CN105846079B - 波束方向可重构的天线及波束扫描范围可重构的天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束方向可重构的天线及波束扫描范围可重构的天线阵列。该天线包括：本体、第一弹性膜、第一介质、曲率调节单元以及至少一个天线单元；第一弹性膜粘接于本体上，第一弹性膜与本体围合形成第一可变容积腔；第一介质填充在第一可变容积腔中，第一弹性膜能够根据第一介质的体积或压力变化而弹性形变；曲率调节单元用于通过使第一介质的压力或体积变化而使第一弹性膜的曲率发生变化；至少一个天线单元粘接于所述第一弹性膜的外表面上，用于接收或发送无线信号。本发明提供的天线可以非常灵活地大范围改变天线的波束方向，采用该天线的天线阵列的波束扫描范围也很大，而且波束扫描范围可随时重构。

Description

波束方向可重构的天线及波束扫描范围可重构的天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种波束方向可重构的天线及波束扫描范围可重构的天线阵列。

背景技术

对于一个特定的天线，其能接收空间中某一方向的波束或向空间辐射某一方向的波束。在现有技术中，改变该特定天线的波束的方向有两种方法。一种方法是机械地改变天线的几何方向；另一种是通过移相器改变天线的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。采用第一种方法形成的天线阵列通常称为机械式天线阵列，这种天线阵列通过机械运动来改变天线阵列的空间位置及角度，从而改变波束扫描范围。采用第二种方法形成的天线阵列通常称为相控阵天线，这种天线通过移相器来改变辐射或接收波束的方向，从而改变波束扫描范围。然而，机械式天线阵列具有波束指向不灵活、无法快速扫描以及使用寿命短等缺点。相控阵天线具有设备结构复杂、造价昂贵、波束扫描范围有限的缺点，其最大扫描角为90°～120°。

因此，现有技术的天线及天线阵列都各自存在一些缺陷。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种波束方向可重构的天线及波束扫描范围可重构的天线阵列。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，提供了一种波束方向可重构的天线，包括：本体、第一弹性膜、第一介质、曲率调节单元以及至少一个天线单元；所述第一弹性膜粘接于所述本体上，所述第一弹性膜与所述本体围合形成第一可变容积腔；所述第一介质填充在所述第一可变容积腔中，所述第一弹性膜能够根据第一介质的体积或压力变化而弹性形变；所述曲率调节单元用于通过使所述第一介质的压力或体积变化而使所述第一弹性膜的曲率发生变化；所述至少一个天线单元粘接于所述第一弹性膜的外表面上，用于接收或发送无线信号。

优选地，所述第一介质为液体或胶体。

优选地，所述第一介质含有掺杂剂。

优选地，所述天线单元的个数为多个，多个天线单元有序地分布在所述第一弹性膜的外表面上。

优选地，所述本体具有容纳部，所述容纳部具有一开口端；所述第一弹性膜将所述开口端密封，从而形成所述第一可变容积腔。

优选地，所述本体具有容纳部，所述容纳部具有两个开口端；所述波束方向可重构的天线还包括第二弹性膜；所述第一和第二弹性膜分别将所述两个开口端密封。

优选地，所述容纳部分别与所述两个开口端连通，所述第一弹性膜、第二弹性膜和所述本体围合形成所述第一可变容积腔。

优选地，所述容纳部内设置有隔板，将容纳部分成不连通的第一容纳部和第二容纳部；所述第一弹性膜密封第一容纳部，从而形成第一可变容积腔；所述第二弹性膜密封第二容纳部，从而形成第二可变容积腔。

优选地，所述隔板与所述本体一体成型。

优选地，所述第二可变容积腔填充第二介质；所述曲率调节单元还用于通过使所述第二介质的压力或体积变化而使所述第二弹性膜的曲率发生变化。

优选地，所述第二介质与所述第一介质相同。

优选地，所述第二介质为胶体或液体。

优选地，所述本体具有容纳部，所述容纳部内设置有多个隔板，从而将所述容纳部分隔成多个具有一开口端的子容纳部；所述波束方向可重构的天线包括多个第一弹性膜；所述多个第一弹性膜分别用于密封多个子容纳部的开口端，从而形成多个可变容积腔。

优选地，所述曲率调节单元为磁场施加单元、电场施加单元或介质注入/排出单元。

另一方面，还提供了一种波束扫描范围可重构的天线阵列，包括至少两个上述的波束方向可重构的天线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明提供的第一实施例天线结构示意图；

图2是图1所示的天线的俯视图；

图3是图1中的本体结构示意图；

图4是本发明提供的第二实施例天线结构示意图；

图5是图4中的本体一个实施例结构示意图；

图6是本发明提供的第二实施例天线结构示意图；

图7是图6中的本体结构示意图；

图8是本发明提供的第三实施例本体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种波束方向可重构的天线，参见图1～3，该天线包括：本体11、第一弹性膜12、第一介质13、曲率调节单元14以及至少一个天线单元15。第一弹性膜12粘接于本体11上，第一弹性膜12与本体11围合形成第一可变容积腔16。第一介质13填充在第一可变容积腔16中，第一弹性膜12能够根据第一介质13的体积或压力变化而弹性形变。曲率调节单元14用于通过使第一介质13的压力或体积变化而使第一弹性膜12的曲率发生变化。至少一个天线单元15粘接于第一弹性膜12的外表面121上，用于接收或发送无线信号。

进一步地，第一介质为13液体或胶体，如水、电介质或磁介质等。

进一步地，如图1所示，第一介质13可包含掺杂剂17。掺杂剂可以用来改变第一介质13的电性质或磁性质。

在本实施例中，天线单元15设置在第一弹性膜12的外表面，因此天线单元15的方向会随着第一弹性膜12的曲率的变化而变化。例如，当在第一可变容积腔16中填充更多的第一介质13时，第一弹性膜12的曲率会变大，位于两边的天线单元15与位于中间的天线单元15之间的角度会变大，那么整个天线的波束扫描范围就变大。相反，当从第一可变容积腔内排出一些第一介质13时，第一弹性膜12的曲率就会变小，当然，当第一介质13是电介质时，就可以通过曲率调节单元14施加电场来改变第一介质13所产生的压力，从而改变第一弹性膜12的曲率。当第一介质13是磁介质时，就可以通过曲率调节单元14施加磁场来改变第一介质13所产生的压力，从而改变第一弹性膜12的曲率。通过上述三个方法，都可以达到精确调节天线的波束方向的效果。而且，本实施例的天线无需通过机械转动来调节方向，也无需付出高昂的成本来实现波束扫描范围可重构。

具体地，如图3所示，本体11具有容纳部112。容纳部112具有一开口端111。第一弹性膜12将开口端111密封，从而形成第一可变容积腔16。第一弹性膜12可以直接或通过密封胶粘接到本体11上。在本发明提供的优选实施例中，还可以设置一些加固或保护装置来保证第一弹性膜12与本体11之间的紧密连接。

进一步地，如图2所示，可在第一弹性膜12的外表面121上设置多个天线单元15。天线单元15可以无规则地随意分布在第一弹性膜12上。在本发明提供的优选实施例中，多个天线单元15有序地分布在第一弹性膜12的外表面121上。例如，天线单元15可以沿着某一条或某两条曲线(例如曲线L1、L2、L3或L4)分布，也可以沿着某一个圆周(例如圆周L6)分布。当然，还可以以中心点O为中心，对称地分布若干个天线单元15。

实施例二

本实施例提供了另一种波束方向可重构的天线，如图4所示，该天线包括：本体21、第一弹性膜22、第一介质23、曲率调节单元24、至少一个天线单元25以及第二弹性膜27。第一弹性膜22和第二弹性膜27粘接于本体21上，第一弹性膜22、第二弹性膜27与本体21围合形成第一可变容积腔26。第一介质23填充在第一可变容积腔26中，第一弹性膜22与第二弹性膜27能够根据第一介质23的体积或压力变化而弹性形变。曲率调节单元24用于通过使第一介质23或第二弹性膜27的压力或体积变化而相应地使第一弹性膜22或第二弹性膜27的曲率发生变化。至少一个天线单元25分别粘接于第一弹性膜22和第二弹性膜27的外表面上，用于接收或发送无线信号。

进一步地，第一介质为23液体或胶体，如水、电介质或磁介质等。

进一步地，如上述实施例一所阐述的，第一介质23可包含掺杂剂。掺杂剂可以用来改变第一介质23的电性质或磁性质。

在本实施例中，多个天线单元25分别设置在第一弹性膜22和第二弹性膜27的外表面，因此通过调节本体21的厚度和第一和第二弹性膜的曲率，甚至可以将天线的波束扫描范围最大调整到将近360°。因此，通过本发明提供的天线，可快速地大范围调整波束扫描范围，使得本发明的天线灵活度高。

具体地，如图5所示，本体21具有容纳部212。容纳部212具有两个开口端211和213。第一弹性膜22和第二弹性膜27分别将开口端211和213密封，从而形成第一可变容积腔26。第一弹性膜22和第二弹性膜27可以直接或通过密封胶粘接到本体21上。在本发明提供的优选实施例中，还可以设置一些加固或保护装置来保证第一弹性膜22和第二弹性膜27与本体21之间的紧密连接。容纳部212分别于两个开口端211和213连通，如图5中的箭头所示，上开口端211与下开口端213贯通。

进一步地，如图6和7所示，容纳部212内还可设置隔板214，从而将容纳部212分成不连通的第一容纳部212a和第二容纳部212b。第一弹性膜22密封第一容纳部212a，从而形成第一可变容积腔261。第二弹性膜27密封第二容纳部212b，从而形成第二可变容积腔262。第二可变容积腔262填充第二介质28。曲率调节单元24还用于通过使第二介质28的压力或体积变化而使第二弹性膜27的曲率发生变化。

第二介质28可以与第一介质23相同，也可以与第一介质23不同。当需要对天线单元25进行统一调节时，可选第一介质23与第二介质28相同。当需要分别对位于第一弹性膜22和第二弹性膜27进行调节时，可选用第一介质23与第二介质28不同，例如，可选用第一介质23为电介质，选用第二介质28为磁介质。当然，曲率调节单元24的数量也可以为多个，用于分别对第一介质23和第二介质28的曲率进行调节。应理解，第二介质28可以为液体或胶体。

优选地，隔板214与本体21一体成型。在本发明提供的其他实施例中，隔板214也可以是可拆卸的结构。

实施例三

本实施例提供了一种本体的结构示意图，参见图8，本体31具有容纳部，容纳部内设置有多个隔板312，从而将容纳部分隔成多个具有一开口端311的子容纳部313。采用此种本体的波束方向可重构的天线包括多个第一弹性膜(结合图4，如弹性膜22和27)。所述多个第一弹性膜分别用于密封多个子容纳部的开口端311，从而形成多个可变容积腔(结合图6，如可变容积腔262和261)。

采用该本体的天线可包括多个天线单元，分别设置在多个第一弹性膜上。所形成的多个可变容积腔内可填充一种或多种介质。根据所填充的介质的种类，曲率调节单元也可以相应地采用多种，例如可包括磁场施加单元、电场施加单元和介质注入/排出单元。通过相应的曲率调节单元，可针对性地改变介质的体积或压力。

应理解，本发明实施例中所列举的本体的形状只是用于阐述本发明，并不是用来限制本发明。本发明的本体的结构可以为圆柱、长方体或球形，还可以为其他不规则的形状。

通过设置多个弹性膜，可以单独地控制各个方向的天线的波束扫描范围，从而使天线可以适用于多种需求的应用。

实施例四

本实施例提供了另一种波束方向可重构的天线阵列，该天线阵列包括至少两个如上述实施例一至三任意一个实施例所描述的波束方向可重构的天线。

本实施例通过将至少两个波束方向可重构的天线组成天线阵列，从而可以全方位地调节波束扫描范围，尤其适用于超大规模集成电路中。在超大规模集成电路中，设置机械式天线阵列是不现实的，采用相控阵天线成本高、功耗也高。而采用本申请的天线阵列，不但可以实现如机械式天线那样大的波束扫描范围，又可以实现相控阵天线的灵活度，而且成本还很低，适用于超大规模集成电路。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种波束方向可重构的天线，其特征在于，包括：

本体、第一弹性膜、第一介质、曲率调节单元以及至少一个天线单元；

所述第一弹性膜粘接于所述本体上，所述第一弹性膜与所述本体围合形成第一可变容积腔；所述本体具有容纳部，所述容纳部具有第一开口端；所述第一弹性膜将所述第一开口端密封，从而形成所述第一可变容积腔；

所述第一介质填充在所述第一可变容积腔中，所述第一弹性膜能够根据第一介质的体积或压力变化而弹性形变；

所述曲率调节单元用于通过使所述第一介质的压力或体积变化而使所述第一弹性膜的曲率发生变化；

所述至少一个天线单元粘接于所述第一弹性膜的外表面上，用于接收或发送无线信号。

2.根据权利要求1所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述第一介质为液体或胶体。

3.根据权利要求2所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述第一介质含有掺杂剂。

4.根据权利要求1所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述天线单元的个数为多个，多个天线单元有序地分布在所述第一弹性膜的外表面上。

5.根据权利要求1所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述容纳部具有第二开口端；所述波束方向可重构的天线还包括第二弹性膜；所述第一和第二弹性膜分别将两个开口端密封。

6.根据权利要求5所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述容纳部分别与所述两个开口端连通，所述第一弹性膜、第二弹性膜和所述本体围合形成所述第一可变容积腔。

7.根据权利要求5所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述容纳部内设置有隔板，将容纳部分成不连通的第一容纳部和第二容纳部；所述第一弹性膜密封第一容纳部，从而形成第一可变容积腔；所述第二弹性膜密封第二容纳部，从而形成第二可变容积腔。

8.根据权利要求7所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述隔板与所述本体一体成型。

9.根据权利要求7所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述第二可变容积腔填充第二介质；所述曲率调节单元还用于通过使所述第二介质的压力或体积变化而使所述第二弹性膜的曲率发生变化。

10.根据权利要求9所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述第二介质与所述第一介质相同。

11.根据权利要求9所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述第二介质为胶体或液体。

12.根据权利要求1所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述容纳部内设置有多个隔板，从而将所述容纳部分隔成多个具有一开口端的子容纳部；所述波束方向可重构的天线包括多个第一弹性膜；所述多个第一弹性膜分别用于密封多个子容纳部的开口端，从而形成多个可变容积腔。

13.根据权利要求1所述的波束方向可重构的天线，其特征在于，所述曲率调节单元为磁场施加单元、电场施加单元或介质注入/排出单元。

14.一种波束扫描范围可重构的天线阵列，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-13任意一项所述的波束方向可重构的天线。