CN111106433A - 频率可重构天线、控制方法及通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率可重构天线，包括天线本体、泵体与控制单元，天线本体包括介质基板、馈电结构及辐射单元，馈电结构与辐射单元分别设于介质基板的同一侧的两端，馈电结构与辐射单元之间设有探针，馈电结构通过探针对辐射单元馈电；辐射单元包括至少两个相互耦合的辐射贴片，辐射贴片包括附着于介质基板表面的介质外壳及填充于介质外壳内的液态金属；控制单元控制泵体分别对多个介质外壳注入或导出液态金属。本发明还公开了一种频率可重构天线的控制方法和一种通讯装置。本发明可以简化频率可重构天线的结构、降低天线的设计难度、减小天线本体的体积、避免控制电路对天线性能产生干扰影响。

Description

频率可重构天线、控制方法及通讯装置

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及频率可重构天线、控制方法及通讯装置。

背景技术

随着移动通信技术的发展，对天线的需求越来越多，可重构天线作为一种新型天线，其应用也越来越广泛；可重构天线是指采用一个天线，通过动态改变其物理结构或尺寸，使其具有多个天线的功能，可重构天线又分频率可重构、极化可重构和方向图可重构等；其中频率可重构天线是在保持天线的方向图和极化方式不变的前提下，通过调节天线的有效长度来改变天线的谐振频率，使天线能在多个频段进行谐振。

传统的开关结构的频率可重构天线，如图1所示，是将辐射片设计为左右两个枝节来分别对天线的不同谐振频段进行调节，在天线左右枝节选取适当位置分别加载了S1、S2两个PIN二极管开关，通过控制电路改变S1、S2的导通与截止，使得天线工作在不同的状态，从而实现频率可重构，上述频率可重构天线存在的问题有：天线结构复杂，左右枝节的设计导致天线体积较大，并且控制电路对天线性能也产生了很大的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种频率可重构天线、控制方法及通讯装置，旨在简化频率可重构天线的结构、降低天线的设计难度、减小天线本体的体积、避免控制电路对天线性能产生的干扰影响。

为实现上述目的，本发明提供一种频率可重构天线，包括天线本体、泵体与控制单元，所述天线本体包括介质基板、馈电结构及辐射单元，所述馈电结构与所述辐射单元分别设于所述介质基板的同一侧的两端，所述馈电结构与所述辐射单元之间设有探针，所述馈电结构通过所述探针对所述辐射单元馈电；

所述辐射单元包括至少两个相互耦合的辐射贴片，所述辐射贴片包括附着于所述介质基板表面的介质外壳及填充于所述介质外壳内的液态金属；

所述控制单元控制所述泵体分别对多个介质外壳注入或导出液态金属。

此外，本发明还提出一种频率可重构天线的控制方法，所述控制方法应用于如上所述的频率可重构天线，所述控制方法包括如下步骤：

获取天线本体当前的工作频率参数；

基于预设的天线长度与天线工作频率之间的关系，根据所述工作频率参数，获取所述天线本体的长度；

根据所述天线本体的长度，获取所述液态金属的注入量；

控制所述泵体沿预设方向依次对所述多个介质外壳内的液态金属的量进行调整，以使调整后的所述多个介质外壳内的液态金属的量之和等于所述注入量。

此外，本发明还提出一种通讯装置，所述通讯装置包括如上所述的频率可重构天线。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明频率可重构天线包括天线本体、泵体与控制单元，所述天线本体包括介质基板、馈电结构及辐射单元，所述馈电结构与所述辐射单元分别设于所述介质基板的同一侧的两端，所述馈电结构与所述辐射单元之间设有探针，所述馈电结构通过所述探针对所述辐射单元馈电；所述辐射单元包括至少两个相互耦合的辐射贴片，所述辐射贴片包括附着于所述介质基板表面的介质外壳及填充于所述介质外壳内的液态金属；所述控制单元控制所述泵体分别对多个介质外壳注入或导出液态金属；本发明频率可重构天线工作时可以根据天线本体当前的工作频率，获取天线本体对应的长度，并根据天线本体对应的长度计算出液态金属的注入量，控制泵体按所述注入量沿预设方向依次对多个介质外壳内的液态金属的量进行相应的调整，由此实现了天线本体的频率可重构，简化了频率可重构天线的结构，降低了设计难度，减小了天线本体的体积，本发明天线本体不设开关控制电路，由此避免了控制电路对天线性能产生的干扰影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为上述背景技术中开关结构的频率可重构天线的结构示意图；

图2为本发明频率可重构天线一优选实施例的结构示意图；

图3是本发明频率可重构天线一优选实施例的回波损耗图；

图4是本发明频率可重构天线一优选实施例中天线工作频率处于低频时的方向图；

图5是本发明频率可重构天线一优选实施例中天线工作频率处于中频时的方向图；

图6是本发明频率可重构天线一优选实施例中天线工作频率处于高频时的方向图；

图7为本发明频率可重构天线的控制方法一优选实施例的流程框图。

图标：10、天线本体；11、介质基板；12、第一辐射贴片；13、第二辐射贴片；14、第三辐射贴片；15、共面波导馈线；16、第一金属地板；17、第二金属地板。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出一种频率可重构天线。

参见图2，图2为本发明一优选实施例频率可重构天线的结构示意图，该优选实施例中，频率可重构天线包括天线本体10、泵体(图未示出)与控制单元(图未示出)，所述天线本体10包括介质基板11、馈电结构及辐射单元，馈电结构与辐射单元分别设于所述介质基板11的同一侧的两端，馈电结构与辐射单元之间设有探针，馈电结构通过探针对辐射单元馈电；辐射单元包括至少两个相互耦合的辐射贴片，且每个辐射贴片均包括附着于所述介质基板11表面的介质外壳及填充于所述介质外壳内的液态金属；所述控制单元控制所述泵体分别对多个介质外壳注入或导出液态金属。

现有技术中，为使天线能在多个频段进行谐振，将辐射片设计为左右两个枝节，通过左右两个枝节分别对天线的不同谐振频段进行调节，在天线左右枝节选取适当位置分别加载了S1、S2两个PIN二极管开关，通过控制电路改变二极管开关的导通与截止，实现频率可重构，现有技术存在的问题有：天线结构复杂，左右枝节的设计导致天线体积较大，并且控制电路对天线性能也产生了很大的影响。

本实施例中，馈电结构及辐射单元设在介质基板11的同侧表面形成了频率可重构的水平全向天线，其中，介质基板11可以是FR-4环氧玻璃布层压板，馈电结构印制在FR-4环氧玻璃布层压板的表面；辐射单元包括至少两个辐射贴片，辐射贴片包括附着于介质基板11表面的介质外壳及填充于所述介质外壳内的液态金属；多个辐射贴片依次并列附着于介质基板11印制有馈电结构的表面，多个辐射贴片依次并列形成的辐射贴片组的一端与馈电结构通过探针连接后，多个辐射贴片之间形成耦合连接；液态金属可以是成本较低、电性能良好的镓铟锡合金，液态金属材料流动性和导电性佳，但由于液态金属不同于普通金属材料，虽然在常温下呈液态，但不能够接触空气，否则将被氧化，形成氧化膜，失去流动性，本实施例中，液态金属密封在介质外壳内以保持其流动性，同时也便于液态金属的填入和导出；介质外壳可以是聚二甲基硅氧烷外壳，聚二甲基硅氧烷的介电常数稳定，绝缘性能优良，应力释放性强，能够将液态金属很好地与空气隔离，避免氧化；液态金属与金属也不能接触，否则会起化学反应，影响特性，本实施例馈电结构对所述辐射单元通过探针馈电，既可以减少馈电结构与液态金属的接触面，又可以激励出液态金属贴片的场。

控制单元控制所述泵体分别对所述多个介质外壳注入或导出液态金属；控制单元可以借助电脑实现，介质外壳设有液体注入口，泵体的液压注入嘴连接注入口将液态金属注入介质外壳或者从介质外壳导出后，可以通过密封胶将液体注入口密封，在本实施例中，天线本体10处于工作状态时，首先检测天线本体10的工作频率，控制单元获取天线本体10当前的工作频率参数，根据天线长度和天线工作频率之间的换算公式计算得到天线本体10的长度，即就是天线本体10中辐射单元匹配于天线本体10当前工作频率所需的有效长度，多个辐射贴片内液态金属的长度之和需控制与计算得到天线本体10的长度相等；根据所述天线本体10的长度、介质外壳的容积等计算出液态金属的注入量；根据多个介质外壳内相耦合的液态金属的总量与计算得到的液态金属的注入量对比，若多个介质外壳内的液态金属的总量小于计算得到的液态金属的注入量，则注入相应差量的液态金属至介质外壳内；若多个介质外壳内的液态金属的总量大于计算得到的液态金属的注入量，则从介质外壳中导出相应差量的液态金属；需要说明的是，基于上述注入或者导出液态金属，实际实施中，当需要注入液态金属时，沿辐射贴片组中靠近馈电结构的一端至远离馈电结构的一端的方向依次对介质壳体注满液态金属，以保证各个辐射贴片之间的顺利耦合，当需要从介质外壳中导出液态金属时，沿辐射贴片组中远离馈电结构的一端至靠近馈电结构的一端的方向依次导出液态金属，以保证各个辐射贴片之间的顺利耦合，直至调整后的所述多个介质外壳内的液态金属的量之和等于所述注入量，完成天线的频率重构。

在本实施例中，天线本体10处于非工作状态时，控制单元控制泵体将所述多个介质外壳内的液态金属全部导出，相较于现有的降低天线雷达散射截面的方法，本实施例还可以简单有效的降低天线雷达散射截面，从而大大提高了天线隐身性能。

优选地，本实施例辐射单元包括第一辐射贴片12、第二辐射贴片13及第三辐射贴片14；沿远离所述馈电结构的方向，所述第一辐射贴片12、所述第二辐射贴片13及所述第三辐射贴片14依次耦合；所述探针设于所述馈电结构与所述第一辐射贴片12之间。

第一辐射贴片12包括第一介质外壳，第二辐射贴片13包括第二介质外壳，第三辐射贴片14包括第三介质外壳，第一介质外壳、第二介质外壳和第三介质外壳沿背离馈电结构的方向依次并列附着在介质基板11的表面；当天线本体10处于工作状态时，检测天线本体10的工作频率，若天线本体10当前的工作频率处于高频段，则控制单元通过泵体控制仅第一介质外壳内填充液态金属，第二介质外壳和第三介质外壳内不填充液态金属；若天线本体10当前的工作频率处于中频段，则控制单元通过泵体控制第一介质外壳和第二介质外壳内填充液态金属，第三介质外壳内不填充液态金属；若天线本体10当前的工作频率处于低频段，则控制单元通过泵体控制第一介质外壳、第二介质外壳和第三介质外壳内均填充液态金属，从而实现天线本体10在4～6GHz频段内频率可重构，请参照图3-图5，图3是本实施例中频率可重构天线的回波损耗图，图4是本实施例中频率可重构天线的工作频率处于低频时的方向图；图5是本实施例中频率可重构天线的工作频率处于中频时的方向图；图6是本实施例中频率可重构天线的工作频率处于高频时的方向图。

优选地，所述介质外壳为聚二甲基硅氧烷外壳；所述液态金属为镓铟锡合金；液态金属不同于普通金属材料，虽然在常温下呈液态，但不能够接触空气，否则将被氧化，形成氧化膜，失去流动性，PDMS(聚二甲基硅氧烷)有机硅灌封胶介电常数稳定，绝缘性能优良，应力释放性强，能够将液态金属很好地与空气隔离，避免氧化，保持其流动性，同时也便于填入和导出；液态金属汞具有高毒性，液态金属镓铟合金的成本太高，本实施例液态金属优选成本相对较低，电性能良好的镓铟锡合金作为液态金属材料。

优选地，所述馈电结构为共面波导馈电结构；

所述共面波导馈电结构包括共面波导馈线15、分别设于所述共面波导馈线15两侧并用于反射天线信号的第一金属地板16和第二金属地板17，所述共面波导馈线15靠近所述辐射单元的一端与所述探针连接；具体地，在该实施例中，共面波导馈线15的一端与第一辐射贴片12通过探针连接。

所述共面波导馈线15沿所述共面波导馈线15靠近所述辐射单元的端部至另一端部的方向内径递增。

所述第一金属地板16与所述第二金属地板17远离所述共面波导馈线15的一侧均设有凹陷部，所述凹陷部沿第一预设方向的横截面为矩形，所述第一预设方向平行于所述介质基板11设有所述馈电结构的一侧的表面。

本实施例中，馈电结构与辐射单元共用一个介质基板11，印制在介质板的同侧，构成CPW馈电，馈电导线采用渐变结构，以展宽带宽，第一金属地板16与第二金属地板17远离共面波导馈线15的一侧设有的矩形凹陷部，可以获得更好的阻抗匹配。

本实施例频率可重构天线在使用时可以根据天线本体10当前的工作频率，获取天线本体10对应的长度，并根据天线本体10对应的长度计算出液态金属的注入量，控制泵体按所述注入量沿预设方向依次对多个介质外壳内的液态金属的量进行相应的调整，由此实现了天线本体10的频率可重构，大大简化了频率可重构天线的结构，降低了设计难度，减小了天线本体10的体积，天线本体10不设控制电路，由此避免了控制电路对天线性能产生的干扰影响。

本发明还提出一种频率可重构天线的控制方法，该方法应用于上述实施例中的频率可重构天线，由于采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体地，参照图7，图7为本发明频率可重构天线的控制方法一优选实施例的流程框图，该频率可重构天线的控制方法包括如下步骤：

步骤S10，获取天线本体当前的工作频率参数；

当天线本体10处于工作状态时，控制单元检测天线本体10当前的工作频率或根据预设的天线频率需求获取天线本体10当前的工作频率参数。

步骤S20，基于预设的天线长度与天线工作频率之间的关系，根据所述工作频率参数，获取所述天线本体的长度；

根据天线的物理长度、光速及天线的工作频率三者之间的关系式，将上述步骤中获取的天线的工作频率代入关系式计算得到天线的物理长度，即就是天线本体10中辐射单元匹配于天线本体10当前工作频率所需的有效长度。

步骤S30，根据所述天线本体的长度，获取所述液态金属的注入量；

本实施例中天线的有效长度可以通过改变介质壳体内液态金属的注入量来调节，根据上述步骤中获取的天线长度，结合介质壳体的内径等参数，计算得到液态金属的注入量，所述的注入量即基于当前介质外壳并匹配于天线所需的有效长度下液态金属的需求总量。

步骤S40，控制所述泵体沿预设方向依次对所述多个介质外壳内的液态金属的量进行调整，以使调整后的所述多个介质外壳内的液态金属的量之和等于所述注入量。

根据多个介质外壳内相耦合的液态金属的总量与计算得到的液态金属的注入量对比，若多个介质外壳内的液态金属的总量小于计算得到的液态金属的注入量，则沿着预设方向注入相应差量的液态金属至介质外壳内；若多个介质外壳内的液态金属的总量大于计算得到的液态金属的注入量，则根据指定顺序从介质外壳中导出相应差量的液态金属，由此通过注入或者导出液态金属于介质外壳，实现了天线本体10的频率可重构。

优选地，步骤S10之前还包括：

步骤S11，判断所述天线本体是否处于工作状态；

若是，则进入步骤S10：获取所述天线本体当前的工作频率参数；进入本发明频率可重构天线的控制方法的步骤。

若否，则执行步骤S12，控制所述泵体将所述多个介质外壳内的液态金属全部导出。

天线本体10处于非工作状态时，控制单元控制泵体将所述多个介质外壳内的液态金属全部导出，相较于现有的降低天线雷达散射截面的方法，本发明实施例公开的方法还可以简单有效的降低天线雷达散射截面，从而大大提高了天线隐身性能。

本发明还提出一种通讯装置，所述通讯装置包括如上所述的频率可重构天线，本发明提出的通讯装置可通过重构天线本体10的频率来适应不同频段的使用环境，扩大了使用范围。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种频率可重构天线，其特征在于，包括天线本体、泵体与控制单元，所述天线本体包括介质基板、馈电结构及辐射单元，所述馈电结构与所述辐射单元分别设于所述介质基板的同一侧的两端，所述馈电结构与所述辐射单元之间设有探针，所述馈电结构通过所述探针对所述辐射单元馈电；

所述辐射单元包括至少两个相互耦合的辐射贴片，所述辐射贴片包括附着于所述介质基板表面的介质外壳及填充于所述介质外壳内的液态金属；

所述控制单元控制所述泵体分别对多个介质外壳注入或导出液态金属。

2.如权利要求1所述的频率可重构天线，其特征在于，所述辐射单元包括第一辐射贴片、第二辐射贴片及第三辐射贴片；

沿远离所述馈电结构的方向，所述第一辐射贴片、所述第二辐射贴片及所述第三辐射贴片依次耦合；所述探针设于所述馈电结构与所述第一辐射贴片之间。

3.如权利要求2所述的频率可重构天线，其特征在于，所述介质外壳为聚二甲基硅氧烷外壳；所述液态金属为镓铟锡合金。

4.如权利要求1所述的频率可重构天线，其特征在于，所述馈电结构为共面波导馈电结构；

所述共面波导馈电结构包括共面波导馈线以及分别设于所述共面波导馈线两侧并用于反射天线信号的第一金属地板和第二金属地板，所述共面波导馈线靠近所述辐射单元的一端与所述探针连接。

5.如权利要求4所述的频率可重构天线，其特征在于，所述共面波导馈线沿所述共面波导馈线靠近所述辐射单元的端部至另一端部的方向内径递增。

6.如权利要求5所述的频率可重构天线，其特征在于，所述第一金属地板与所述第二金属地板远离所述共面波导馈线的一侧均设有凹陷部。

7.如权利要求6所述的频率可重构天线，其特征在于，所述凹陷部沿第一预设方向的横截面为矩形，所述第一预设方向平行于所述介质基板设有所述馈电结构的一侧的表面。

8.一种频率可重构天线的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于如权利要求1至7中任一项所述的频率可重构天线，所述控制方法包括如下步骤：

获取天线本体当前的工作频率参数；

基于预设的天线长度与天线工作频率之间的关系，根据所述工作频率参数，获取所述天线本体的长度；

根据所述天线本体的长度，获取所述液态金属的注入量；

控制所述泵体沿预设方向依次对所述多个介质外壳内的液态金属的量进行调整，以使调整后的所述多个介质外壳内的液态金属的量之和等于所述注入量。

9.如权利要求8所述的频率可重构天线的控制方法，其特征在于，所述获取所述天线本体当前所述的工作频率参数的步骤之前还包括：

判断所述天线本体是否处于工作状态；

若是，则进入步骤：获取所述天线本体当前的工作频率参数；

若否，则控制所述泵体将所述多个介质外壳内的液态金属全部导出。

10.一种通讯装置，其特征在于，所述通讯装置包括如权利要求1至7中任一项所述的频率可重构天线。

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