CN103956588A - 一种方向图可重构天线 - Google Patents

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张永春
包蕾
吉树新
张松轶
孙剑宇
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Abstract

本发明提供一种方向图可重构天线，包括与馈线相连的有源振子和分别对称设置于有源振子前后两侧且与有源振子水平平行的前无源振子和后无源振子，其特征在于：所述的有源振子由两个对称设置的蛇形有源振子组成，蛇形有源振子位于对称中心的一端较窄，另一端较宽；在有源振子的下方还设置有一个与有源振子平行的下无源振子，有源振子与下无源振子之间为下介质板。该天线能够根据***的需求实现天线方向图的重构，提高天线辐射效率，减小能量不必要的损耗，同时天线具有低SAR值特性，能够减小天线背向辐射，降低对人体辐射。本发明具有体积小，重量轻，易于共形等特点，能广泛的应用在低频段的移动通信终端和便携设备中。

Description

一种方向图可重构天线
技术领域
本发明涉及方向图重构天线技术领域，具体为一种方向图可重构天线。本发明实现了可重构微带天线的小型化，能够用于手机和集群终端等移动通讯设备中。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，无线通信在人们的生活中的作用越来越突出，无线通信的频谱资源日益枯竭，为了实现大容量通信***的多功能和超宽带化，多入多出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术开始被广泛研究与应用。由于MIMO技术需要多根天线，因此通信***的结构会变得复杂，天线间的互耦会带来电磁兼容方面的问题，增大***开发难度和成本。相控阵天线技术相对成熟，但是存在馈电网络复杂、需增加移相器以及由此造成的高成本和高技术难度等缺点，在此背景下可重构天线应运而生。可重构天线按照功能可分为频率可重构天线、方向图可重构天线、频率和方向图同时可重构天线、极化可重构天线等。具体实现方法是在天线辐射体中加载变容二极管、RF-PIN或者MEMS开关，通过控制开关的状态改变天线的辐射特性，使一个天线具有多副天线的功能。可重构天线为提高无线通信***容量、扩展***功能、增加***工作带宽、实现软件无线电等方面提供重要的技术保障，将对无线通信技术带来深远的影响。
目前，所研究的大部分可重构天线只实现了方向图、频率和极化方式中的一种特性的重构，混合可重构天线由于可变参数较多，因此实现比较困难。但是随着人们对无线通信技术的需求越来越多，无线通信终端设备的功能会越来越多，工作频段也会越来越宽，混合重构天线的出现，不但能有效减小天线对人体的辐射，而且能实现天线的宽频带工作，对无线终端产品的多功能化有着现实的意义，因此，方向图可重构手机天线具有巨大的市场应用价值，所以设计方向图可重构功能的小型化天线对增加天线的实用性具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方向图可重构天线。通过控制MEMS开关201的开关状态，实现天线方向图的重构，降低方向图朝向人体侧的增益，减小天线对人体的辐射，减少天线辐射能量的不必要损耗，提高天线能量的利用率。该天线可以使用在低频段的移动终端或集群终端等便携设备上。
本发明所采用的技术方案：
一种方向图可重构天线，包括与馈线401相连的有源振子101和分别对称设置于有源振子101前后两侧且与有源振子101水平平行的前无源振子102和后无源振子103，其特征在于：所述的有源振子101由两个对称设置的蛇形有源振子组成，蛇形有源振子位于对称中心的一端较窄，另一端较宽；在有源振子101的下方还设置有一个与有源振子101平行的下无源振子105，有源振子101与下无源振子105之间为下介质板302。
其中，在有源振子的上方还设置有一个与有源振子平行的上无源振子104有源振子101。
其中，所述的上无源振子104上设置有2个MEMS开关201，该2个MEMS开关201位置相对于上无源振子104中心对称设置。
其中，所述的有源振子101的长度为0.26倍波长，上无源振子104的长度为0.19倍波长。
其中，所述的下无源振子105上设置有2个MEMS开关201，该2个MEMS开关201位置相对于下无源振子105中心对称设置。
其中，所述的前无源振子102和后无源振子103上各设置有3个MEMS开关201，其中一个MEMS开关201位于无源振子102、103的中心位置，另两个MEMS开关201相对于该无源振子102、103中心对称设置。
其中，有源振子101与上无源振子104之间为上介质板301，有源振子101与下无源振子105之间为下介质板302，上介质板301和下介质板302材质相同，有源振子101全部埋藏于上介质板301和下介质板302之间。
其中，所述的有源振子101与前无源振子102之间的间距以及有源振子101与后无源振子103之间的间距均为0.064倍波长；所述的有源振子101与上无源振子104之间的间距以及有源振子101与下无源振子105之间的间距均为0.0085倍波长。
其中，蛇形有源振子101的宽端与窄端连线对应的顶角为5.8度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及特性：
(1)采用层叠式微带八木天线结构，天线方向图控制更加灵活，提高能量利用率，减小天线对人体的辐射，抗干扰能力强。
(2)天线有源振子采用蛇形结构，埋藏于介质中，有效的减小了天线尺寸，扩大了天线应用范围。
(3)天线结构对称，结构参数易于调整，天线调试简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
当前，可重构天线还处于探索阶段，这种类型的天线能够通过加载技术实现天线方向图、极化方式和工作频段的变化，具有一副天线实现多副天线的功能，能够有效减小天线体积，降低开发成本。其中，方向图可重构的天线能够根据移动终端需要实现方向图的重构，提高天线辐射效率，减小能量不必要的损耗，同时能够减小天线背向辐射，具有低SAR值特性，降低对人体辐射。本发明具有体积小，重量轻等特点，能广泛的应用在移动通信终端和便携设备中。
下面结合附图举例对本发明的具体结构作进一步的描述。
实施实例1：
如图1和图2所示，本发明所述一种方向图可重构天线。其中，包括与馈线401相连的有源振子101和分别对称设置于有源振子101前后两侧且与有源振子101水平平行的前无源振子102和后无源振子103，所述的有源振子101由两个对称设置的蛇形有源振子组成，蛇形有源振子位于对称中心的一端较窄，另一端较宽；蛇形有源振子101的宽端与窄端连线对应的顶角为5.8度；在有源振子的下方还设置有一个与有源振子平行的下无源振子105，有源振子101的长度为0.26倍波长，下无源振子105的长度为0.19倍波长；前无源振子102和后无源振子103上各设置有3个MEMS开关201，其中一个MEMS开关201位于无源振子102和无源振子103的中心位置，另两个MEMS开关201分别相对于无源振子102和无源振子103中心对称设置；下无源振子105上设置有2个MEMS开关201，该2个MEMS开关201位置相对于下无源振子105中心对称设置，改变天线MEMS开关201状态，就可以实现天线方向图的重构，选择合适的尺寸，就可以满足所需频段阻抗带宽和方向图的需求。
所述的一种方向图可重构天线，该天线的蛇形有源振子101、前无源振子102和后无源振子103印刷在介质基板302上表面，下无源振子105印刷在介质基板302的下表面，与蛇形有源振子101构成层叠式结构，介质基板302的材质可以根据不同应用场合更换，蛇形有源振子101与平衡器401相连，实际中平衡器由金属板线实现。
所述的一种方向图可重构天线，由MEMS开关201的断开(或闭合)，控制前无源振子102的闭合(或断开)和后无源振子103的断开(或闭合)，使前无源振子102工作在反射振子(或引向振子)状态，使后无源振子103工作在引向振子(或反射振子)状态，控制天线方向图在水平方向的重构；由MEMS开关201的断开(或闭合)，控制下无源振子105的断开(或闭合)，使下无源振子105工作在引向振子(或反射振子)状态，控制天线方向图在垂直方向的重构；同时控制全部MEMS开关201，即可实现天线方向图的全向重构。
实施实例2：
如图1和图2所示，本发明的另一种实施实例是在实施实例1的基础上，删除了在下无源振子上的2个MEMS开关，201在有源振子101的上方加入了上介质板301和上无源振子104，上介质板301和下介质板302材质相同。上无源振子104印刷在介质基板的301的上表面，有源振子101、前无源振子102和后无源振子103全部埋藏于上介质板301和下介质板302之间。上无源振子104和下无源振子105分别对称于有源振子上下两侧且与蛇形有源振子101平行，上无源振子104的长度为0.09倍波长；下无源振子105的长度为0.19倍波长。
所述的一种方向图可重构天线，由于有源振子101埋藏于上介质板301和下介质板302之间，所以有效的减小了天线的尺寸结构；上无源振子104长度小于蛇形有源振子101，上无源振子104工作在引向振子状态；下无源振子105长度大于蛇形有源振子101，下无源振子105工作在反射振子状态，天线方向图在垂直方向上位于上半空间，可以根据通信需求调整天线上无源振子104和下无源振子105的长度，即可以改变天线方向图在垂直面内的波束宽度，该应用实例的天线方向图的方向性增强，能量更集中，提高了天线能量的利用率；由于减少了MEMS开关，所以降低的天线的复杂度和成本。
实施实例3：
如图1和图2所示，本发明的另一种实施实例是在实施实例2的基础上，在上无源振子104上设置有2个MEMS开关201，该2个MEMS开关201位置相对于上无源振子104中心对称设置；在下无源振子105上设置有2个MEMS开关201，该2个MEMS开关201位置相对于下无源振子105中心对称设置；上无源振子104的长度为0.19倍波长；下无源振子105的长度为0.19倍波长。
所述的一种方向图可重构天线，由MEMS开关201的断开(或闭合)，控制前上无源振子104的断开(或闭合)和下无源振子105的闭合(或断开)，使上无源振子104工作在引向振子(或反射振子)状态，使下无源振子105工作在引向振子(或反射振子)状态，控制天线方向图在垂直方向的重构；同时控制全部MEMS开关201，即可实现天线方向图的全向重构，由于增加了MEMS开关，天线方向图的控制更灵活，根据天线参数需求，调整天线尺寸，就能满足窄带频段的方向图重构的需求。

Claims (9)

1.一种方向图可重构天线，包括与馈线(401)相连的有源振子(101)和分别对称设置于有源振子(101)前后两侧且与有源振子(101)水平平行的前无源振子(102)和后无源振子(103)，其特征在于：所述的有源振子(101)由两个对称设置的蛇形有源振子组成，蛇形有源振子位于对称中心的一端较窄，另一端较宽；在有源振子的下方还设置有一个与有源振子平行的下无源振子(105)。
2.根据权利要求1所述一种方向图可重构天线，其特征在于：在有源振子(101)的上方还设置有一个与有源振子平行的上无源振子(104)。
3.根据权利要求2所述一种方向图可重构天线，其特征在于：有源振子(101)与上无源振子(104)之间为上介质板(301)，有源振子(101)与下无源振子(105)之间为下介质板(302)，上介质板(301)和下介质板(302)材质相同，有源振子(101)全部埋藏于上介质板(301)和下介质板(302)之间。
4.根据权利要求2所述一种方向图可重构天线，其特征在于：所述的上无源振子(104)上设置有2个MEMS开关(201)，该2个MEMS开关(201)位置相对于上无源振子(104)中心对称设置。
5.根据权利要求2所述一种方向图可重构天线，其特征在于：所述的有源振子(101)的长度为0.26倍波长，上无源振子(104)的长度为0.19倍波长。
6.根据权利要求1所述一种方向图可重构天线，其特征在于：所述的下无源振子(105)上设置有2个MEMS开关(201)，该2个MEMS开关(201)位置相对于下无源振子(105)中心对称设置。
7.根据权利要求1所述一种方向图可重构天线，其特征在于：所述的前无源振子(102)和后无源振子(103)上各设置有3个MEMS开关(201)，其中一个MEMS开关(201)位于无源振子(102、103)的中心位置，另两个MEMS开关(201)相对于该无源振子(102、103)中心对称设置。
8.根据权利要求2所述一种方向图可重构天线，其特征在于：所述的有源振子(101)与前无源振子(102)之间的间距以及有源振子(101)与后无源振子(103)之间的间距均为为0.064倍波长；所述的有源振子(101)与上无源振子(104)之间的间距以及有源振子(101)与下无源振子(105)之间的间距均为0.0085倍波长。
9.根据权利要求1所述一种方向图可重构天线，其特征在于：蛇形有源振子(101)的宽端与窄端连线对应的顶角为5.8度。
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