CN112470339B - 天线和终端 - Google Patents

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CN112470339B CN201880095819.7A CN201880095819A CN112470339B CN 112470339 B CN112470339 B CN 112470339B CN 201880095819 A CN201880095819 A CN 201880095819A CN 112470339 B CN112470339 B CN 112470339B
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Abstract

本申请实施例提供一种天线和终端，该天线包括：一个第一振子、一个第二振子和电抗可调元件。第一振子通过与天线馈电线的电连接，接收激励电流；第二振子通过第一振子的电磁感应，产生感应电流。电抗可调元件设置在第一振子靠近参考面的一端，和/或，电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端；参考面以第一振子与天线馈电线的连接点为原点并与第一振子的轴向垂直。电抗可调元件具有可调的电抗值，用于调节激励电流和感应电流之间的相位差，相位差与天线辐射的目标角度具有关联关系。本申请实施例在实现天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向的同时，满足天线具有小尺寸且低轮廓的特点。

Description

天线和终端
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线和终端。
背景技术
随着天线技术的逐步提高，室内无线保真(wireless-fidelity，WI-FI)天线的类型已经从全向天线向智能天线开始转变和发展。通常，智能天线可以根据用户位置把辐射能量集中到用户所在方向，而不会如全向天线一样是固定不变的在所有方向均匀覆盖。
如图1a所示，智能天线包括：与天线馈电线连接的振子(通常，将与天线馈电线连接的振子称为有源振子，图1a中以有源振子进行示意)、设置在有源振子周围的无源感应单元、控制电路(图1a中未示出)、至少一个电子开关以及接地板，其中，无源感应单元包括至少一个振子(通常，将不与天线馈电线连接的振子称为无源振子，图1a中以两个无源振子进行示意)，在每个无源振子与接地板之间皆设有一个电子开关，控制电路通过控制电子开关的开闭状态，可以控制无源振子与接地板的通断状态。
如图1b所示，智能天线包括：与天线馈电线连接的振子(同上，图1b中以有源振子进行示意)、设置在有源振子周围的无源感应单元、控制电路(图1b中未示出)以及至少一个电子开关，其中，无源感应单元包括至少一个振子(同上，图1b中以两个无源振子进行示意)，每个无源振子的上臂和下臂之间皆设置有一个电子开关，控制电路通过控制电子开关的开闭状态，可以控制无源感应单元自身谐振长度的变化。
一般情况下，通过控制无源感应单元与接地板的连通或断开，或者，通过调节无源感应单元自身谐振长度的变化，可以控制无源感应单元是否产生感应电流，实现智能天线的定向辐射。具体地，当无源感应单元不产生感应电流时，智能天线辐射的方向图为全向模式。当无源感应单元产生感应电流时，无源感应单元起到反射或者引向的作用，使得智能天线辐射的方向图变为定向模式。
然而，只有在有源振子周围的不同方向上放置更多的无源振子，才可以实现实际需要智能天线在不同指向的定向模式的需求，容易导致智能天线的尺寸变大。且随着WI-FI标准802.11ac正向WI-FI标准802.11ax发展，WI-FI标准802.11ac支持4*4MIMO，终端上需要放置4个天线，WI-FI标准802.11ax支持8*8多输入多输出***(multiple-input multiple-output，MIMO)，进而终端上需要放置8个天线，也容易导致终端上智能天线的尺寸变大。
因此，为了在终端的有限空间中放置更多智能天线，现亟需一种小尺寸且低轮廓的智能天线。
发明内容
本申请提供一种天线和终端，用于实现天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向，且满足小尺寸且低轮廓的诉求，使得终端在有限的空间内放置更多的天线，使得终端的接收性能满足实际需求。
第一方面，本申请提供一种天线，包括：一个第一振子、一个第二振子和电抗可调元件；
第一振子通过与天线馈电线的电连接，接收激励电流；第二振子通过第一振子的电磁感应，产生感应电流；
电抗可调元件设置在第一振子靠近参考面的一端，和/或，电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端；参考面以第一振子与天线馈电线的连接点为原点并与第一振子的轴向垂直；
电抗可调元件具有可调的电抗值，用于调节激励电流和感应电流之间的相位差，相位差与天线辐射的目标角度具有关联关系。
通过第一方面提供的天线，可以根据用户所需的方向，改变电抗可调元件的电抗值，从而调节第一振子接收到的激励电流与第二振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。这样，仅包括两个振子和电抗可调元件的天线具有小尺寸且低轮廓的特点，实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向。
在一种可能的设计中，相位差与目标角度之间的关联关系是根据公式一确定的；
Figure GPA0000299668370000041
其中，
Figure GPA0000299668370000042
为第一振子与第二振子所形成阵列的方向函数，
Figure GPA0000299668370000043
为单元因子函数，
Figure GPA0000299668370000044
为阵因子函数，
Figure GPA0000299668370000045
k＝2π/λ为电磁波的波数，d为第一振子与第二振子之间的间距，
Figure GPA0000299668370000046
为目标角度，ζ为激励电流和感应电流之间的相位差。
在一种可能的设计中，电抗可调元件的电抗值与相位差具有关联关系，电抗可调元件的电抗值与相位差之间的关联关系通过复数矩阵S表示，复数矩阵S通过公式二确定：
Figure GPA0000299668370000047
其中，jX＝j(XL-XC)为电抗可调元件的电抗值，
Figure GPA0000299668370000048
为电抗可调元件的容抗值，XL＝ωL为电抗可调元件的感抗值，L为电抗可调元件的电感值，C为电抗可调元件的电容值，w为角频率，R0为特征阻抗。
在一种可能的设计中，相位差还与天线的长度和第一振子与第二振子之间的间距具有关联关系。
通过第一方面提供的天线，可以根据用户所需的方向，同时改变电抗可调元件的电抗值和第一振子与第二振子之间的间距，从而调节第一振子接收到的激励电流与第二振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。这样，仅包括两个振子和电抗可调元件的天线具有小尺寸且低轮廓的特点，实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向。
在一种可能的设计中，第一振子和第二振子之间的间距为d，其中，0.15λ≤d≤0.5λ，λ为自由空间波长。
在一种可能的设计中，第一振子和第二振子均为单极子天线；
电抗可调元件串联连接在第一振子和天线馈电线之间；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间。
在一种可能的设计中，第一振子为偶极子天线，第二振子为单极子天线；
电抗可调元件串联连接在第一振子的至少一个臂上；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间。
在一种可能的设计中，相位差还与天线和接地板之间的距离以及接地板的尺寸具有关联关系。
通过第一方面提供的天线，可以根据用户所需的方向，同时改变电抗可调元件的电抗值以及天线和接地板之间的距离，或者，同时改变电抗可调元件的电抗值以及接地板的尺寸，或者，同时改变电抗可调元件的电抗值、天线和接地板之间的距离以及接地板的尺寸，从而调节第一振子接收到的激励电流与第二振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。这样，仅包括两个振子和电抗可调元件的天线具有小尺寸且低轮廓的特点，实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向。
在一种可能的设计中，第一振子和第二振子均为偶极子天线；
电抗可调元件串联连接在第一振子的至少一个臂上；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子的两个臂之间。
在一种可能的设计中，第一振子为单极子天线，第二振子为偶极子天线；
电抗可调元件串联连接在第一振子和天线馈电线之间；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子的两个臂之间。
在一种可能的设计中，天线还包括：控制模块和电子开关；
其中，电子开关与第二振子串联连接，控制模块分别与电抗可调元件的调节端和电子开关的控制端连接；
控制模块，用于改变电抗可调元件的电抗值以及电子开关的开闭状态。
通过第一方面提供的天线，通过电子开关与第二振子的串联连接，控制模块打开电子开关，使得第二振子无法产生感应电流，从而实现天线的全向辐射，再通过控制模块闭合电子开关以及根据实际需求调节电抗可调元件的电抗值，从而实现天线的目标角度的辐射，进而，控制模块与电子开关的设置可以灵活实现天线的全向辐射和定线辐射，满足实际的各种需求。
在一种可能的设计中，电抗可调元件包括电容和/或电感。
第二方面，本申请实施例提供一种终端，包括天线固定部件和如第一方面所述的至少一个天线，天线设置在天线固定部件上。
本申请实施例提供的天线和终端，通过将电抗可调元件设置在第一振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件同时设置在第一振子靠近参考面的一端以及第二振子靠近参考面的一端，进而，根据用户所需的方向，改变电抗可调元件的电抗值，从而可以调节第一振子接收到的激励电流与第二振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。本申请实施例中，仅包括两个振子和电抗可调元件的天线具有小尺寸且低轮廓的特点，实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向，且终端可以在有限空间中放置更多的天线，使得自身的发送性能满足实际需求。
附图说明
图1a为一种天线的结构示意图；
图1b为另一种天线的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图3a1为本申请一实施例提供的天线辐射的波束指向的示意图；
图3b1为本申请一实施例提供的天线辐射的波束指向的示意图；
图3a2为本申请一实施例提供的天线辐射的波束指向的示意图；
图3b2为本申请一实施例提供的天线辐射的波束指向的示意图；
图3c2为本申请一实施例提供的天线辐射的波束指向的示意图；
图4a为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图4b为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图4c为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图4d为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图5为本申请一实施例提供的天线的结构示意图；
图6为本申请一实施例提供的终端的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种天线和终端，在实现天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向的同时，可以满足天线的小尺寸且低轮廓的诉求，具有成本低、节约空间的特点，可以应用于全双工通信***，也可以作为MIMO天线，以及其他任何可能的应用场景中。
为了满足天线小尺寸且低轮廓的诉求，本申请实施例提供一种天线和终端，通过将电抗可调元件设置在有源振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件设置在无源振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件同时设置在有源振子靠近参考面的一端以及无源振子靠近参考面的一端，进而，通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节有源振子接收到的激励电流与无源振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向，这样，包括有源振子、无源振子和电抗可调元件的天线不仅具有小尺寸且低轮廓的特点，还实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向，且终端的有限空间中可以放置更多的天线，使得终端的发送性能满足实际需求。
其中，终端(terminal)包括但不限于路由器、光网络设备(optical networkterminal，ONT)以及无线访问接入点(wireless access point，AP)。
下面，以第一振子为有源振子，第二振子为无源振子为例，结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例天线的技术方案进行描述。
图2为本申请一实施例提供的天线的结构示意图，如图2所示，天线包括：一个第一振子、一个第二振子和电抗可调元件。
第一振子通过与天线馈电线的电连接，接收激励电流；第二振子通过第一振子的电磁感应，产生感应电流。
电抗可调元件设置在第一振子靠近参考面的一端，和/或，电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端；参考面以第一振子与天线馈电线的连接点为原点并与第一振子的轴向垂直。
电抗可调元件具有可调的电抗值，用于调节激励电流和感应电流之间的相位差，相位差与天线辐射的目标角度具有关联关系。
需要说明的是，参考面为一个虚拟面，可以为任意形状、任意大小、任意位置，本申请实施例对此不做限定，只需保证参考面的原点为第一振子与天线馈电线的连接点且与第一振子的轴向保持垂直即可。此外，本申请实施例对第一振子与第二振子的相对位置不做限定，只需满足第一振子与第二振子相互平行即可。
为了便于说明，以图2中天线馈电线与第一振子的下端连接，参考面为垂直第一振子的轴向且位于第一振子下方的水平面，参考面的原点为天线馈电线与第一振子的连接点，且第一振子与第二振子平齐设置为例，对本申请实施例天线的具体实现形式进行示意。
本申请实施例中，第一振子通过与天线馈电线的电连接，可以接收天线馈电线上的激励电流。随着激励电流的变化，第一振子周围的磁场会发生变化，使得第二振子在第一振子的电磁感应作用下，可以产生感应电流。
本领域技术人员可以理解，第一振子和第二振子可以组成天线阵列，即二元阵列，第一振子和第二振子为二元阵列中的阵元。根据天线阵列的理论，在一个平面里，通过公式一，可以确定激励电流和感应电流之间的相位差与目标角度之间的关联关系。
Figure GPA0000299668370000071
其中，
Figure GPA0000299668370000072
为二元阵列的方向图函数，
Figure GPA0000299668370000073
为单元因子函数，
Figure GPA0000299668370000074
为阵因子函数，
Figure GPA0000299668370000075
k＝2π/λ为电磁波的波数，d为第一振子与第二振子之间的间距，
Figure GPA0000299668370000076
为目标角度，ζ为激励电流和感应电流之间的相位差。
公式一中，二元阵列的方向图函数
Figure GPA0000299668370000077
包括两部分，一部分是天线本身的方向图函数，即单元因子函数
Figure GPA0000299668370000078
另一部分是阵因子函数
Figure GPA0000299668370000079
通常，天线的方向图有E面和H面，一般情况下，E面是指与电场方向平行的方向图切面，H面是指与磁场方向平行的方向图切面。由于单极子天线和偶极子天线的H面是全向的，阵因子函数
Figure GPA00002996683700000710
近似为1，因此，二元阵列的方向图函数
Figure GPA00002996683700000711
主要由阵因子函数
Figure GPA00002996683700000712
决定，即
Figure GPA00002996683700000713
在d＝λ/4时，下面，结合图3a1-图3b1，通过调节相位差ζ的取值范围，对天线辐射的波束指向进行示意。
当ζ＝-π/2时，阵因子函数变为
Figure GPA00002996683700000714
具体地，若
Figure GPA00002996683700000715
则两个阵元辐射到远场的电磁波同相相加，强度最大。若
Figure GPA0000299668370000081
则两个阵元辐射到远场的电磁波反相相减，强度最小。因此，天线辐射的波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000082
的方向，如图3a1。
当ζ＝π/2时，阵因子函数变为
Figure GPA0000299668370000083
具体地，若
Figure GPA0000299668370000084
则两个阵元辐射到远场的电磁波反相相减，强度最小。若
Figure GPA0000299668370000085
则两个阵元辐射到远场的电磁波同相相加，强度最大。因此，天线辐射的波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000086
的方向，如图3b1。
另外，下面，结合图3a2-图3c2，通过调节相位差ζ的取值范围，对天线辐射的波束指向进行示意。与上述图3a1-图3b1的区别在于：相位差ζ与间距d没有关联关系，即无要设定d＝λ/4。
当ζ＞π或者ζ＜-π时，即ζ＝π+deta或者ζ＝-π-deta，deta＞0，阵因子函数变为
Figure GPA0000299668370000087
或者
Figure GPA0000299668370000088
天线辐射的波束指向如图3a2所示。
当ζ＝π或者ζ＝-π时，阵因子函数变为
Figure GPA0000299668370000089
或者
Figure GPA00002996683700000810
Figure GPA00002996683700000811
天线辐射的波束指向如图3b2所示。
当ζ＜π或者ζ＞-π时，即ζ＝π-deta或者ζ＝-π+deta，deta＞0，阵因子函数变为
Figure GPA00002996683700000812
或者
Figure GPA00002996683700000813
天线辐射的波束指向如图3c2所示。
进一步地，由于二元阵列的方向图函数
Figure GPA00002996683700000814
可以表明天线辐射的波束指向，且在相位差ζ发生改变时，二元阵列的方向图函数
Figure GPA00002996683700000815
也会随之发生改变，因此，相位差ζ发生改变，天线辐射的波束指向发生改变。
本领域技术人员可以理解，任意电流通过电抗可调元件后，该电流的幅度和相位可以通过公式二中的复数矩阵S进行确定。
Figure GPA00002996683700000816
其中，jX＝j(XL-XC)为电抗可调元件的电抗值，
Figure GPA00002996683700000817
为电抗可调元件的容抗值，XL＝ωL为电抗可调元件的感抗值，L为电抗可调元件的电感值，C为电抗可调元件的电容值，w为角频率，R0为特征阻抗。
通常，复数矩阵S的幅度可以用来计算该电流通过电抗可调元件前后幅度的变化，复数矩阵S的相位可以用来计算该电流通过电抗可调元件前后相位的变化。因此，本申请实施例中，可以在第一振子靠近参考面的一端，和/或，在第二振子靠近参考面的一端，可以采用焊接或者导线连接的方式，设置电抗可调元件。其中，本申请实施例对具体的连接方式不做限定。
一方面，电抗可调元件可以设置在第一振子靠近参考面的一端，当电抗可调元件的电抗值发生改变时，激励电流的相位会随之发生改变，从而可以调节激励电流与感应电流之间的相位差。
另一方面，电抗可调元件也可以设置在第二振子靠近参考面的一端，则电抗可调元件的电抗值发生改变，感应电流的相位会随之发生改变，从而可以调节激励电流与感应电流之间的相位差。
又一方面，电抗可调元件还可以同时设置在第一振子靠近参考面的一端以及第二振子靠近参考面的一端，则电抗可调元件的电抗值发生改变，激励电流的相位和感应电流的相位均会随之发生改变，从而可以调节激励电流与感应电流之间的相位差。
进一步地，根据公式二中的复数矩阵S，可以确定电抗可调元件的电抗值与相位差具有关联关系。且根据公式一，可以确定相位差与天线辐射的目标角度具有关联关系，因此，通过改变电抗可调元件的电抗值，可以改变天线辐射的波束指向。进而，本申请实施例中，根据用户所需的方向，可以对电抗可调元件的电抗值进行调节，使得天线辐射的目标角度朝向用户所需的方向，从而，对于仅包括两个振子以及电抗可调元件的天线，不仅尺寸小、轮廓低，还实现了天线辐射的波束指向可以满足用户指定的任意定向。
本申请实施例提供的天线，通过将电抗可调元件设置在第一振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件同时设置在第一振子靠近参考面的一端以及第二振子靠近参考面的一端，进而，根据用户所需的方向，改变电抗可调元件的电抗值，从而可以调节第一振子接收到的激励电流与第二振子产生的感应电流之间的相位差，实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。本申请实施例中，仅包括两个振子和电抗可调元件的天线具有小尺寸且低轮廓的特点，实现了天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向，且终端可以在有限空间中放置更多的天线，使得自身的发送性能满足实际需求。
本申请实施例中，由于感应电流是在第一振子产生的电磁波传播到第二振子才产生的，因此，感应电流的相位与第一振子上激励电流的相位有个天然的相位差ζ1，该相位差ζ1与第一振子与第二振子之间的间距d有关。且根据公式一，可以确定相位差与天线的长度和第一振子与第二振子之间的间距d具有关联关系。
因此，本申请实施例中，通过同时改变电抗可调元件的电抗值以及第一振子与第二振子之间的间距d，可以调节激励电流与感应电流之间的相位差ζ。其中，ζ＝ζ1+ζ2，ζ1为间距d的改变所引起的相位差，ζ2为电抗可调元件的电抗值的改变所引起的相位差。从而，在相位差ζ发生改变时，天线辐射的目标角度可以为用户所需的方向，使得天线辐射的波束指向为用户指定的任意定向。
进一步地，由于在第一振子产生的电磁波传播到第二振子时，若第二振子对地开路，其尺寸不满足半波长谐振条件，则第二振子上就不会产生感应电流。若第二振子对地短路，根据镜像原理，第二振子的尺寸满足半波长谐振条件，则第二振子就会产生感应电流。因此，本申请实施例可以对第一振子与第二振子之间的间距d的大小进行设置。一般情况下，0.15λ≤d≤0.5λ，λ为自由空间波长。
本申请实施例中，天线中第一振子和第二振子可以有多个种类，如单极子天线和偶极子天线。
本领域技术人员可以理解，单极子天线是竖直的具有四分之一波长的天线，该天线安装在一个接地板上。其中，该接地板可以为金属板，或者，可以为PCB板上的铜皮，本申请实施例对此不做限定。单极子天线的馈电是通过天线馈电线(即同轴电缆)进行的。因此，如图1a所示，有源振子与天线馈电线连接，无源振子与接地板连接。并且，偶极子天线由两根共轴的直导线构成，偶极子天线有两个长度相等的臂，分别为上臂和下臂。偶极子天线的馈电是通过天线馈电线(即同轴电缆)进行的。因此，如图1b所示，有源振子的上臂和下臂皆与天线馈电线连接，无源振子的两个臂相互连接。
下面，结合图4a-图4d，采用四种实现方式对第一振子和第二振子的具体种类进行详细说明。
一种可行的实现方式中，第一振子和第二振子均为单极子天线。电抗可调元件串联连接在第一振子和天线馈电线之间；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间。
如图4a，当第一振子和第二振子均为单极子天线时，可以将电抗可调元件串联连接在第一振子和天线馈电线之间，或者，可以将电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间，或者，可以在第一振子和天线馈电线之间以及在第二振子和接地板之间皆串联连接有电抗可调元件。
若仅在第一振子和天线馈电线之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若仅在第二振子和接地板之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若在第一振子和天线馈电线之间以及在第二振子和接地板之间皆串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位和感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
另一种可行的实现方式中，第一振子为偶极子天线，第二振子为单极子天线。电抗可调元件串联连接在第一振子的至少一个臂上；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间。
如图4b，当第一振子为偶极子天线，第二振子为单极子天线时，可以在第一振子的上臂靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子的下臂靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子的两个臂皆靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以将电抗可调元件串联连接在第二振子和接地板之间，或者，可以在第一振子的至少一个臂上以及在第二振子和接地板之间皆串联连接有电抗可调元件。
若仅在第一振子的至少一个臂上串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若仅在第二振子和接地板之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若在第一振子的至少一个臂上以及在第二振子和接地板之间皆串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位和感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
在上述两种可行的实现方式中，由于天线中皆包含有接地板，且接地板的位置和尺寸的设置皆对激励电流与感应电流之间的相位差产生影响。即相位差还与天线和接地板之间的距离以及接地板的尺寸具有关联关系。因此，本申请实施例中，通过对电抗可调元件的电抗值、天线和接地板之间的距离以及接地板的尺寸同时进行改变，或者，通过对电抗可调元件的电抗值以及接地板的尺寸同时进行改变且保持天线和接地板之间的距离不变，或者，通过对电抗可调元件的电抗值以及天线和接地板之间的距离同时进行改变且保持不变接地板的尺寸，皆可调节激励电流与感应电流之间的相位差ζ。
又一种可行的实现方式中，第一振子和第二振子均为偶极子天线。电抗可调元件串联连接在第一振子的至少一个臂上；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子的两个臂之间。
如图4c，当第一振子和第二振子均为偶极子天线时，可以在第一振子的上臂靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子的下臂靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子的两个臂皆靠近参考面的一端串联连接电抗可调元件，或者，可以在第二振子的两个臂之间串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子的至少一个臂上以及在第二振子的两个臂之间皆串联连接有电抗可调元件。
若仅在第一振子的至少一个臂上串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若仅在第二振子的两个臂之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若在第一振子的至少一个臂上以及在第二振子的两个臂之间皆串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位和感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
再一种可行的实现方式中，第一振子为单极子天线，第二振子为偶极子天线。电抗可调元件串联连接在第一振子和天线馈电线之间；和/或，电抗可调元件串联连接在第二振子的两个臂之间。
如图4d，当第一振子为单极子天线且第二振子为偶极子天线时，可以在第一振子和天线馈电线之间串联连接电抗可调元件，或者，可以在第二振子的两个臂之间串联连接电抗可调元件，或者，可以在第一振子和天线馈电线之间以及在第二振子的两个臂之间皆串联连接有电抗可调元件。
若仅在第一振子和天线馈电线之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若仅在第二振子的两个臂之间串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
若在第一振子和天线馈电线之间以及在第二振子的两个臂之间皆串联连接有电抗可调元件，则通过改变电抗可调元件的电抗值，可以调节激励电流的相位和感应电流的相位，使得激励电流与感应电流之间的相位差随之发生改变，从而改变天线辐射的目标角度。
本申请实施例中，由于电容值发生改变，容抗值随之发生改变，电感值发生改变，感抗值随之发生改变，且根据公式二，得到电容和电感皆可以改变电流的相位，即不同电容值所引起的电流的移相量不同，不同电感值所引起的电流的移相量不同，使得激励电流与感应电流之间的相位差发生改变。因此，电抗可调元件可以包括电容和/或电感。
具体地，电抗可调元件可以为至少一个电容和/或至少一个电感的任意串并联形式，可以包括：一个可调电容、多个串联连接的电容、多个并联连接的电容、一个可调电感、多个串联连接的电感、多个并联连接的电感、至少一个电容和至少一个电感的串联形式、至少一个电容和至少一个电感的并联形式等。其中，电容和电感的种类和个数皆不做限定。
在一个具体的实施例中，天线中的第一振子和第二振子之间的间距d保持不变，即d＝λ/4，仅在第二振子靠近参考面的一端设置一个可调电容，因此，感应电流与激励电流之间的天然相位差ζ1保持不变，且该可调电容的容值发生改变，感应电流的相位ζ2随之发生改变，使得激励电流和感应电流之间的相位差ζ＝ζ1+ζ2发生改变，从而调节天线辐射的波束指向。
具体地，当ζ1＝-π/2时，若电容值C＝无穷大使得ζ2＝0，则ζ＝-π/2，波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000121
的方向，如图3a1；若电容值C使得ζ2＝π，则ζ＝π/2，波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000122
的方向，如图3b1。
在另一个具体的实施例中，激励电流和感应电流之间的相位差ζ与第一振子和第二振子之间的间距d没有关联关系，通过在第二振子靠近参考面的一端设置一个可调电容，该可调电容的容值发生改变，使得激励电流和感应电流之间的相位差发生改变，从而调节天线辐射的波束指向。
具体地，若电容值C＝无穷大使得ζ＝-π/2，则波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000123
的方向，如图3c2；若电容值C使得ζ＝π，则波束垂直于轴线指向
Figure GPA0000299668370000124
的方向，如图3b2；若电容值C使得ζ＝2π，则波束沿着轴线指向
Figure GPA0000299668370000125
的方向，如图3a2。
另外，本申请实施例中，天线还可以包括一个有源天线、多个无源天线以及电抗可调元件，可以将电抗可调元件设置在有源振子靠近参考面的一端，和/或，将电抗可调元件设置在至少一个无源振子靠近参考面的一端。
具体地，可以将电抗可调元件设置在有源振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件设置在至少一个无源振子靠近参考面的一端，或者，将电抗可调元件同时设置在有源振子靠近参考面的一端以及至少一个无源振子靠近参考面的一端。
其中，本申请实施例对无源天线的个数不做限定。
进而，通过改变电抗可调元件的电抗值，使得有源振子接收到的激励电流分别与多个无源振子产生的感应电流之间的相位差之和发生改变，从而可以实现天线辐射的目标角度指向用户所需的方向。这样，包括一个有源振子、多个无源振子以及电抗可调元件的天线辐射的波束指向可以为用户指定的任意定向，且多个无源天线的设置可以有效改善天线和包含该天线的终端的发送性能。
其中，包含一个有源振子、多个无源振子以及电抗可调元件的天线与上述图2-图4实施例中包括一个有源振子、一个无源振子以及电抗可调元件的天线在随着电抗可调元件的变化可以使得辐射的目标角度指向用户所需的方向的具体实现原理相同，本申请实施例对此不做赘述。
示例性的，在图5所示实施例的基础上，本申请实施例还提供一种天线。图5为本申请一实施例提供的天线的结构示意图。如图5所示，与图2不同的是，本申请实施例的天线还包括：控制模块(图5中未示出)和电子开关。
其中，电子开关与第二振子串联连接，控制模块分别与电抗可调元件的调节端(图5中未示出)和电子开关的控制端(图5中未示出)连接。
控制模块，用于改变电抗可调元件的电抗值以及电子开关的开闭状态。
本申请实施例中，由于电抗可调元件设置在第二振子靠近参考面的一端，且电子开关与第二振子串联连接，因此，电子开关可以串联连接在第二振子与电抗可调元件之间，或者，电子开关可以依次连接电抗可调元件和第二振子，本申请实施例对此不做限定。并且，控制模块可以通过与电抗可调元件的连接，调节电抗可调元件的电抗值的大小。控制模块还可以通过与电子开关的连接，控制电子开关的打开或闭合的状态。
在需要天线实现全向辐射时，控制模块可以断开电子开关，使得第二振子无法满足谐振条件，第二振子便无法产生感应电流，这样，仅包含第一振子的天线便可全向辐射。
在需要天线实现目标角度的辐射时，控制模块可以根据用户指定的方向，调节电抗可调元件的电抗值的大小，且控制模块闭合电子开关，使得第二振子满足谐振条件，第二振子便产生感应电流。由于激励电流与感应电流之间的相位差随着电抗可调元件的电抗值的改变而改变，因此，天线可以以目标角度进行辐射，实现天线的定向辐射。
其中，控制模块可以为集成芯片或者多个元器件组成的集成电路，本申请实施例对控制模块和电子开关的型号不做限定。
本申请实施例提供的天线，通过电子开关与第二振子的串联连接，控制模块打开电子开关，使得第二振子无法产生感应电流，从而实现天线的全向辐射，再通过控制模块闭合电子开关以及根据实际需求调节电抗可调元件的电抗值，从而实现天线的目标角度的辐射，进而，控制模块与电子开关的设置可以灵活实现天线的全向辐射和定线辐射，满足实际的各种需求。
示例性的，在图1-图5所示实施例的基础上，本申请实施例还提供一种终端。图6为本申请一实施例提供的终端的结构示意图。如图6所示，本申请实施例的终端10可以包括：天线固定部件11和至少一个天线12，天线12设置在天线固定部件11上。其中天线12的结构可参见上述图1-图5所示实施例中的描述，此处不再赘述。
本实施例提供的终端，可以为AP、ONT、路由器等通信终端。
以上的实施方式、结构示意图或仿真示意图仅为示意性说明本申请的技术方案，其中的尺寸比例、仿真数值并不构成对该技术方案保护范围的限定，任何在上述实施方式的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种天线，其特征在于，包括：一个第一振子、一个第二振子和电抗可调元件，所述第一振子为有源振子，第二振子为无源振子；
所述第一振子通过与天线馈电线的电连接，接收激励电流；所述第二振子通过所述第一振子的电磁感应，产生感应电流；
所述电抗可调元件设置在所述第一振子靠近参考面的一端，和，所述电抗可调元件设置在所述第二振子靠近参考面的一端；所述参考面以所述第一振子与所述天线馈电线的连接点为原点并与所述第一振子的轴向垂直；
所述电抗可调元件具有可调的电抗值，用于调节所述激励电流和所述感应电流之间的相位差，所述电抗可调元件的电抗值与所述相位差具有关联关系，所述相位差与所述天线辐射的目标角度具有关联关系；
所述相位差与所述目标角度之间的关联关系是根据如下公式确定的：
Figure FDA0003498852010000011
其中，
Figure FDA0003498852010000012
为所述第一振子与所述第二振子所形成阵列的方向函数，
Figure FDA0003498852010000013
为单元因子函数，
Figure FDA0003498852010000014
为阵因子函数，
Figure FDA0003498852010000015
k＝2π/λ为电磁波的波数，d为所述第一振子与所述第二振子之间的间距，
Figure FDA0003498852010000016
为所述目标角度，ζ为所述激励电流和所述感应电流之间的相位差；
通过调节相位差ζ的取值范围，对所述天线辐射的波束指向进行改变；
所述电抗可调元件的电抗值与所述相位差之间的关联关系通过复数矩阵S表示，所述复数矩阵S通过如下公式确定：
Figure FDA0003498852010000017
其中，jX＝j(XL-XC)为所述电抗可调元件的电抗值，
Figure FDA0003498852010000018
为所述电抗可调元件的容抗值，XL＝ωL为所述电抗可调元件的感抗值，L为所述电抗可调元件的电感值，C为所述电抗可调元件的电容值，w为角频率，R0为特征阻抗。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述相位差还与所述天线的长度和所述第一振子与所述第二振子之间的间距具有关联关系。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一振子和所述第二振子之间的间距为d，其中，0.15λ≤d≤0.5λ，λ为自由空间波长。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，所述第一振子和所述第二振子均为单极子天线；
所述电抗可调元件串联连接在所述第一振子和所述天线馈电线之间；和/或，所述电抗可调元件串联连接在所述第二振子和接地板之间。
5.根据权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，所述第一振子为偶极子天线，所述第二振子为单极子天线；
所述电抗可调元件串联连接在所述第一振子的至少一个臂上；和/或，所述电抗可调元件串联连接在所述第二振子和接地板之间。
6.根据权利要求4或5所述的天线，其特征在于，所述相位差还与所述天线和所述接地板之间的距离以及所述接地板的尺寸具有关联关系。
7.根据权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，所述第一振子和所述第二振子均为偶极子天线；
所述电抗可调元件串联连接在所述第一振子的至少一个臂上；和/或，所述电抗可调元件串联连接在所述第二振子的两个臂之间。
8.根据权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，所述第一振子为单极子天线，所述第二振子为偶极子天线；
所述电抗可调元件串联连接在所述第一振子和所述天线馈电线之间；和/或，所述电抗可调元件串联连接在所述第二振子的两个臂之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的天线，其特征在于，还包括：控制模块和电子开关；
其中，所述电子开关与所述第二振子串联连接，所述控制模块分别与所述电抗可调元件的调节端和所述电子开关的控制端连接；
所述控制模块，用于改变所述电抗可调元件的电抗值以及所述电子开关的开闭状态。
10.根据权利要求1-9任一项所述的天线，其特征在于，所述电抗可调元件包括电容和/或电感。
11.一种终端，其特征在于，包括天线固定部件和如权利要求1-9任一项所述的至少一个天线，所述天线设置在所述天线固定部件上。
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