CN107706506A - 一种可重构天线及智能通信终端 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种可重构天线及智能通信终端，包括信号源；分别与所述信号源电连接的全向天线分支和被调谐全向天线分支，所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支并联；与所述被调谐全向天线分支连接的调谐电路，所述调谐电路用于调整所述被调谐全向天线分支的谐振频段；所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支的距离小于或等于所述全向天线分支谐振频段对应的波长。本申请提供的可重构天线及智能通信终端实现了实现天线定向性和天线全向性的转换，完成了天线定向性和全向性的可重构兼容。

Description

一种可重构天线及智能通信终端

技术领域

本申请涉及天线装置技术领域，尤其涉及一种可重构天线及智能通信终端。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。随着物联网的兴起，人们对无线数据的传输产生越来越大的依赖，设备之间的无线数据发送与接收依赖于天线，因此对天线的使用环境的适应性要求越来越高。

目前，许多设备上的无线传输采用全向天线，全向天线在水平方向图上表现为360°均匀辐射，覆盖范围大。图1是一种典型全向天线在空旷的传输环境中的传输路径示意图。如附图1所示，该天线能够同时覆盖多个相对应的接收设备，可实现该设备与多个对应的接收设备交互，实现设备间数据的无线传输。

然而，当将该设备置于狭窄且封闭的电磁传输环境中，其天线到对应的接收设备仅存在唯一的路径时，如附图2所示，该天线的无线传输路径将被狭窄且封闭的电磁传输环境干扰并削弱，传输至对应的接收设备位置的信号将比较弱，将使无线传输设备与对应的接收设备交互不畅，最终可能会导致该设备与对应的接收设备间无线数据的传输发生故障，无法实现设备间数据的无线传输。如此可见，上述设备上设置的天线不能适用于此狭窄且封闭的电磁传输环境，限制了该设备在此狭窄且封闭的电磁传输环境下的应用。因此，上述含有无线传输的设备中，天线对其使用的环境具有选择适应性，而天线的选择适应性将直接导致该无线传输设备在一些特殊的环境中无法使用。

发明内容

本申请提供了一种可重构天线及智能通信终端，方便天线适用于不同的使用环境，促使其所应用的智能通信终端适用于不同的使用环境。

第一方面，本申请提供了一种可重构天线，包括：

信号源；

分别与所述信号源电连接的全向天线分支和被调谐全向天线分支，所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支并联；

与所述被调谐全向天线分支连接的调谐电路，所述调谐电路用于调整所述被调谐全向天线分支的谐振频段；

所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支的距离小于或等于所述全向天线分支谐振频段对应的波长。

第二方面，本申请还提供了一种智能通信终端，智能通信终端设置有上述中的可重构天线。

本申请提供的可重构天线及智能通信终端，在天线上设置全向天线分支为可重构天线的工作天线分支，被调谐全向天线分支与全向天线分支并联，被调谐全向天线分支上连接有调谐电路，全向天线分支和被调谐全向天线分支分别连接信号源。在给予全向天线分支和被调谐全向天线分支同连接信号源的情况下，通过调节调谐电路调整被调谐全向天线分支的自调谐频段，可以使全向天线分支和被调谐全向天线分支处于相同或不同的调谐频段；当全向天线分支和被调谐全向天线分支处于相同的调谐频段，由于全向天线分支和被调谐全向天线分支的距离小于或等于全向天线分支的波长，全向天线分支和被调谐全向天线分支产生干涉效应从而致使可重构天线在某方向上产生较大的增益；当全向天线分支和被调谐全向天线分支处于不同的调谐频段，可重构天线的工作频段为全向天线分支的自调谐频段，且不会与被调谐全向天线分支不产生干涉效应，可重构天线呈现全向天线分支的天线全向性，进而实现天线定向性和天线全向性的转换，方便适用于不同的使用环境，促使其所应用的智能通信终端适用于不同的使用环境。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中全向天线在空旷的传输环境中的传输路径；

图2为图1中全向天线在狭窄且封闭的电磁传输环境的传输路径；

图3为本申请实施例提供的可重构天线的第一种实施例电路原理图；

图4为本申请实施例提供的可重构天线的第二种实施例电路原理图；

图5为本申请实施例提供的可重构天线的第三种种实施例电路原理图；

图6为图5中有源开关导通时的等效电路；

图7为本申请实施例提供的可重构天线的定向天线形式的辐射方向图；

图8为本申请实施例提供的可重构天线的全向天线形式的辐射方向图；

图9为图7和8的对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

附图3-5为本申请实施例提供的可重构天线的电路原理图，如附图3-5所示，本申请提供的可重构天线包括信号源3；分别与信号源3电连接的全向天线分支1和被调谐全向天线分支2，全向天线分支1与被调谐全向天线分支2并联；与被调谐全向天线分支2连接的调谐电路5，调谐电路5用于调整所述被调谐全向天线分支2的谐振频段。其中，全向天线分支1与所述被调谐全向天线分支2的距离小于或等于所述全向天线分支1谐振频段对应的波长。

信号源3用于作为全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的同馈电源，实现可重构天线的射频信号的接收和/或发射。全向天线分支1和被调谐全向天线分支2均为全向天线，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2具有相同的自调谐频段，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的形式可以为单极、LOOP、PIFA等全向天线设计形式。调谐电路5连接被调谐全向天线分支2，调谐电路5可用于切换改变被调谐全向天线分支2在可重构天线工作时的谐振频段。在本申请具体实施方式中，调谐电路5实现被调谐全向天线分支2的匹配或接地形式的切换。

全向天线分支1与被调谐全向天线分支2的距离小于或等于全向天线分支1谐振频段对应的波长。调节调谐电路5调整被调谐全向天线分支的自调谐频段，将被调谐全向天线分支2的工作频段与全向天线分支1的工作频段相同，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2可产生干涉，在两天线分支的缝隙方向形成具有定向天线形式的高增益，即在特定方向上形成定向辐射场，提高可重构天线在特定方向上的无线通信性能；当被调谐全向天线分支2的工作频段与全向天线分支1的工作频段不相同，因为全向天线分支1仍处于原工作频段，可重构天线呈现全向天线分支1的天线全向性。如此，本申请实施例提供的可重构天线实现了实现天线定向性和天线全向性的转换，完成了天线定向性和全向性的可重构兼容。

当通信设备处于狭窄且封闭的传输环境中，如地下管道、车库等的时候，可以选择可重构天线的定向形式，天线在特定方向上的收发性能有着有针对性且较高的要求，通过调整定向天线方向使其主波瓣指向接收设备方向，因此可以得到在所需方向上相比于全向天线更高的增益。当通信设备处于空旷传输环境中，其相对传输路径较好，允许通信设备与一个或多个设备(如基站)同时连接交互，可以选择可重构天线的全向形式，可以实现通信***多路径的同时链接。因此，本申请实施例提供的可重构天线，通过调谐电路5调整被调谐全向天线分支2的谐振频段，使被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同或不相同的工作频段，完成可重构天线定向性和全向性的可重构兼容，方便天线适用于不同的使用环境，促使其所应用的智能通信终端适用于不同的使用环境。

在本申请具体实施方式中，本申请实施例提供的可重构天线还包括匹配电路4，匹配电路4串联于信号源3与全向天线分支1之间。匹配电路4用作调谐天线的等效电阻，实现对全向天线分支1阻抗的调谐，用于保证全向天线分支1在定向或全向天线形态下始终处于重构天线工作的工作频段。匹配电路4由电容、电感器件或微带线等组成，匹配电路4可以设计为L型、π型或其他形式的谐振匹配网络，具体的可以采用一个或多个电容或电感或电容和电感组合形成。

下面结合具体的实施例，对本申请实施例所提出的可重构天线的具体实现方式进行详细阐述。

实施例一

如附图3所示，本实施例提供的天线包括全向天线分支1、被调谐全向天线分支2、信号源3、匹配电路4和调谐电路5。在本申请具体实施方式中，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2结构可相同也可不同。信号源3、匹配电路4和全向天线分支1依次连接。调谐电路5包括第一双掷有源开关510、第一匹配件511和第二匹配件512；第一双掷有源开关510的一端连接信号源3，第一双掷有源开关510的另一端分别连接第一匹配件511的一端和第二匹配件512的一端，第一匹配件511的另一端和第二匹配件512的另一端分别连接被调谐全向天线分支2。

被调谐全向天线分支2经由第一双掷有源开关510分别通过第一匹配件511或第二匹配件512实现与信号源3连接。具体的，通过第一双掷有源开关510切换导通第一匹配件511或第二匹配件512，完成被调谐全向天线分支2谐振频段的改变，实现被调谐全向天线分支2谐振频段与全向天线分支1工作频段的相同或不同。

其中：如附图3中所示，匹配电路4为L型结构，但不局限于L型结构。第一双掷有源开关510为双掷有源开关，但不局限于双掷有源开关，亦可选用普通双掷开关。

本实施例中，可重构天线的工作原理如下：当第一双掷有源开关510导通第一匹配件511时，被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同的谐振频段，在全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的辐射方向上产生干涉，在特定方向上形成定向辐射场，可重构天线呈现定向天线形式；当第一双掷有源开关510导通第二匹配件512，被调谐全向天线分支2的谐振频段被改变，被调谐全向天线分支2与全向天线分支处于不同的谐振频段，因为全向天线分支1仍处于原工作频段，可重构天线呈现全向天线形式。本申请具体实施方式中，不局限于导通第一匹配件511被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同的谐振频段，亦可导通第二匹配件512被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同的谐振频段，本实例不局限于以上举例。

实施例二

如附图4所示，本实施例提供的天线包括全向天线分支1、被调谐全向天线分支2、信号源3、匹配电路4和调谐电路5。信号源3、匹配电路4和全向天线分支1依次连接。调谐电路5包括有源开关520和接地匹配件521，有源开关520的一端连接被调谐全向天线分支2，有源开关520的另一端连接接地匹配件521。

在本申请具体实施方式中，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2结构相同，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2对称设置，信号源3连接全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的初始端。接地匹配件521通过导通的有源开关520实现与被调谐全向天线分支2的并联，具体的，通过有源开关520导通接地匹配件521实现被调谐全向天线分支2谐振频段的改变。接地匹配件521用于接参考地，接地匹配件521是由电容、电感组成的匹配网络。

其中：如附图4中所示，匹配电路4为L型结构，但不局限于L型结构。但不局限于L型结构。有源开关520不局限于有源开关，亦可选用普通开关。

本实施例中，可重构天线的工作原理如下：当有源开关520断开的时候，接地匹配件521断路，因为全向天线分支1和被调谐全向天线分支2对称且相同，因此被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同的谐振频段，在全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的辐射方向上产生干涉，在特定方向上形成定向辐射场，可重构天线呈现定向天线形式；当有源开关520导通的时候，接地匹配件521接通，被调谐全向天线分支2的调谐频段被改变，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的对称被破坏，被调谐全向天线分支2与全向天线分支处于不同的谐振频段，因为全向天线分支1仍处于原工作频段，可重构天线呈现全向天线形式。

在本实施例中，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2结构相同，在本申请实施例中不局限于此实施举例形式，即全向天线分支1和被调谐全向天线分支2结构不同，可通过调节调谐电路5实现全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的谐振频率相同。

接入的接地匹配件521，因为增加了一个接地点，可能会对全向天线分支1谐振频率产生影响，如全向天线分支1的谐振频率偏离原工作频率。为防止全向天线分支1谐振频率发生改变，本申请具体实施提供的可重构天线中，还包括天线阻抗电路6，电线阻抗电路6分别连接全向天线分支1和信号源3，天线阻抗电路6用于将全向天线分支1的谐振频率调回工作频段。

在本申请具体实施方式中，天线阻抗电路6包括第二双掷有源开关610，第二双掷有源开关610的一端连接信号源3，第一双掷有源开关610的另一端分别连接第一接地匹配件611和第二接地匹配件612。第一接地匹配件611和第二接地匹配件612用于接参考地。通过切换第一双掷有源开关610接第一接地匹配件611或第二接地匹配件612，对全向天线分支1阻抗进行调谐，使全向天线分支1的谐振频率处于工作频段，可重构天线处于原工作频段的全向天线形式。

实施例三

如附图5所示，本实施例提供的天线包括全向天线分支1、被调谐全向天线分支2、信号源3、匹配电路4和调谐电路5。信号源3、匹配电路4和全向天线分支1依次连接，被调谐全向天线分支2连接信号源3。调谐电路5包括有源开关530，有源开关530的两端分别连接被调谐全向天线分支2的不同两处，用于被调谐全向天线分支2的部分长度短路。如附图5所示，有源开关530分别连接被调谐全向天线分支2开缝的两侧。

在本申请具体实施方式中，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2结构相同，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2对称设置，信号源3连接全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的初始端。被调谐全向天线分支22开缝两侧通过有源开关530实现断路和短路的切换。

本实施例中，可重构天线的工作原理如下：当有源开关530断开的时候，可重构天线中的全向天线分支1和被调谐全向天线分支2对称且相同，因此被调谐全向天线分支2与全向天线分支1处于相同的谐振频段，在全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的辐射方向上产生干涉，在特定方向上形成定向辐射场，可重构天线呈现定向天线形式；当有源开关530导通的时候，如附图6所示，图6为有源开关530导通时的等效电路，相当于被调谐全向天线分支2的结构发生变化，因此被调谐全向天线分支2的谐振频段被改变，全向天线分支1和被调谐全向天线分支2的对称被破坏，被调谐全向天线分支2与全向天线分支处于不同的谐振频段，因为全向天线分支1仍处于原工作频段，可重构天线呈现全向天线形式。

本申请实施例提供的可重构天线，当处于定向天线形式时候其辐射方向如附图7所示，当处于全向天线形式时候其辐射方向如附图8所示。对比附图7和8，如附图9所示阴影部分911和912为定向天线形式对比全向天线形式，在特定方向具有更高的增益，用于对特定方向的高增益设计场景；阴影部分921、922、923和924为全向天线形式对比定向天线形式，在其他方向具有较高的天线增益，用于对多方向具有增益要求的设计场景。因此，本申请提供的可重构天线根据不同天线特有的优劣势，将天线设计成天线形式和方向性可重构的新设计形式，根据不同使用场景的需要使天线更具设计适应能力。

基于本申请实施例提供的可重构天线，本申请实施例还提供了一种智能通信终端，所述能通信终端包括上述实施例提供的可重构天线。当配置有上述实施例提供的可重构天线智能通信终端处于狭窄且封闭的传输环境时，调整调谐电路，选择使用可重构天线的定向形式；当配置有上述实施例提供的可重构天线智能通信终端处于空旷的传输环境时，调整调谐电路，选择使用可重构天线的全向形式，具体调整形式参见可重构天线的调整，在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种可重构天线，其特征在于，包括：

信号源；

分别与所述信号源电连接的全向天线分支和被调谐全向天线分支，所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支并联；

与所述被调谐全向天线分支连接的调谐电路，所述调谐电路用于调整所述被调谐全向天线分支的谐振频段；

所述全向天线分支与所述被调谐全向天线分支的距离小于或等于所述全向天线分支谐振频段对应的波长。

2.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述调谐电路包括第一双掷有源开关、第一匹配件和第二匹配件；

所述第一双掷有源开关的一端连接所述信号源，所述第一双掷有源开关的另一端分别连接所述第一匹配件的一端和所述第二匹配件的一端，所述第一匹配件的另一端和所述第二匹配件的另一端分别连接所述被调谐全向天线分支。

3.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述调谐电路包括有源开关和接地匹配件，所述有源开关的一端连接所述被调谐全向天线分支，所述有源开关的另一端连接所述接地匹配件。

4.根据权利要求3所述的可重构天线，其特征在于，所述可重构天线还包括天线阻抗电路，所述天线阻抗电路分别连接所述全向天线分支和信号源。

5.根据权利要求4所述的可重构天线，其特征在于，所述天线阻抗电路包括第二双掷有源开关，所述第二双掷有源开关的一端连接所述信号源，所述第二双掷有源开关的另一端分别连接第一接地匹配件和第二接地匹配件。

6.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述调谐电路包括有源开关，所述有源开关的两端分别连接所述被调谐全向天线分支的不同两处，用于所述被调谐全向天线分支的部分长度短路。

7.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述可重构天线还包括匹配电路，所述匹配电路串联于所述信号源与所述全向天线分支之间。

8.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述全向天线分支和被调谐全向天线分支均包括单极或LOOP全向天线。

9.一种智能通信终端，其特征在于，所述智能通信终端设置有1-8中任意一项所述的可重构天线。