CN108511895A - 一种双环结构及基于该结构的缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双环结构及基于该结构的缝隙天线，该双环结构包括两条下金属条带、与下金属条带对应设置的上金属条带，所述上金属条带与下金属条带的两端分别通过金属柱连接以构成两个对称的寄生环，所述寄生环上设置有控制寄生环通断的开关管和用于控制开关管的偏置电路。其通过上金属条带、下金属条带和金属柱构成寄生环对，通过控制寄生环对的开断实现对实现方向图重构，由于其依赖于缝隙的原有工作模式，因此方向图指向有更大的变化空间；此外，不需要增加网络和阵元数目，结构简单且占用面积小。

Description

一种双环结构及基于该结构的缝隙天线

技术领域

本发明涉及缝隙天线技术领域，具体涉及一种双环结构及基于该结构的缝隙天线。

背景技术

对于无线通信终端设备而言，缝隙天线以其易于集成、结构简单、成本低廉的特点成为一种广泛使用的天线形式。但是传统缝隙天线都工作在天线的基础模式，即双向辐射侧射模式。拓展基本缝隙天线的工作模式，可以使一副天线满足多功能、多种工作环境的需要，使天线具备高集成度、小型化的优势。

可重构技术利用开关二极管控制馈电网络或天线辐射体，使一副天线在开关控制的作用下具备多种工作模式，实现多个天线的功能。可重构技术在缝隙天线中的应用大多数为频率可重构，对于方向图可重构，现有技术和文献大多通过组阵实现，增加了馈电网络、结构复杂、占用面积大。而对于单缝天线的研究很少，且方向图仅能在原有侧射缝隙模式的基础上产生小幅度改变。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种双环结构及基于该结构的缝隙天线。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双环结构，包括两条下金属条带、与下金属条带对应设置的上金属条带，所述上金属条带与下金属条带的两端分别通过金属柱连接以构成两个对称的寄生环，所述寄生环上设置有控制寄生环通断的开关管和用于控制开关管的偏置电路。本方案的双环结构应用于天线时，上金属条带、下金属条带分别设置在上、下不同的介质板上，下层介质板上设置天线的相关结构。下金属条带、下金属条带与金属柱构成寄生环对，加载在天线的地板周围，通过地板电流和环的耦合作用，在环上产生寄生电流，从而使寄生环对成为二次辐射源。每一个寄生环由开关管控制环的通断，当寄生环处于闭合状态时，寄生环上没有模式电流，寄生环不工作；而当寄生环处于断开状态时，寄生环上有模式电流，并工作于1.5λ工作模式，此时寄生环产生辐射。通过控制两个开关管的开关状态可以控制寄生环的工作状态，从而产生四种工作模式：1.两寄生环上的开关管均导通，双环都不工作，此时天线工作于原有的双向侧射模式；2.一寄生环上的开关管断开，另一寄生环上的开关管导通，开环作为辐射器而闭环作为反射器，辐射方向指向开环一侧，此时为端射模式；3.一寄生环上的开关管断开，另一寄生环上的开关管导通，相应地，产生与2相反的端射模式；4.两寄生环上的开关管均断开，双环均工作，作为寄生单元增强缝隙辐射的定向性，此时为单向侧射模式。通过不同工作模式，实现方向图可重构，与其他方向图可重构缝隙天线相比，不仅仅依赖于缝隙的原有工作模式，因此方向图指向有更大的变化空间。此外，不需要增加网络和阵元数目，结构简单且占用面积小。

作为优选，所述开关管为PIN二极管。PIN二极管为射频开关控制电路的开关管，其低成本、易获取。

作为优选，所述开关管设置在上金属条带的中部。开关管设置在金属条带的中部利用了相应开口/闭口环的不同模式，开关控制模式电流从而控制辐射场。

作为优选，所述偏置电路包括多个相并联的电容、连接在并联电容一端的第一电感、连接在并联电容另一端且相串联的第二电感和电阻。偏置电路利用多个电感电容实现，可在不破坏寄生环上高频电流分布的基础上引入直流偏置。

作为优选，偏置电路设置在上金属条带的端部，可以减少偏置模块对寄生环上高频电流的影响，从而减少直流偏置对方向图的影响，也可以方便偏置模块与直流电源连接。

作为优选，所述金属柱与上金属条带、下金属条带相垂直。采用上金属条带、下金属条带和两端的金属柱构成矩形，可以得到需要的端射辐射模式，增强辐射模式的定向性，而且通过控制环的不同状态实现多种辐射模式的切换。

作为优选，所述下金属条带的长度大于金属柱的长度，以形成扁矩形环，从而具备需要的模式电流分布特征，即辐射开口环和非辐射闭合环。若下金属条带长度为l，金属柱长度为h，优先的需满足l/h>>1。

一种缝隙天线，包括下层介质板、设置在下层介质板上的辐射缝隙，还包括上述的双环结构，所述下金属条带、上金属条带分别设置在下层介质板、上层介质板上。

作为优选，所述下层介质板的上表面设置有金属地板，所述金属地板的四个角设置有切角。设置切角的目的，其一为了放置寄生环，其二提供寄生环所需要的地板激励电流。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过上金属条带、下金属条带和金属柱构成寄生环对，通过控制寄生环对的开断实现对实现方向图重构，由于其依赖于缝隙的原有工作模式，因此方向图指向有更大的变化空间；此外，不需要增加网络和阵元数目，结构简单且占用面积小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为缝隙天线的结构示意图。

图2为缝隙天线的截面图。

图3为下层介质板的俯视图。

图4为偏置电路的等效图。

图5为原始缝隙模式时即两开关管均导通的中心频率仿真辐射方向图。

图6为单向侧射模式时即两开关管均断开的中心频率仿真辐射方向图。

图7为端射模式1时即一开关管断开，另一开关管导通时的中心频率仿真辐射方向图。

图8为端射模式1时即一开关管导通，另一开关管断开时的中心频率仿真辐射方向图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、2所示的一种双环结构，包括两条下金属条带5、与下金属条带5对应设置的上金属条带6，所述上金属条带6与下金属条带5的两端分别通过金属柱3连接以构成两个对称的寄生环，所述寄生环上设置有控制寄生环通断的开关管和用于控制开关管的偏置电路。两条下金属条带平行设置。本双环结构要与现有的天线结构配套使用，一下金属条带5、一上金属条带6、两金属柱3构成一寄生环，两寄生环构成寄生环对，通过偏置电路控制开关管的通断从而达到对寄生环工作状态的控制。每一个寄生环由地板电流耦合激励，利用环的开闭状态来控制环的模式电流。此模型可以等效为一个中心线源激励的金属框，中心线源上的激励电流为同一方向，激励方式为容性耦合，在金属框上产生模式电流。由容性耦合激励的基本原理可知，耦合产生在模式电流最小处，且耦合发生位置处的电流反向。基于以上原理可知：当寄生环处于闭合状态时，由于结构对称性，仅可能存在偶次模(nλ/2，n＝2,4,6,…)，而偶次模存在大小相等方向相反的两种模式，相互抵消，因而无法激励模式电流；当寄生环处于断开状态时，此时可以存在奇次模(nλ/2，n＝1,3,5,…),当开环工作在3λ/2模式时，可以从模式电流的分布特点得出此时寄生环有效辐射。在各个寄生环中分别接入开关管和用于控制开关管通断的偏置电路，从而控制环的开闭。当寄生环对处于不同状态时，就形成了不同的辐射方向图。寄生环优选为矩形，即金属柱3与上金属条带6、下金属条带5相垂直。

实施例2

基于上述实施例的原理和结构，本实施例对上述结构进行细化和优化，具体的，开关管可采用PIN二极管实现，且设置在上金属条带6的中部。需要说明的是，本领域的技术人员应该知道，采用其他结构实现寄生环通断控制的开关管结构和位置设置均在本方案的保护范围之内。

如图4所示，偏置电路可采用如下电路结构实现，包括多个相并联的电容、连接在并联电容一端的第一电感、连接在并联电容另一端且相串联的第二电感和电阻。需要说明的是，本实施例给出的偏置电路结构仅是优选结构，并不是对其保护范围的限定。

偏置电路设置在上金属条带6的端部，即在金属柱3的附近。

下金属条带5的长度大于金属柱3的长度，若下金属条带长度为l，金属柱长度为h，优先的需满足l/h>>1。

实施例3

上述实施例可适用于任何结构的天线，本实施例以缝隙天线进行举例说明。

如图1、2、3所示的一种缝隙天线，包括下层介质板2、上层介质板1、设置在下层介质板2上的辐射缝隙4、上述任一实施例的双环结构，下金属条带5、上金属条带6分别设置在下层介质板2、上层介质板1上。

下层介质板2、上层介质板1可采用双层介质板，以便于金属条带的印制，也可采用如金属带悬空焊接等方式。本实施例具体双层介质板对其结构进行详细说明。下层介质板2的上、下表面分别设置金属地板7、下金属条带5，辐射缝隙4和馈电微带线设置在下层介质板2的上下表面，金属地板7的四个角设置切角，切角可设置为方形或任意形状，本方案中下层介质板2的上表面指与上层介质板1紧邻的一面。

上金属条带6设置在上层介质板1的上表面，上金属条带6上设置PIN二极管8和控制PIN二极管8通断的偏置电路9，偏置电路9设置在金属柱3附近。

本发明所提出的天线增加了单缝天线的辐射模式，利用寄生环对和开关控制电路实现可切换的多种辐射方向图。利用寄生环对增加了原有侧射辐射模式的定向性，且增加了两个额外的端射辐射模式，可以满足不同应用场合对辐射方向图的要求。与单缝天线相比，天线尺寸和剖面都没有太大影响。采用该天线其中心频率仿真辐射方向图如图5至图8所示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双环结构，其特征在于，包括两条下金属条带(5)、与下金属条带(5)对应设置的上金属条带(6)，所述上金属条带(6)与下金属条带(5)的两端分别通过金属柱(3)连接以构成两个对称的寄生环，所述寄生环上设置有控制寄生环通断的开关管和用于控制开关管的偏置电路。

2.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述开关管为PIN二极管。

3.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述开关管设置在上金属条带(6)的中部。

4.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述偏置电路包括多个相并联的电容、连接在并联电容一端的第一电感、连接在并联电容另一端且相串联的第二电感和电阻。

5.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述偏置电路设置在上金属条带(6)的端部。

6.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述金属柱(3)与上金属条带(6)、下金属条带(5)相垂直。

7.根据权利要求1所述的一种双环结构，其特征在于，所述下金属条带(5)的长度大于金属柱(3)的长度。

8.一种缝隙天线，包括下层介质板(2)、设置在下层介质板(2)上的辐射缝隙(4)，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一所述的双环结构，所述下金属条带(5)、上金属条带(6)分别设置在下层介质板(2)、上层介质板(1)上。

9.根据权利要求8所述的一种缝隙天线，其特征在于，所述下层介质板(2)的上表面设置有金属地板(7)，所述金属地板(7)的四个角设置有切角。