CN106602236B - 可重构多天线装置及智能通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构多天线装置及智能通信终端，包括四个辐射分支、天线匹配电路和短接装置；当所需接收的电磁波在空间中均匀分布时，所述短接装置控制其中三个辐射分支连通参考地，剩余一个辐射分支构成单极全向天线；当所需接收的电磁波在空间中非均匀分布时，所述短接装置控制其中两个相邻的辐射分支连通参考地，剩余的两个相邻的辐射分支构成V型定向天线，形成最大辐射方向指向或者接近所述电磁波在空间中分布最强的方位的定向辐射磁场。本发明不仅可以实现V型定向天线的多方向覆盖，变相的提高了天线全方向的增益，而且可以使天线装置在定向辐射与全向辐射之间进行择优切换，实现了天线形式从定向天线到全向天线的重构。

Description

可重构多天线装置及智能通信终端

技术领域

本发明属于天线装置技术领域，具体地说，是涉及一种可以对天线方向图实现重构设计的多天线装置。

背景技术

随着智能通信终端及互联网的快速发展，无线通信技术已经成为人们通信的主要方式，不仅局限于手机等移动通信终端，物联网的兴起在方便数据交互的同时，使得人们的社会生活对无线数据通信产生越来越大的依赖。

物联网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网就是物物相连的互联网，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础上延伸和扩展的网络，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行着信息的交换和通信。

目前的物联网设备主要包括智能家电、智能数据通信终端、可穿戴类电子产品等。这些物联网设备大多工作在空旷的通信环境下，其无线传输路径相对较好，受电磁辐射和电磁屏蔽的影响极小，可以同时与其他的一个或多个设备（例如基站）进行信息交互。对于在空旷环境下使用的物联网设备，其内部的天线装置需要设计成全向天线形式，通过形成全向覆盖的信号场，以实现不同方向设备间的信息传递。

但是，对于某些智能通信终端来说，有时会应用在特殊的工作环境中，例如复杂的电磁辐射环境、狭隘的辐射空间及电磁屏蔽环境等。以智能水表、智能电表、无线路由器等通信终端为例进行说明，这类通信终端有的会安装在管道井、地下车库等信号场区较弱的环境中，需要与之通信的接收设备通常仅有一个，且一般位于某一特定的方向，例如管道井的井口处或者地下车库的入口处等。当这类通信终端处于这种狭窄且封闭的传输环境时，若将其天线装置设计成全向天线形式，在特定方向的天线增益会受限，继而影响到有效信号强度。因此，对于工作在特殊环境下的智能通信终端，有时需要将其天线装置设计成定向天线形式，且辐射方向指向接收设备所在的方位，通过增大天线装置在该特定方向上的辐射增益，以提高天线装置在该方向上的通信性能，继而实现其与接收设备之间良好的信息交互。

但是，这些智能通信终端在出厂时并不能确定其具体的应用环境，因此存在天线形式单一化与应用环境多样化不相适应的缺陷，在组网过程中必须根据实际应用环境对智能通信终端的天线装置进行定制，由此便导致了现有的智能通信终端兼容性差、应用领域不灵活等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方向图可重构的多天线装置，可以在V型定向天线与全向天线之间进行选择切换，以对天线装置的辐射形式实现可重构设计。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明在一个方面提出了一种可重构多天线装置，包括辐射本体、天线匹配电路和短接装置；所述辐射本体包括四个辐射分支，所述四个辐射分支分布在同一水平面内，且任意两个相邻的辐射分支之间形成90°夹角；每个辐射分支均包括首端和末端，且四个辐射分支的首端相邻，末端朝外；所述天线匹配电路用于连接在所述四个辐射分支的首端与信号源之间；所述短接装置与设置在所述四个辐射分支上的短接点对应连接，用于控制所述的四个辐射分支选择性的连通参考地；其中，当所需接收的电磁波在空间中均匀分布时，所述短接装置控制其中三个辐射分支连通参考地，剩余一个辐射分支构成单极全向天线，形成全向辐射磁场；当所需接收的电磁波在空间中非均匀分布时，所述短接装置控制其中两个相邻的辐射分支连通参考地，剩余的两个相邻的辐射分支构成V型定向天线，形成定向辐射磁场，所述定向辐射磁场的最大辐射方向指向或者接近所述电磁波在空间中分布最强的方位；所述天线匹配电路调谐所述单极全向天线和所述V型定向天线的谐振频率等于第一谐振频率，所述第一谐振频率与所述电磁波的频率一致。

本发明在另一个方面提出了一种智能通信终端，包括信号源和可重构多天线装置；所述可重构多天线装置包括辐射本体、天线匹配电路和短接装置；所述辐射本体包括四个辐射分支，所述四个辐射分支分布在同一水平面内，且任意两个相邻的辐射分支之间形成90°夹角；每个辐射分支均包括首端和末端，且四个辐射分支的首端相邻，末端朝外；所述天线匹配电路连接在所述四个辐射分支的首端与所述信号源之间；所述短接装置与设置在所述四个辐射分支上的短接点对应连接，用于控制所述的四个辐射分支选择性的连通参考地；其中，当所需接收的电磁波在空间中均匀分布时，所述短接装置控制其中三个辐射分支连通参考地，剩余一个辐射分支构成单极全向天线，形成全向辐射磁场；当所需接收的电磁波在空间中非均匀分布时，所述短接装置控制其中两个相邻的辐射分支连通参考地，剩余的两个相邻的辐射分支构成V型定向天线，形成定向辐射磁场，所述定向辐射磁场的最大辐射方向指向或者接近所述电磁波在空间中分布最强的方位；所述天线匹配电路调谐所述单极全向天线和所述V型定向天线的谐振频率等于第一谐振频率，所述第一谐振频率与所述电磁波的频率一致。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在多天线架构形式的天线***中增加短接装置，利用短接装置对多天线***中的某一部分辐射分支进行接地控制，由此不仅可以改变V型定向天线的辐射方向，实现V型定向天线的多方向覆盖，继而变相的提高了天线全方向的增益，而且还可以使天线装置在定向辐射与全向辐射之间进行择优切换，实现了天线形式从定向天线到全向天线的重构。此外，在天线形式切换至全向天线时，还可以利用短接装置中的接地匹配电路对多天线***中的部分辐射分支的谐振频率进行调谐，以实现天线频段从单频向多频的可重构设计，从而实现了天线装置的兼容性设计。将本发明的天线装置应用在智能通信终端上，通过调整天线装置全向辐射，可以使得智能通信终端很好地适应空旷的通信环境；通过调整天线装置定向辐射，可以保证智能通信终端在弱场区或强干扰电磁环境下的天线性能，由此显著提升了智能通信终端对不同电磁传输环境的适应能力，扩展了其应用场合。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提出的可重构多天线装置的一种实施例的电路原理图；

图2为图1中的四个辐射分支在水平面上的分布位置图；

图3为本发明所提出的可重构多天线装置的第二种实施例的电路原理图；

图4为图3中的参数值可调的接地匹配电路的一种实施例的电路原理图；

图5为本发明所提出的可重构多天线装置工作在定向天线形式下的辐射方向图；

图6为本发明所提出的可重构多天线装置工作在全向天线形式下的辐射方向图；

图7为本发明所提出的可重构多天线装置工作在全向天线和定向天线时的极化对比图；

图8为本发明所提出的可重构多天线装置工作在狭窄且封闭的传输环境下的信号传输路径图；

图9为本发明所提出的可重构多天线装置工作在空旷传输环境下的信号传输路径图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本发明针对采用多天线架构形式的智能通信终端，提出了两种可以对天线装置的辐射形式实现可重构设计的技术方案，通过设计天线形式在定向天线和全向天线之间择优切换，从而提高了天线装置的兼容性，使得配置有该类天线装置的智能通信终端能够更好地适应各种不同的电磁传输环境。

下面通过两个具体的实施例，对本发明所提出的多天线装置可重构设计的具体实现方式进行详细阐述。

实施例一，如图1所示，本实施例的多天线装置主要包括辐射本体、天线匹配电路110和短接装置120等部分。其中，在本实施例的辐射本体中设置有四个辐射分支130、140、150、160，所述的四个辐射分支130、140、150、160分布在同一水平面内，且任意两个相邻的辐射分支之间均形成90°夹角，即，整体形成“十”字型架构，结合图2所示，由此可以将水平面划分成四个区域，分别定义为：第Ⅰ象限、第Ⅱ象限、第Ⅲ象限、第Ⅳ象限。在每一个辐射分支130/140/150/160中均包括首端131/141/151/161、末端132/142/152/162和短接点133/143/153/163，定义四个辐射分支130、140、150、160彼此相邻的一端为首端131、141、151、161，朝外的一端为末端132、142、152、162，短接点133、143、153、163可以位于末端的位置，也可以位于辐射分支上介于首端和末端之间的位置处。当然，对于辐射分支130、140、150、160的首端131、141、151、161需要通过另外一段辅助分支134、144、154、164连接至其信号馈点135、145、155、165的天线设计，所述短接点133、143、153、163也可以位于首端的位置。本实施例对短接点133、143、153、163在辐射分支130、140、150、160上的具体布设位置不作特殊限制。

在本实施例中，所述的四个辐射分支130、140、150、160可以是线性金属材质的导体，也可以是贴合在介质上的线性微带形式的导体。设计所述的四个辐射分支130、140、150、160的长度相等，且约等于λ（所述λ为多天线装置在正常工作时所需接收或发射的电磁波的波长），本实施例优选设计四个辐射分支130、140、150、160的长度均在λ~1.25λ之间的范围内取值，以有效地接收和/或发射所需波长的电磁波。

将四个辐射分支130、140、150、160的信号馈点135、145、155、165布设在智能通信终端内部的PCB基板180上，并与PCB基板180上布设的天线匹配电路110连通，通过天线匹配电路110连通智能通信终端的信号源100，以实现射频信号的接收和/或发射。本实施例的信号源100是智能通信终端内部构成射频通道的各相关部件的统称，例如，包括晶振、主芯片、多工器、供放电路、滤波电路及其他相关射频器件等。

本实施例的天线匹配电路110可以设计成π型结构，如图1所示，具体可以由三个电容或者三个电感或者电容和电感的组合构成π型匹配网络。通过天线匹配电路110调谐多天线装置中未通过短接装置120接地的辐射分支的匹配阻抗，以调节未接地辐射分支的谐振频率（以下称第一谐振频率），使其与所述多天线装置所需接收的电磁波的频率一致，继而实现多天线装置对该频段电磁波的有效接收。

当然，所述天线匹配电路110也可以采用一个或多个电容或电感或者电容和电感的组合构成L型或者其他形式的匹配网络，以调谐所述多天线装置工作在第一谐振频率。

当然，对于利用辐射分支130、140、150、160本体即能满足谐振频率要求的天线装置来说，所述天线匹配电路110也可以采用零电阻（阻值为零欧姆的电阻元件或导线）设计而成，本实施例并不仅限于以上举例。

将每一个辐射分支130、140、150、160的短接点133、143、153、163连接至短接装置120，利用短接装置120选择其中的两个或三个辐射分支连通参考地，以改变多天线装置的定向辐射方向或者对多天线装置的辐射形式进行重构。

在本实施例中，所述短接点133、143、153、163可以是焊点、弹片等连接件，分别通过导线（可以是同轴线或者PCB阻抗线）122、123、124、125连接至短接装置120。在本实施例的短接装置120中设置有一切换开关121，如图1所示，通过所述切换开关121可以将任意一个辐射分支130、140、150、160的短接点133、143、153、163短接到参考地，以改变其辐射形式。

具体来讲，本实施例的切换开关121可以选用四个单刀单掷开关K1-K4设计而成，如图1所示，以构成四条选通支路，通过控制所述四条选通支路的通断状态，以改变所述四个辐射分支130、140、150、160的接地状态。

当然，所述切换开关121也可以采用其他类型的开关部件对四个辐射分支130、140、150、160的短接点133、143、153、163的接地状态进行切换控制，本实施例对此不进行具体限制。

本实施例以四个单刀单掷开关K1-K4为例进行说明。如图1所示，将单刀单掷开关K1的开关通路串联在短接点133与参考地之间，将单刀单掷开关K2的开关通路串联在短接点143与参考地之间，将单刀单掷开关K3的开关通路串联在短接点153与参考地之间，将单刀单掷开关K4的开关通路串联在短接点163与参考地之间。通过选择其中的一个单刀单掷开关导通，以使连通所述单刀单掷开关的辐射分支接地。

具体来讲，当所述多天线装置所需接收的电磁波在空间中均匀分布时，天线装置需要全向辐射，以满足其与多方位基站的链接通信要求。此时，需要调整多天线装置工作在全向天线形式，以形成全向辐射的电磁场。为此，本实施例可以控制短接装置120将其中三个辐射分支短接到参考地，剩余一个辐射分支形成单极全向天线，全向辐射。

以选择辐射分支130作为单极全向天线为例进行说明。当所述多天线装置工作在电磁场均匀分布的自由空间环境中时，控制单刀单掷开关K2、K3、K4闭合，从而将辐射分支140、150、160与智能通信终端内部PCB基板180上的参考地或者与其他金属参考地良好接通。此时，由于辐射分支130未短接到参考地，因此构成单极全向天线，形成全向辐射的电磁场，结合图6所示。利用天线匹配电路110调谐辐射分支130的谐振频率，使其与所要接收的电磁波的频率一致，即，工作在第一谐振频率，以有效地接收或者发射该频段的电磁波。对于另外三路短接到参考地的辐射分支140、150、160来说，可以构成LOOP形式或者PIFA形式的全向天线。具体来说，若短接点143、153、163对应设置在辐射分支140、150、160的末端142、152、162，则辐射分支140、150、160可以构成LOOP全向天线；若短接点143、153、163对应设置在辐射分支140、150、160上除末端142、152、162以外的其他位置，则辐射分支140、150、160可以构成PIFA全向天线。由于在天线长度不变的情况下，天线形式的变化会导致其谐振频率发生变化，由此导致PIFA或LOOP全向天线的谐振频率与辐射分支130所构成的单极全向天线的谐振频段（即，第一谐振频率）不相干，从而避免了极化方向的干扰。也就是说，本实施例采用将辐射分支短接到地的方式来破坏该短接辐射分支的谐振点，通过对其他辐射分支的谐振点的破坏，可以确保未接地的一路辐射分支可靠地工作在原有频段的单极全向辐射形式，以实现天线形式的重构。

当所述多天线装置工作在弱场区或者强电磁干扰等特殊磁场环境中时，电磁波在空间中的分布是具有方向性的，即某个方位电磁辐射强度大，其余方位电磁辐射强度弱。此时，为了提高天线装置的接收性能，需要将天线形式由全向天线重构为定向天线，通过使定向天线所形成的定向辐射场的最大辐射方向指向或者接近所述多天线装置所需接收的电磁波在空间中分布最强的方位，即增加天线装置在该方向上的辐射增益，从而可以确保天线装置在特殊磁场环境下的无线收发性能。

具体来讲，可以首先检测电磁场在空间中的分布状况，具体可以采用人为检测方式，即利用检测仪器人工检测出空间中电磁辐射最强的方位；也可以利用所述多天线装置自身完成检测。具体方法是：选择其中两个相邻的辐射分支通过短接装置120连通参考地，其余两个相邻的辐射分支形成V型定向天线，接收空间中的电磁波，以计算接收功率。举例说明，首先控制单刀单掷开关K3、K4闭合，将辐射分支150、160短接到参考地，形成LOOP或PIFA全向天线。此时，由于辐射分支130、140构成V型定向天线，形成辐射方向在第Ⅰ象限的定向辐射的电磁场，如图5所示。本实施例采用两个独立的辐射分支130、140设计V型定向天线的辐射本体，由于两个辐射分支130、140在结构上可以形成两个独立工作的单极天线，且长度相等，因此在天线匹配电路110的调谐作用下，两个辐射分支130、140可以分别工作在相同的谐振频段（即，第一谐振频率），以分别形成辐射场。由于辐射分支120和辐射分支130呈90°排布，因此，通过两个辐射分支130、140所形成的辐射场会发生相互干涉，使其整体辐射为具有最大辐射方向的定向形式。利用辐射分支130、140构成的V型定向天线接收空间中的电磁波，并计算接收功率。而后，闭合单刀单掷开关K1、K4，控制辐射分支160、130短接到参考地，利用辐射分支140、150构成V型定向天线，形成辐射方向在第Ⅱ象限的定向辐射的电磁场，接收空间中的电磁波，并计算接收功率。然后，闭合单刀单掷开关K1、K2，控制辐射分支130、140短接到参考地，利用辐射分支150、160构成V型定向天线，形成辐射方向在第Ⅲ象限的定向辐射的电磁场，接收空间中的电磁波，并计算接收功率。最后，闭合单刀单掷开关K2、K3，控制辐射分支140、150短接到参考地，利用辐射分支160、130构成V型定向天线，形成辐射方向在第Ⅳ象限的定向辐射的电磁场，接收空间中的电磁波，并计算接收功率。根据计算出的四组接收功率，判断出电磁场在空间中的强弱分布状况，即，找出最大接收功率所对应的一组V型定向天线，其所形成的定向辐射磁场所指向的方向即为空间中电磁场最强的方位。利用该组V型定向天线与基站设备通信，通过提高所述多天线装置在该特定方向上的天线增益，以使多天线装置在该特定方向上具有更好的接收和发射性能。

由于本实施例的多天线装置可以形成指向不同辐射方向的V型定向天线，因此实现了V型定向天线的多方向覆盖，相当于多天线装置在全向增益的变相增加。图7为本实施例的多天线装置在V型定向天线的极化覆盖方式与同等条件下全向天线的极化覆盖方式的对比图。其中，70为全向天线的极化覆盖，对比于分别在某一特定方向工作的V型定向天线所形成的主波瓣覆盖71、72、73、74，所对应的四个阴影部分即相比于全向天线，定向天线在某方向上的极化的增益。

在本实施例中，所述切换开关121可以是有源开关，通过接收智能通信终端中控制器170（所述控制器170既可以是单独的控制部件，也可以是射频通道中的主芯片）输出的控制信号，来改变其各路选通支路的通断状态。当然，所述切换开关121也可以是手动开关，根据智能通信终端所处的通信环境，手动控制所述切换开关121中的各路选通支路导通或者断开，以改变智能通信终端的天线形式，使其天线装置可以在定向天线与全向天线之间择优切换，继而使智能通信终端无论身处何种通信环境下，都能获得最佳的通信质量。

实施例二，如图3所示，本实施例的多天线装置也包括辐射本体、天线匹配电路310和短接装置320等主要部分。其中，辐射本体也由四个辐射分支330、340、350、360组成，其结构形式、布设方式、分支长度等均与实施例一中的四个辐射分支130、140、150、160相同，本实施例在此不再展开说明。在每一个辐射分支330、340、350、360上也均设置有短接点333、343、353、363，通过短接装置320控制其中的两个或三个短接点连通参考地，以改变相应辐射分支的辐射形式。所述短接点333、343、353、363在辐射分支330、340、350、360上的布设方式和布设位置，可以参照实施例一中的相关描述。

本实施例的天线匹配电路310同实施例一中的天线匹配电路110，连接在辐射本体与信号源300之间，以用于调谐天线装置的谐振频率。

本实施例二与实施例一相比，区别之处在于短接装置320的结构设计上。在本实施例的短接装置320中除了设置有如实施例一中所描述的切换开关321外，还设置有四个参数值可调的接地匹配电路322、323、324、325，如图3所示。将所述四个接地匹配电路322、323、324、325一一对应地连接在切换开关321的四条选通支路与参考地之间，通过控制其中一个辐射分支的短接点经由与其连通的接地匹配电路322/323/324/325连接参考地，从而可以利用所述接地匹配电路322/323/324/325调谐该路接地的辐射分支工作在另一所需的谐振频段，从而将天线形式从单频天线转换成多频天线，以收发不同频段的电磁波。

具体来讲，以四路单刀单掷开关K1-K4作为所述的切换开关321为例进行说明。将四路单刀单掷开关K1-K4的一端与四个辐射分支330、340、350、360的短接点333、343、353、363一一对应连接，将四路单刀单掷开关K1-K4的另一端与四个接地匹配电路322、323、324、325一一对应连接，并通过所述的四个接地匹配电路322、323、324、325连接参考地。

当需要所述多天线装置工作在全向天线形式时，可以通过单刀单掷开关K1-K4控制其中三个辐射分支连通参考地，仅保留一个辐射分支工作在单极全向天线形式，以形成全向辐射的电磁场。通过天线匹配电路310调谐所述单极全向天线的谐振频率等于第一谐振频率，以接收或发射该频段的电磁波。

以选择辐射分支330形成单极全向天线为例进行说明。将单刀单掷开关K2、K3、K4闭合，将辐射分支340、350、360分别通过接地匹配电路323、324、325连通参考地，通过改变接地匹配电路323、324、325中匹配器件的参数值，从而可以形成三个不工作频段的全向天线（LOOP全向天线形式或PIFA全向天线形式），以接收或发射其他频段的电磁波。由此，所述多天线装置便可形成多频全向天线***，不仅使得天线装置可以适应辐射场均匀的自由空间，而且还可以接收或者发射不同频段的无线信号。

对于选择其中两个相邻的辐射分支形成V型定向天线，另外两个相邻的辐射分支通过与其连通的接地匹配电路连接参考地，以形成LOOP或PIFA全向天线的情况，可以形成第一谐振频率的V型定向天线和第二、第三谐振频率的全向天线，以收发三种频段的电磁波。

对于这种多频天线形式，需要智能通信终端内部的信号源100为多频信号源，以支持多种频段射频信号的接收和/或发射。

需要特别说明的是：在全向天线使用场景下，例如：当辐射分支330工作在第一谐振频率，且单刀单掷开关K2、K3、K4闭合，使其余三个辐射分支340、350、360形成PIFA或LOOP天线形式时，必须通过接地匹配电路323、324、325调谐所述辐射分支340、350、360的自谐振频率不能等于所述的第一谐振频率，以避免第一谐振频率的辐射信号被其他天线分支耦合吸收。此时，可以调谐其余三个辐射分支340、350、360工作在其他所需的工作频段，也可以是不相关的频段。

在本实施例中，为了对所述接地匹配电路322、323、324、325的参数值实现调节，本实施例提出了如图4所示的匹配电路构建方式。具体来讲，在每一个接地匹配电路322、323、324、325中分别设置多个匹配器件P1、P2…Pn和多个开关元件S1、S2…Sn。将所述的多个匹配器件P1、P2…Pn与所述的多个开关元件S1、S2…Sn一一对应串联后，形成多条串联支路。将所述多条串联支路并联后，一端连接切换开关321的其中一条选通支路，例如连接单刀单掷开关K1，另一端连接参考地。根据所需的工作频点，控制其中的一个或多个开关元件S1、S2…Sn闭合，以将与其串联的匹配器件P1、P2…Pn接入到接地匹配电路，以改变接地匹配电路的整体参数值。通过改变接地匹配电路的参数值，以调谐与其连通的一个辐射分支的匹配阻抗，继而达到调节该辐射分支的谐振频率的目的。

在本实施例中，所述匹配器件P1、P2…Pn可以是电容、电感或者电容和电感的组合，亦或者是电容、电感和零电阻的组合。利用所述匹配器件P1、P2…Pn可以构成π型、L型或者其他类型的匹配网络，以对与其连通的辐射分支所形成的PIFA或LOOP全向天线的匹配阻抗进行调谐，满足另一频段电磁波的接收和/或发射要求。

对于所述开关元件S1、S2…Sn来说，既可以选用有源开关，利用智能通信终端中的控制器370对其通断状态进行自动控制；也可以选用手动开关，根据工作需要选择性地操作其中一个或多个开关元件闭合，以实现接地匹配电路的参数值的有效调节。

下面结合图5-图9，对本实施例的多天线装置的工作原理进行具体说明。

如图8所示，当配置有本实施例的多天线装置的智能通信终端80位于特殊的电磁环境下，例如地下管道、车库等狭窄且封闭的传输环境时，由于在这种相对封闭的电磁传输环境81中，与智能通信终端80所对应的接收设备82（例如基站）往往仅设置有一个，且通常位于特定的方向，例如位于管道的延伸路径中或者管道的进口或出口周围，因此，对多天线装置在特定方向上的收发性能有着针对性且较高的要求。为了确保智能通信终端80能够与其所对应的接收设备82可靠通信，应将天线装置的辐射形式调整到指向接收设备82的定向辐射，通过增强天线装置在该特定方向上的辐射增益，以提高智能通信终端80在该特定方向上的通信性能。

具体来讲，当智能通信终端80位于如图8所示的相对封闭的电磁环境时，可以控制所述切换开关321将其中两个相邻的辐射分支的短接点连通至参考地，使另外两个相邻的辐射分支构成V型定向天线，并使其所形成的定向辐射磁场的最大辐射方向指向接收设备82所在的方位，通过增大该方向上的天线增益，以提高天线装置在该方向上的接收性能。图5示出了V型定向天线的辐射方向，通过V型定向天线形成的磁场辐射方向为定向，由主波瓣50和副波瓣51、52组成。其中，主波瓣50为V型定向天线的有效辐射波瓣，其指向即为V型定向天线的辐射方向，V型定向天线在该方向上的增益可远高于全向天线。使V型定向天线所形成的定向辐射磁场的主波瓣50指向接收设备82所在的方向，通过增大V型定向天线在该方向上的辐射增益，以确保智能通信终端80与所述接收设备82可靠通信。

在本实施例中，对于剩余的两个相邻的辐射分支，可以通过切换开关321直接连通参考地；或者通过切换开关321选通后，各自经由一路接地匹配电路连通参考地，以形成另外两个所需频段的LOOP或PIFA全向天线，如图5中的53、54即为LOOP或PIFA全向天线的辐射波瓣。

由于本实施例的多天线装置可以根据接收设备82所在的方位调整其V型定向天线的辐射方向，因此，可以变相地实现全方向高增益的覆盖和多频段工作兼容设计。

如图9所示，当配置有本实施例的天线装置的智能通信终端90位于空旷的传输环境时，例如，位于户外、楼宇、家庭时，其信号的传输路径相对较好，允许智能通信终端90与一台或者多台设备（例如基站91、92、93、94）同时链接通信。在这种传输环境下，对天线的增益要求并不苛刻，但对天线传输的多向性有要求，需要天线全向辐射，以实现智能通信终端90与不同方位设备91-94的多链路通信要求。为此，应调整天线装置的天线形式为单极全向天线形式，以实现全向辐射。

具体来讲，当智能通信终端90位于如图9所示的空旷传输环境时，控制所述切换开关321将其中三个辐射分支直接短接到参考地或者经由不同参数值的接地匹配电路连通参考地。此时，剩余的一个辐射分支形成单极全向天线，全向辐射。如图6所示，61、62为单极全向天线形成的辐射波瓣，其磁场辐射方向为全向，由此可以实现智能通信终端90与多台设备91-94之间的多路径同时链接。

与此同时，通过不同参数值的接地匹配电路连通参考地的辐射分支可以形成其他谐振频率的LOOP或PIFA全向天线，以使所述多天线装置形成多频全向天线，接收和/或发射不同频段的射频信号。

本发明在多天线架构形式的基础上，通过增加天线接地形式，实现了V型定向天线的多方向覆盖，变相提高了天线全方向的增益。同时，通过对接地辐射分支进行特定的频率调谐，由此实现了非定向用天线臂向多频全向天线的切换，从而实现了天线***的多频兼容设计。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可重构多天线装置，其特征在于，包括：

辐射本体，其包括四个辐射分支，所述四个辐射分支分布在同一水平面内，且任意两个相邻的辐射分支之间形成90°夹角；每个辐射分支均包括首端和末端，且四个辐射分支的首端相邻，末端朝外；

天线匹配电路，其用于连接在所述四个辐射分支的首端与信号源之间；

短接装置，其与设置在所述四个辐射分支上的短接点对应连接，用于控制所述的四个辐射分支选择性的连通参考地；

其中，当所需接收的电磁波在空间中均匀分布时，所述短接装置控制其中三个辐射分支连通参考地，剩余一个辐射分支构成单极全向天线，形成全向辐射磁场；

当所需接收的电磁波在空间中非均匀分布时，所述短接装置控制其中两个相邻的辐射分支连通参考地，剩余的两个相邻的辐射分支构成V型定向天线，形成定向辐射磁场，所述定向辐射磁场的最大辐射方向指向或者接近所述电磁波在空间中分布最强的方位；

所述天线匹配电路调谐所述单极全向天线和所述V型定向天线的谐振频率等于第一谐振频率，所述第一谐振频率与所述电磁波的频率一致。

2.根据权利要求1所述的可重构多天线装置，其特征在于，在所述短接装置中设置有切换开关，所述切换开关具有四条选通支路，所述四条选通支路一一对应地连接在所述四个辐射分支的短接点与参考地之间，通过控制所述四条选通支路的通断状态，以改变所述四个辐射分支的接地状态。

3.根据权利要求1所述的可重构多天线装置，其特征在于，在所述短接装置中设置有切换开关和四路参数值可调的接地匹配电路，所述切换开关具有四条选通支路，所述四条选通支路的一端与所述四个辐射分支的短接点一一对应连接，另一端与四路所述的接地匹配电路一一对应连接，并通过所述接地匹配电路连接参考地；通过控制所述四条选通支路的通断状态，以改变所述四个辐射分支的接地状态。

4.根据权利要求3所述的可重构多天线装置，其特征在于，在所述参数值可调的接地匹配电路中设置有多个匹配器件和多个开关元件，所述多个匹配器件与所述多个开关元件一一对应串联后，形成多条串联支路，所述多条串联支路并联后连接在与其对应的一条选通支路与参考地之间，通过改变其中一个或多个开关元件的通断状态，以调节所述接地匹配电路的参数值。

5.根据权利要求3所述的可重构多天线装置，其特征在于，当其中一个所述的辐射分支的短接点经由与其连通的接地匹配电路连接到参考地时，调节所述接地匹配电路的参考值，使所述辐射分支所形成的全向天线的谐振频率不同于所述的第一谐振频率。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的可重构多天线装置，其特征在于，在所述切换开关中设置有四路单刀单掷开关，所述四路单刀单掷开关构成所述的四条选通支路。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的可重构多天线装置，其特征在于，所述切换开关为有源开关，连接控制器，根据控制器输出的控制信号改变其选通支路的连通状态。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的可重构多天线装置，其特征在于，所述短接点设置在辐射分支的末端或者介于首端与末端之间的位置；

当短接点设置在末端的辐射分支通过所述短接装置连通参考地时，形成LOOP全向天线；

当短接点设置在介于首端与末端之间位置的辐射分支通过所述短接装置连通参考地时，形成PIFA全向天线。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的可重构多天线装置，其特征在于，所述四个辐射分支的长度相等，且介于λ~1.25λ之间；所述λ为所述电磁波的波长。

10.一种智能通信终端，包括信号源，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的可重构多天线装置，所述信号源通过所述天线匹配电路连通所述的四个辐射分支。