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赵振强 2、杨富3、焦韬
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中通服咨询设计研究院有限公司 210019
中国移动通信集团云南有限公司普洱分公司 665000
中通服咨询设计研究院有限公司 210019
摘要：目前，为有效解决5G运营商下行工作频段的分散问题，以超宽带作为基础设计了可重构微带天线。此种天线构成以不规则梯形贴片为主，可达到超宽带的状态。借助滤波天器在超宽带基础上即可有效获取不同频段（ 、 ），在二极管的作用下即可自由切换不同的频段。当频段为 时可实现频率可重构，并满足5G系统下行工作频段通信的需求。经研究发现，可重构5G天线具有较强的可选择性与广泛性，在智能家居、电子集成与无线传输等领域中值得应用。基于此，文章将基于超宽带的可重构5G天线作为主要研究对象，重点阐述与其设计相关的内容，希望有所帮助。 关键词：超宽带；可重构；5G天线；设计
引言
近年来，现代科学技术水平不断提高，5G时代来临。众所周知，科技和生活之间的关联度十分紧密，且科技发展会使众生活更美好，在提高其生活质量的同时也会反作用于科学技术进步。当前，工业与信息化部门已经赋予中国移动、电信与联通5G系统中低频段试验频率的权利。其中，3500MHz频段被应用于电信与联通的试验中，而4900MHz与2600MHz频段被应用于中国移动试验中。基础电信运营企业在5G系统试验过程中，工业
和信息化部门的作用十分重要，进而完成部署，以促进5G系统、其他无线电台站干扰协调工作的落实，利于各类型无线电业务兼容，为5G产业快速发展提供必要保障。为满足时代发展需求，无线通信技术也应具备集成性、智能性与简捷性特征，为国内5G产业链后续发展提供不竭动力，同时实现节省成本与缩减空间的目的，以充分利用既有资源。在此情况下，实现超宽带状态并且可在两个5G下行通信工作频段状态间实现频率转换的设计思想逐渐形成。
在相关研究中，有学者以超宽带为基础借助二极管，实现了两种滤波（2.4兆赫兹、5.8兆赫兹）下可重构天线的设计。也有学者通过实践研究成功设计出具备宽带模式的可重构滤波微带天线。在此研究中，以既有研究成果为参考依据，将超宽带作为基础，对 、 可重构5G天线进行设计，而在辐射贴片选择时以不规则梯形为主，借助1/4波长匹配的手段实现辐射贴片和微带线在阻抗方面的匹配。之所以选择使用滤波天线，最主要的原因就是通过对滤波特性的运用可对无需信号加以抑制，消除天线和滤波器间阻抗匹配结构，进而具备一定选择性且损耗量不高。由此可见，深入研究并分析以超宽带为基础的可重构5G天线设计十分有必要。
1.天线的设计
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天线基本结构
可重构超宽带天线总体尺寸一般是 ，介质板的介电常数是2.65，材料厚度是1毫米。通常，在天线结构中，天线贴片（椭圆结构）和馈电线连接，其特性阻抗为50Ω[1]。背面接地板以小半块矩形呈现出来，可保证天线在广泛频段范围内始终保持理想阻抗匹配性能。在实践研究中，为实现频带展宽的目的，应选择既有结构当中的背面接地板，在其左右分别刻出等腰直角三角形，并在其中间刻蚀矩形。
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可重构天线
目前，可重构天线主要包括四种不同类型：辐射方向图可重构、极化方式可重构、频率可重构与混合方式可重构。而前三种类型的天线可保证对某一项参数改变而其他两项参数基本不变，但混合方式的可重构天线则能够独立调节以上参数，然而受技术成熟度不高因素的影响直接增加了设计的难度[2]。
天线可重构技术最初被提出的时间是20世纪80年代，在实际发明中形成了极化方式与频率可重构天线的设计思想，为天线设计提供了不可或缺的参考依据。现阶段，较之于传统天线，可重构天线的优势十分突出，因而未来发展前景可观[3]。自北斗导航系统建设以来，系统化研究了可重构天线，且在卫星终端天线中得到了运用。由此表明，可重构天线的设计并在多个不同领域中的应用重要性逐渐凸显出来。
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可重构天线设计
超宽带具有极强的抗干扰性能及传输速率，且系统容量较大、带宽也较宽，集多种优势于一体，因而以此为基础对频率可重构的5G微带滤波天线进行设计、制作具有一定的可行性。天线辐射单元的构成以不规则金属贴片为主，通过合理组合矩形金属贴片和梯形金属贴片而成。借用1/4波长阻抗变换法实现辐射单元和微带线的阻抗匹配目标，确保达到超宽带状态[4]。一般选择50Ω微带线连接辐射单元，在左侧设置了多极半环带通滤波器，并将圆环带通滤波器设置在右侧。在实践过程中，主要是对PIN二极管进行控制以确定所需射频路径，保证各频段转换的自由性。
将超宽带天线（构成含括微带线和辐射单元）印刷在规格是 介质基板，相对介电常数是 ，而介电损耗角IDE正切值为 。于介质基板下方则是梯形与矩形组合形成的不规则金属贴片。（如图一）
图一 超宽带天线结构示意图
科学连接超宽带天线和微带发卡型带通滤波器，而组成滤波器的部分主要是U型金属贴片（3个），在贴片之间发生耦合作用的基础上即可形成具备对无关信号抑制或是过滤特性的滤波过程。在对不同贴片之间距离进行调试以后发现能够满足滤波特性要求[5]。
可于超宽带右侧设置圆环带通滤波器，主要是剪掉圆形贴片的环形缝隙，并于贴片之上刻出若干矩形缝隙。在对圆形和环形贴片半径、缝隙大小合理调整的基础上，保证圆环带通滤波器与预期结果吻合，保证所滤出工作频段达标。
而PIN二极管在对高频信号阻抗大小控制的过程中，通常利用顺向/逆向偏执电压完成。而在此设计方案中，二极管选择使用的型号是 ，主要功能就是对高频信号导通/断开加以控制。在实践中一般通过二极管不同放置位置的方法即可实现控制目的，进而自如切换天线工作的频段[6]。
在HFSS仿真实验后发现，此研究中所设计的5G天线能够在三种状态下实现自如切换，可满足超宽带5G信号工作频段的需求，进而实现设计目标。以上设计中，对天线相关尺寸进行优化处理，参数值如下：
