CN106025554A - 波束形成天线 - Google Patents

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wave beam
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李承焕
成元模
金期皓
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Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Kespion Co Ltd
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Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
EMW Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

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Abstract

本发明提供一种波束形成天线，包括：至少一个辐射元件；多个寄生元件，位于所述辐射元件的周边，包括多个单位元件及连接所述多个单位元件的至少一个开关；及控制部，控制所述至少一个开关的开闭。

Description

波束形成天线
技术领域
本发明涉及一种能够变更波束的指向特性(directional characteristics)的波束形成天线。
背景技术
一般地说，邻接辐射元件的、短于半波长(λ/2)的无源(parasitic)元件能够与辐射元件耦合而加强信号的指向特性。相反，具有长度大于半波长的无源元件无法反射由辐射元件辐射的电磁波。无源元件的这种特征用于八木天线等指向性天线。
目前，5G等移动通信领域向构成多频带并利用波束图型的转向特性的方向进化，若将上述技术适用到移动通信领域，则无法使天线的大小小型化，会增加天线构成的复杂度。尤其，多频带的构成存在信号的相互干涉等问题。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明要解决的技术问题是提供一种如下的波束形成天线：能够适用于各种频带，能够容易地变更波束的指向特性。
(解决问题的手段)
根据本发明的一实施例提供一种波束形成天线，包括：至少一个辐射元件；多个寄生元件，位于所述辐射元件的周边，包括多个单位元件及连接所述多个单位元件的至少一个开关；及控制部，控制所述至少一个开关的开闭。
所述控制部可控制至少一个开关的开闭，以使多个寄生元件的作用确定为导波器或反射器。
在所述波束形成天线中，控制部可将多个寄生元件中的至少一个寄生元件的作用定为反射器，使在多个寄生元件中除了至少一个寄生元件之外的其余寄生元件的作用定为导波器。
在所述波束形成天线中，控制部可基于波束形成天线的工作频率而将多个寄生元件的作用定为导波器或反射器中的其中一个。
在所述波束形成天线中，控制部可控制至少一个开关的开闭而使得由辐射元件辐射的波束向多个寄生元件的长度方向倾斜。
在所述波束形成天线中，至少一个开关能够以直线连接多个单位元件。
在所述波束形成天线中，多个单位元件的个数可多于至少一个开关的个数。
在所述波束形成天线中，多个单位元件中的一个单位元件的长度值可小于对应波束形成天线的最大工作频率的第一波长的1/4。
在所述波束形成天线中，一个寄生元件的长度值可大于对应波束形成天线的最小工作频率的第二波长的1/2。
在所述波束形成天线中，多个寄生元件可位于从辐射元件远离既定距离的位置。
在所述波束形成天线中，多个寄生元件可与辐射元件平行。
(发明的效果)
根据本发明的一实施例，利用多个开关而调整单位元件的连接个数，适应性地控制位于辐射元件周边的寄生元件的长度，从而使得波束形成天线的工作频率多样化，容易控制波束的指向特性。
附图说明
图1a及图1b是图示根据本发明的一实施例的波束形成天线的图。
图2是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
图3是图示根据本发明的一实施例的波束形成天线所形成的辐射方向图的图。
图4是图示根据本发明的实施例的波束形成天线所形成的其他辐射方向图的图。
图5是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
图6是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
图7是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
具体实施方式
下面，参照附图而详细说明本发明的实施例，使得在本发明所属技术领域具有一般知识的人能够容易实施。但是，本发明可体现为多种相异的形态，并不限定于在此说明的实施例。而且，为了清楚地说明本发明，附图中省略了与说明无关的部分，对整个说明书中类似的部分附加了类似的附图符号。
图1a及图1b是图示根据本发明的一实施例的波束形成天线的图。
图1a是根据本发明的一实施例的波束形成天线的剖视图，图1b是根据本发明的一实施例的波束形成天线的正面图。参照图1a，根据本发明的一实施例的波束形成天线包括：一个辐射元件110(Radiation Element，RE)；多个寄生元件120(Parasitic Element，PE)，围绕在辐射元件的周围。辐射元件110能够收发具有相互不同频率的信号。
参照图1a，各寄生元件120位于从辐射元件110远离既定距离的位置，这时，各寄生元件120与辐射元件110之间的距离，对于所有寄生元件120而言都可以采用相同的距离。
参照图1b，根据本发明的一实施例的波束形成天线包括辐射元件110、多个寄生元件120及控制部130。并且，多个寄生元件120连接到控制部130。这时，控制部130若包括向辐射元件110馈电信号的馈电部(未图示)，则辐射元件110可与控制部连接。
多个寄生元件120包括沿着y方向(竖直方向)排列的多个单位元件121。本发明的一实施例中，各单位元件121的长度可根据波束形成天线的工作频率而决定。例如，若波束形成天线的最大工作频率为f1，对应于此的波长为λ1，则一个单位元件121的长度可以是小于λ1/2的值。而且，若波束形成天线的最小工作频率为f2(这时，f1﹥f2)，对应于此的波长为λ2，则一个寄生元件120的长度(即，包括多个单位元件及至少一个开关的一个寄生元件的整体长度)可以是大于λ2/2的值。
针对根据本发明的一实施例的波束形成天线而言，一个寄生元件120所包括的多个单位元件121可通过至少一个开关122相互连接。即，一个寄生元件120中，各开关122可独立开启和关闭，位于已关闭开关的两端的单位元件能够有机地连接而形成辐射方向图。即，根据本发明的一实施例的波束形成天线，根据开关的开闭位置确定寄生元件的作用(导波器或反射器)，根据寄生元件的作用的变更，可生成多种形态的辐射方向图。并且，根据本发明的一实施例的波束形成天线，可根据开关的开闭位置而在多个工作频率中工作。
控制部130根据波束形成天线的工作频率而适应性地开闭寄生元件所包括的至少一个开关。即，控制部130可根据施加到辐射元件的信号的频率，变更多个寄生元件的作用。例如，若波束形成天线的工作频率为f1，则控制部130通过控制多个寄生元件中第一寄生元件所包括的开关的开闭，来使第一寄生元件以导波器方式工作，通过控制多个寄生元件中被包括在第二寄生元件的开关的开闭而使第二寄生元件以发射器方式工作。即，控制部130可根据波束形成天线的工作频率，适应性地调整被工作为导波器或反射器的寄生元件的个数，本发明的一实施例中，控制部130可用处理器等实现。
图2是图示根据根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
参照图2，第一寄生元件2201及第二寄生元件2202包括9个单位元件221，包括于第一寄生元件2201及第二寄生元件2202的各单位元件通过开关222或223而相互连接。在本发明的一实施例中，连接到关闭的开关222的两边的单位元件将被短路(short)，连接到开启的开关223的两边的单位元件将被开路(open)。以下，包括在寄生元件的单位元件及开关的编号从附图的上方到下方依次增加。
在图2的左侧图示的第一寄生元件2201包括9个单位元件221、6个关闭的开关222(switch on)及2个开启的开关223(switch off)。第一寄生元件2201的第一及第二单位元件相互连接，第三、第四、第五、第六及第七单位元件相互连接，第八及第九单位元件相互连接，从而第一无源元件2201能够以导波器(director)方式工作。在图2的右侧图示的第二寄生元件2202所包括的所有单位元件221通过关闭的开关222而全部相互连接，由此，第二寄生元件2202可以反射器(reflector)方式工作。
图3是图示根据本发明的一实施例的波束形成天线形成的辐射方向图的图。
参照图3的(a)，位于辐射元件310的周边的四个寄生元件中，位于左侧的第一寄生元件321以反射器方式工作，其余寄生元件以导波器方式工作，从而形成向右侧倾斜的辐射方向图。参照图3的(b)，位于辐射元件310周边的四个寄生元件中，位于上侧的第二寄生元件322以反射器方式工作，其余寄生元件工作为导波器，从而形成向下方倾斜的辐射方向图。参照图3的(c)，位于辐射元件310的周边的四个寄生元件中，位于右侧的第三寄生元件323工作为反射器，其余寄生元件工作为导波器，从而形成向左侧倾斜的辐射方向图。参照图3的(d)，位于辐射元件310的周边的四个寄生元件中，位于下方的第四寄生元件324工作为反射器，其余寄生元件工作为导波器，从而形成向上方倾斜的辐射方向图。
图4是图示根据本发明的实施例的波束形成天线形成的另一辐射方向图的图。
参照图4的(a)，位于辐射元件410的周边的四个寄生元件中，位于左侧的第一寄生元件421及位于下方的第二寄生元件422工作为反射器，其余寄生元件工作为导波器，从而可形成向右侧上方45度方向倾斜的辐射方向图。参照图4的(b)，在位于辐射元件410周边的四个寄生元件中，位于左侧、上方及右侧的第三、第四及第五寄生元件423、424、425工作为反射器，其余寄生元件工作为导波器，从而可形成向下方倾斜的辐射方向图。参照图4的(c)，在位于辐射元件410的周边的四个寄生元件中，位于左侧及右侧的第六及第七寄生元件426、427工作为反射器，其余寄生元件工作为导波器，从而可形成沿着上下的长长的辐射方向图。参照图4的(d)，位于辐射元件410的周边的四个寄生元件中，四个寄生元件全部以导波器方式，从而形成弯曲的圆形的辐射方向图。
图5是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
参照图5(a)，在位于左侧的无源元件1(510)中开启3号开关及6号开关而使寄生元件1(510)工作为导波器，在位于右侧的寄生元件2(520)中开启2号开关及7号开关而使寄生元件2(520)工作为反射器。
参照图5(b)，位于左侧的寄生元件3(530)及位于右侧的寄生元件4(540)中都开启3号开关及6号开关而使寄生元件3(530)及寄生元件4(540)全部工作为导波器。
图6是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
参照图6的(a)，两个寄生元件621、622中都开启3号开关及6号开关，从而使得波束从辐射元件611向x方向(水平方向)平行地辐射。
参照图6的(b)，两个寄生元件623、624中开启2号开关、5号开关及8号开关，从而使得波束从辐射元件向y方向(竖直方向)倾斜地辐射。即，根据本发明的另一实施例的波束形成天线的控制部以寄生元件的中心为基准，非对称地开闭开关，从而辐射向竖直方向倾斜的波束。
图7是图示根据本发明的另一实施例的波束形成天线的图。
参照图7，根据本发明的另一实施例的波束形成天线包括多个辐射元件(711至71n)、位于多个辐射元件周边的多个寄生元件721、722及控制部730。
图7图示的根据本发明的另一实施例的波束形成天线呈现图1图示的根据本发明的一实施例的n个波束形成天线沿着竖直方向长长地连接的模样。图7中，多个辐射元件(711至71n)被施加相互不同的信号，由控制部730控制向多个辐射元件(711至71n)施加的信号，从而使波束的竖直方向倾斜角度(tilting angle)形成得更大。
根据如上述的本发明的实施例，利用多个开关而调整单位元件的连接个数，适应性地控制位于辐射元件周边的寄生元件的长度，从而使得波束形成天线的工作频率多样化，容易控制波束的指向特性。
以上详细说明了本发明的实施例，但本发明的权利范围并不限定于此，本领域从业者利用权利要求范围中定义的本发明的基本概念而进行的多种变形及改良形态也属于本发明的权利范围。

Claims (11)

1.一种波束形成天线，其特征在于，包括：
至少一个辐射元件；
多个寄生元件，位于所述辐射元件的周边，包括多个单位元件及连接所述多个单位元件的至少一个开关；及
控制部，控制所述至少一个开关的开闭。
2.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述控制部控制所述至少一个开关的开闭，以使所述多个寄生元件的作用确定为导波器或反射器。
3.根据权利要求2所述的波束形成天线，其特征在于，
所述控制部，使所述多个寄生元件中的至少一个寄生元件的作用定为反射器，使在所述多个寄生元件中除了所述至少一个寄生元件之外的其余寄生元件的作用定为导波器。
4.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述控制部基于所述波束形成天线的工作频率，将所述多个寄生元件的作用定为导波器或反射器中的其中一个。
5.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述控制部控制所述至少一个开关的开闭，以使得由所述辐射元件辐射的波束向多个寄生元件的长度方向倾斜。
6.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述至少一个开关以直线连接所述多个单位元件。
7.根据权利要求6所述的波束形成天线，其特征在于，
所述多个单位元件的个数多于所述至少一个开关的个数。
8.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述多个单位元件中的一个单位元件的长度值小于对应所述波束形成天线的最大工作频率的第一波长的1/4。
9.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
一个寄生元件的长度值大于对应所述波束形成天线的最小工作频率的第二波长的1/2。
10.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述多个寄生元件位于从所述辐射元件远离既定距离的位置。
11.根据权利要求1所述的波束形成天线，其特征在于，
所述多个寄生元件与所述辐射元件平行。
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