CN110190377B - 一种方向图可重构液体天线 - Google Patents

一种方向图可重构液体天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110190377B
CN110190377B CN201910298183.2A CN201910298183A CN110190377B CN 110190377 B CN110190377 B CN 110190377B CN 201910298183 A CN201910298183 A CN 201910298183A CN 110190377 B CN110190377 B CN 110190377B
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
antenna
transparent
reflecting surface
cylindrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910298183.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110190377A (zh
Inventor
邢蕾
朱佳佳
徐千
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201910298183.2A priority Critical patent/CN110190377B/zh
Publication of CN110190377A publication Critical patent/CN110190377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110190377B publication Critical patent/CN110190377B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/148—Reflecting surfaces; Equivalent structures with means for varying the reflecting properties
    • 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
    • H01Q3/01—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 shape of the antenna or antenna system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种方向图可重构液体天线，包括液体单极子、液体反射面、接地板以及馈电结构。天线的馈电结构采用顶端加载金属圆盘的同轴探针实现。液体单极子和液体反射面由透明液体容器和饱和盐水构成；天线的方向图可重构通过选择液体反射面特定位置注入盐水形成不同的液体反射面实现。本发明利用水的透明性，液体性，流动性使得天线可以实现方向图可重构，在工作频段内，天线总效率可达60％以上。

Description

一种方向图可重构液体天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种可重构液体天线。
背景技术
随着无线通信系统的大量应用，天线作为无线通信系统的重要组成部分，受到了人们的高度重视。传统的金属天线难以满足系统所需要的各种要求，因此，克服传统天线缺点的新型天线的研究显得尤为迫切。液体天线作为一种新型天线，由于其成本低，可重构性强等特点，受到了广泛的关注。液体天线主要包括纯水天线、盐水天线或者其他有机、无机液体天线，具有透明性，易获得，流动性好,设计灵活,雷达散射截面小，易重构等优点。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种方向图可重构液体天线，实现方向图可重构，而不需要任何额外的偏压电路。
技术方案：一种方向图可重构液体天线，包括：接地板，固定在接地板上的液体单极子和液体反射面，以及穿过接地板的馈电结构；
所述液体单极子包括透明圆柱形容器和水溶液，所述液体反射面包括透明中空的圆环柱体容器和水溶液，所述水溶液为饱和盐水；所述圆环柱体容器被透明隔板沿圆周平均分为若干个部分；所述馈电结构包括顶端加载金属圆盘的同轴探针；
所述透明圆柱形容器与接地板之间还包括低介电常数的圆柱形介质层；所述同轴探针穿过所述圆柱形介质层，所述金属圆盘与所述透明圆柱形容器中的水溶液接触；
液体天线的方向图可重构通过以下方式实现：依次选择所述液体反射面中连续相邻的若干个部分注入所述饱和盐水，来调整液体反射面角度，从而改变天线的波束指向，实现方向图可重构。
进一步的，所述接地板采用圆形金属铝板，半径为300mm，厚度为2mm；所述馈电结构的顶端金属圆盘半径为23mm，厚度为5mm；所述液体单极子的透明圆柱形液体容器的外径为25mm，高度为130mm，厚度为2mm；液体反射面的圆环柱体容器的内径为215mm，外径为265mm，高度为320mm，壁厚为2mm；所述圆柱形介质层的半径为33mm，高度为18mm；所述透明隔板厚度为2mm。
进一步的，所述圆环柱体容器的材质为透明PVC。
进一步的，所述圆柱形介质层的材质为介电常数为2.1的特氟龙。
有益效果:本发明提供的方向图可重构液体天线与现有的液体天线及液体单极子天线相比，其显著优点为：(1)利用水的流动性,透明特性，形成不同状态的液体反射面，改变天线的波束指向，实现方向图可重构，而不需要任何额外的偏压电路。(2)通过使用液体反射面，在工作频率上实现较高的增益。
附图说明
图1是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线的立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线的前视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线馈电结构图；
图5是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线可注盐水部分示意图；
图6是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线4种典型液体反射面组合；
图7是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线的S11仿真图；
图8是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线的总效率曲线仿真图；
图9是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线在状态1，xoy平面(水平面)辐射方向图；
图10是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线在状态4，xoy平面(水平面)辐射方向图；
图11是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线在状态7，xoy平面(水平面)辐射方向图；
图12是本发明实施例提供的方向图可重构液体天线在状态10，xoy平面(水平面)辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1-3所示，一种方向图可重构液体天线，包括：接地板1；固定在接地板1上的液体单极子2和液体反射面3，以及穿过接地板1的馈电结构6。
本实例中，接地板1采用圆形金属铝板，其半径为300mm，厚度为2mm。液体单极子2包括透明圆柱形容器和水溶液，水溶液为饱和盐水；透明圆柱体液体容器的外径为25mm，高为130mm，厚度为2mm。液体反射面3包括透明中空的圆环柱体容器和水溶液，水溶液为饱和盐水；圆环柱体容器的内径为215mm，外径为265mm，高为320mm，壁厚为2mm。圆环柱体容器被透明隔板4沿圆周平均分为12个部分，透明液体反射面容器透明隔板4的厚度为2mm。
如图4所示，馈电结构6包括顶端加载金属圆盘61的同轴探针62，金属圆盘61的半径为23mm，厚度为5mm。透明圆柱形容器与接地板1之间还设有介电常数为2.1的特氟龙圆柱形介质层5，同轴探针62穿过圆柱形介质层5，金属圆盘61与透明圆柱形容器中的水溶液接触。图中63、64分别为位于接地板1下方的同轴结构的介质层和外导体。圆柱形介质层5的半径为33mm，高度为18mm，相当于在接地板和液体之间加入了低介电常数的介质，可以有效拓展天线带宽。该馈电结构可以改善天线的辐射效率。
液体天线的方向图可重构通过以下方式实现：依次选择所述液体反射面3中相邻的若干个部分注入饱和盐水，来调整液体反射面角度，从而改变天线的波束指向，实现方向图可重构。如图5所示，本实例的方向图可重构液体天线可注盐水的部分有液体单极子(D0)和液体反射面(P1～P12)，一共可组合13种状态，如表1所示，可实现体液体天线的方向图可重构性。当液体单极子被激励时，可变的液体反射面被耦合，将反射面结构每次移动一个单元，使得所设计的水天线能够在360度的方位面上实现波束扫描。图6所示分别为状态1，状态4，状态7，状态10液体反射面组合示意图。状态0为无反射面液体单极子，其方向图在xoy平面上是全向的。
表1
Figure GDA0002340266110000031
Figure GDA0002340266110000041
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
图7给出了本发明的S11仿真图。可以看出，天线覆盖了334MHz–488MHz(S11<-10dB)。
图8给出了本发明总效率曲线仿真图。可以看出，本发明天线实现了在工作频段内大于60％的辐射效率。
图9-12给出了本发明在不同状态xoy平面辐射方向图。其中，图9为状态1方向图，图10为状态4方向图，图11为状态7方向图,图12为状态10方向图。可以看出不同的液体反射面可以实现不同的辐射方向图。
综上所述，本发明天线实现了盐水单极子设计，该设计可实现在同一个结构内天线的方向图可重构性，且具有良好的辐射特性，在工作频段内总效率可以达到60％以上。该设计充分发挥了液体天线的透明性，流动性，可重构性等特点，可用于无线通信领域的各项应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种方向图可重构液体天线，其特征在于，包括：接地板(1)，固定在接地板(1)上的液体单极子(2)和液体反射面(3)，以及穿过接地板(1)的馈电结构(6)；
所述液体单极子(2)包括透明圆柱形容器和水溶液，所述液体反射面(3)包括透明中空的圆环柱体容器和水溶液，所述水溶液为饱和盐水；所述圆环柱体容器被透明隔板(4)沿圆周平均分为若干个部分；所述馈电结构包括顶端加载金属圆盘的同轴探针；
所述透明圆柱形容器与接地板(1)之间还包括低介电常数的圆柱形介质层(5)；所述同轴探针穿过所述圆柱形介质层(5)，所述金属圆盘与所述透明圆柱形容器中的水溶液接触；
液体天线的方向图可重构通过以下方式实现：依次选择所述液体反射面(3)中连续相邻的若干个部分注入所述饱和盐水，来调整液体反射面角度，从而改变天线的波束指向，实现方向图可重构。
2.如权利要求1所述的方向图可重构液体天线，其特征在于，所述接地板(1)采用圆形金属铝板，半径为300mm，厚度为2mm；所述馈电结构(6)的顶端金属圆盘半径为23mm，厚度为5mm；所述液体单极子(2)的透明圆柱形液体容器的外径为25mm，高度为130mm，厚度为2mm；液体反射面(3)的圆环柱体容器的内径为215mm，外径为265mm，高度为320mm，壁厚为2mm；所述圆柱形介质层(5)的半径为33mm，高度为18mm；所述透明隔板(4)厚度为2mm。
3.如权利要求1或2所述的方向图可重构液体天线，其特征在于，所述圆环柱体容器的材质为透明PVC。
4.如权利要求3所述的方向图可重构液体天线，其特征在于，所述圆柱形介质层(5)的材质为介电常数为2.1的特氟龙。
CN201910298183.2A 2019-04-15 2019-04-15 一种方向图可重构液体天线 Active CN110190377B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910298183.2A CN110190377B (zh) 2019-04-15 2019-04-15 一种方向图可重构液体天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910298183.2A CN110190377B (zh) 2019-04-15 2019-04-15 一种方向图可重构液体天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110190377A CN110190377A (zh) 2019-08-30
CN110190377B true CN110190377B (zh) 2020-04-24

Family

ID=67714164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910298183.2A Active CN110190377B (zh) 2019-04-15 2019-04-15 一种方向图可重构液体天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110190377B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112366450B (zh) * 2020-10-30 2021-10-22 南京航空航天大学 一种高增益柔性液体天线
CN112670718B (zh) * 2020-11-03 2022-05-13 南京理工大学 工作模式可重构的纯水短背射天线
TWI794770B (zh) * 2021-03-15 2023-03-01 明泰科技股份有限公司 調整天線場型的天線罩
CN113067128B (zh) * 2021-03-19 2022-04-19 西安电子科技大学 一种频率可重构和波瓣宽度可调的液体角形反射器天线

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109390668A (zh) * 2018-09-19 2019-02-26 南京航空航天大学 一种频率可重构液体介质谐振天线

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013126124A2 (en) * 2011-12-07 2013-08-29 Utah State University Reconfigurable antennas utilizing liquid metal elements

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109390668A (zh) * 2018-09-19 2019-02-26 南京航空航天大学 一种频率可重构液体介质谐振天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《An Azimuth-Pattern Reconfigurable Antenna Based on Water Grating Reflector》;JIA-JUN LIANG et-al;《IEEE Access》;20180614;第6卷;34804-34911 *
《Design and Analysis of Two-Dimensional Parasitic Liquid Metal Monopole Array》;Jonathan Thews et-al;《MILCOM 2017-2017 IEEE MilitaryCommunications Conference（MILCOM）》;20171025;812-816 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110190377A (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110190377B (zh) 一种方向图可重构液体天线
CN101026265B (zh) 高性能频率可重构天线
Saini et al. A parametric analysis of ground slotted patch antenna for X-band applications
CN105119057B (zh) 一种多频段微带天线
CN107275752A (zh) 基于人工电磁结构的圆柱共形微带阵列天线
Mohamadzade et al. A low profile, UWB circular patch antenna with monopole-like radiation characteristics
Xu et al. A Microstrip Grid Array Antenna for Dual Band Applications
Sharma et al. A compact CPW fed modified circular patch antenna with stub for UWB applications
Kannan et al. Boresight gain enhancement of a dielectric resonator antenna using a metasurface lens
AlyAboul-Dahab et al. Microstrip antenna pattern reconfiguration using on-chip parasitic elements
Haraz et al. A novel circularly polarized dielectric resonator antenna for UWB applications
Elkarkraoui et al. High gain cross DRA antenna array for underground communications
Sonak et al. Compact antenna based on SRR using radial stub as virtual ground for wireless applications
Parchin et al. MIMO Slot Antenna with Polarization Diversity and Dual Notched Bands for UWB Applications
Ta et al. A single-feed dual-band antenna for an anti-jam GPS array
Phalak et al. Surface Integrated waveguide based triangular cavity backed T slot planar antenna at 60 GHz
Zeng et al. Triple-band triple-mode microstrip endfire antenna based on periodic bowtie dipoles
Sharma et al. Multi band circular antenna for ultrawideband wireless systems
Wongsan et al. A sector antenna for mobile base station using MSA array with curved woodpile EBG
Kumar et al. Multi-Band Fractal Antenna for WIMAX Application
CN203312456U (zh) 同轴线缝隙天线
CN108666734B (zh) 一种双频共用天线
Parchin et al. Enhanced-Gain Dual-Polarized Slot Antenna with a Frequency Selective Surface
Kashyap et al. Circularly polarized tilted beam printed crank-line antenna
Fang et al. A Water-Loaded Pattern Reconfigurable Antenna

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant