CN102386488B - 可切换电波极化方向的天线和电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可切换电波极化方向的天线和电路及方法，通过输入的两个直流偏置电压V1和V2的电压高低组合以及第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2的电气特性在馈电、开路和短路这3个状态间切换转变，收发电波的极化分别对应着水平、垂直、左旋和右旋这4种方式。本发明的有益效果在于：仅利用了2个直流电压来完成4种状态的电气控制，减少了控制逻辑实现的复杂度、响应时间和成本，可以在更加复杂的无线通信条件下保证通信的质量，同时具有较小的尺寸结构可以方便地和通信期器件电路集成，便于手持设备的应用。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及到一种可切换电波极化方向的天线和电路及方法。
背景技术
最近随着无线通信技术被广泛应用于智能手机以及汽车监控等领域，对天线构造提出了许多新的要求，包括小型化和高效化。天线要足够小巧便于携带，同时要能够保证较高的增益来减小对电量的消耗。由于用户对设备的放置和握持情况的随意性，天线的极化状态不可以预测，从而难以避免由于电波极化损耗带来的信号质量下降。
现有的电波极化切换天线构造只能够对部分极化进行切换，比如只能对园极化中的左旋和右旋进行切换，或者只能对线极化和圆极化进行切换。此外，现有的电波极化切换天线构造的尺寸比较大，一般需要λ/2xλ/2的面积(λ是一个波长)。还有，一般的RF开关电路使用2个直流电压来控制两个RF馈点的2种组合状态。并未出现通过两个直流电压来控制两个馈电点的4种组合状态的电路。
综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种可切换电波极化方向的天线和电路及方法，以解决以上提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可切换电波极化方向的天线和电路及方法，通过两个直流偏置电压来控制两个馈电点的4种组合状态的电路，从而实现本发明的目的。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种可切换电波极化方向的天线和电路，其特征在于，
所述天线的主体为一基板，基板的一面设置有第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2，所述第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2上分别安装有一倒-F天线，所述倒-F天线沿基板的对角线对称，通过馈电微带线和电路相连；
所述电路包括第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2，直流偏置电压V1和V2，高频信号输入端和输出端RF，二极管D1～D5，三极管T1和T2，电感L1、L2和L3，电容C1～C7；
所述第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2之间依次串联有电容C1、电容C2、二极管D2、电感L1、二极管D3、电感L2、电感L3、电容C3和电容C4；所述电容C1和电容C2之间连接有一接地的二极管D1，电感L2和电感L3之间连接有一接地的二极管D4，电容C3和电容C4之间连接有一接地的二极管D5；
所述电容C2和二极管D2之间连接直流偏置电压V1，所述直流偏置电压V1通过电容C5接地，并且连接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接地，三极管T1的极电极连接二极管D1，并连接直流偏置电压V2；
所述二极管D3和电感L2之间通过电容C6连接高频信号输入端和输出端RF，并且连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，并连接二极管D5；三极管T2集电极连接直流偏置电压V2，直流偏置电压V2通过电容C7接地。
进一步，所述所述天线的构造尺寸为λ/4*λ/4。
一种电波极化方向的天线和电路的切换方法，其特征在于，所述方法通过输入的两个直流偏置电压V1和V2的电压高低组合以及第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2的电气特性在馈电、开路和短路这3个状态间切换转变，收发电波的极化分别对应着水平、垂直、左旋和右旋这4种方式。
本发明的有益效果在于：仅利用了2个直流电压来完成4种状态的电气控制，减少了控制逻辑实现的复杂度、响应时间和成本，可以在更加复杂的无线通信条件下保证通信的质量，同时具有较小的尺寸结构可以方便地和通信期器件电路集成，便于手持设备的应用。
附图说明
图1为本发明所述的天线和馈电点的示意图。
图2为本发明所述的天线和馈电点的仿真结构图。
图3为本发明所述的电路结构示意图。
图4为本发明的轴比方向仿真结果图。
图5为本发明的圆右旋圆极化仿真结果图。
图6为本发明的垂直极化方向图仿真结果图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1和图2所示，本发明所述的一可切换电波极化方向的天线和电路，包括天线和电路两部分，所述天线的主体为一基板，基板的一面设置有第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2，所述第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2上分别安装有一倒-F天线，所述倒-F天线沿基板的对角线对称，通过馈电微带线和电路相连；
如图3所示，所述电路包括第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint2，直流偏置电压V1和V2，高频信号输入端和输出端RF，二极管D1～D5，在有正向偏置电压的情况下，可以让高频信号通过，在没有正向偏置电压的情况下呈开路，阻碍高频信号的通过；三极管T1和T2；电感L1、L2和L3，对于高频信号起到阻碍作用，但是直流分量可以直接通过；电容C1～C7，对于高频信号能够直接通过，但是阻碍直流分量的通过；λ/4的天线在高频时对负载阻抗有转换作用，比如，如果负载阻抗是短路的状态下，传输线的输入端可以看作是开路状态。
所述第一馈电点FeedPoint 1和第二馈电点FeedPoint 2之间依次串联有电容C1、电容C2、二极管D2、电感L1、二极管D3、电感L2、电感L3、电容C3和电容C4；所述电容C1和电容C2之间连接有一接地的二极管D1，电感L2和电感L3之间连接有一接地的二极管D4，电容C3和电容C4之间连接有一接地的二极管D5；
所述电容C2和二极管D2之间连接直流偏置电压V1，所述直流偏置电压V1通过电容C5接地，并且连接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接地，三极管T1的极电极连接二极管D1，并连接直流偏置电压V2；
所述二极管D3和电感L2之间通过电容C6连接高频信号输入端和输出端RF，并且连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，并连接二极管D5；三极管T2集电极连接直流偏置电压V2，直流偏置电压V2通过电容C7接地。
通过输入的两个直流电压(V1和V2)的电压高低组合，馈电点的电气特性可以在馈电、开路和短路这3个状态间切换转变，收发电波的极化分别对应着水平、垂直、左旋和右旋这4种方式。如下表所示：
表1馈电方式组合和辐射特性的关系
通过表1可见，任一组合总有一个馈电点处于馈电状态。而另外一个馈电点是开路状态，相应的倒-F天线也会参与辐射，从而形成圆极化的效果。而另外一个馈电点若是短路状态相应的倒-F天线将不会参与辐射，从而形成线极化的效果。
(1)V1-高V2-低
对于RF信号，可以通过D2、D3和D4。由于D4和地相连，高频信号将全部反射回来，经过L2的阻抗变换后，变成开路状态，因此右端对RF没有影响。同样，由于L3的作用，D4的短路状态变换后，FeedPoint2可以看成是开路。
(2)V1-低V2-高
RF信号不受D4、D5和T2的影响，直接向FeedPoint2馈点。FeedPoint1由于受D1的作用，处于短路状态。
(3)V1-高V2-高
T2在V1和V2的作用下，处于导通状态，D4和D5也处在导通状态。因此，FeedPoint2此时被短路。T1在V1和V2的作用下，也处于导通状态，D1上的偏置电压近似为零，此时FeedPoint1处于馈电状态。
(4)V1-低V2-低
由于D2未导通，FeedPoint1处于开路状态，FeedPoint2端不受D3和D4以及T2的影响，处于馈电状态。
图4-图6为验证结果，因为构造是完全的对角线对称，给出(1)FeedPoint1馈电+FeedPoint2开路(右旋圆极化)和(2)FeedPoint1馈电+FeedPoint2短路(垂直极化)的结果后，另外两种情况下的辐射特性也就可以明白了。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种可切换电波极化方向的天线，其特征在于，
所述天线的主体为一基板，基板的一面设置有第一馈电点FeedPoint1和第二馈电点FeedPoint2，所述第一馈电点FeedPoint1和第二馈电点FeedPoint2上分别安装有一倒F天线，所述倒F天线沿基板的对角线对称，通过馈电微带线和电路相连；
所述电路包括所述第一馈电点FeedPoint1和所述第二馈电点FeedPoint2，直流偏置电压V1和V2，高频信号输入端和输出端RF，二极管D1～D5，三极管T1和T2，电感L1、L2和L3，电容C1～C7；
所述第一馈电点FeedPoint1和所述第二馈电点FeedPoint2之间依次串联有电容C1、电容C2、二极管D2、电感L1、二极管D3、电感L2、电感L3、电容C3和电容C4；所述电容C1和电容C2之间连接有一接地的二极管D1，电感L2和电感L3之间连接有一接地的二极管D4，电容C3和电容C4之间连接有一接地的二极管D5；
所述电容C2和二极管D2之间连接直流偏置电压V1，所述直流偏置电压V1通过电容C5接地，并且连接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极连接二极管D1，并连接直流偏置电压V2；
所述二极管D3和电感L2之间通过电容C6连接高频信号输入端和输出端RF，并且连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，并连接二极管D5；三极管T2集电极连接直流偏置电压V2，直流偏置电压V2通过电容C7接地。
2.根据权利要求1所述的一种可切换电波极化方向的天线，其特征在于，所述天线的构造尺寸为λ/4×λ/4，λ为工作波长。
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