况下的s11对比图；16、图8为本发明的具有独立可调谐特性的贴片天线在第三可变电容和第四可变电容的容值改变情况下的s11对比图。