CN112164900A

CN112164900A - 一种等离子体介质谐振天线

Info

Publication number: CN112164900A
Application number: CN202011155511.2A
Authority: CN
Inventors: 陈智娇; 李紫薇; 刘小明; 亓丽梅; 姚远; 俞俊生
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2040-10-26
Also published as: CN112164900B

Abstract

本发明实施例提供了一种等离子体介质谐振天线，包括等离子体灯泡、介质谐振器及介质基板，其中：介质谐振器固定在介质基板上表面，介质谐振器具有第一通孔，介质基板具有第二通孔，等离子体灯泡固定于介质谐振器里，并通过第一通孔及第二通孔与外接电源连接；介质基板的下表面设置有馈电网络，馈电网络用于将发射机调制后的信号通过介质基板传输至等离子体灯泡与介质谐振器组合构成的天线，天线将调制后的信号变换为无线电信号，并发送无线电信号。采用本发明实施例，可以改变天线的辐射方向图。

Description

一种等离子体介质谐振天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种等离子体介质谐振天线。

背景技术

天线作为无线电设备中不可缺少的部件，可以起到发送和接收无线电信号的作用。天线的辐射方向图是指在离天线一定距离的位置，天线的辐射场的相对场强随天线的方向变化的图形，可以表示天线所发射的信号可以覆盖的范围。

目前，天线的辐射方向图参数，通常是固定不变的，例如，半功率波瓣宽度、主瓣宽度、前后比等辐射方向图参数均是固定不变的，这导致天线所发射的信号可以覆盖的范围也是固定不变的。

因此，在建筑物布局比较复杂的环境中，目前的天线发射信号可以覆盖的范围可能无法覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种等离子体介质谐振天线，以实现改变天线的辐射方向图，从而使天线发射的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种等离子体介质谐振天线，包括等离子体灯泡、介质谐振器及介质基板，其中：

所述介质谐振器固定在所述介质基板上表面，所述介质谐振器具有第一通孔，所述介质基板具有第二通孔，所述等离子体灯泡固定于所述介质谐振器，并通过所述第一通孔及所述第二通孔与外接电源电连接；

所述介质基板的下表面设置有馈电网络，所述馈电网络用于输入发射机调制后的信号，通过所述介质基板传输至所述等离子体灯泡及所述介质谐振器组合构成的天线，所述等离子体灯泡及所述介质谐振器组合构成的天线将所述调制后的信号转换为无线电信号，并发送所述无线电信号。

可选的，所述介质谐振器固定在所述介质基板上表面的中心位置，所述第一通孔位于所述介质谐振器的中心；所述第二通孔位于所述介质基板的中心。

可选的，所述馈电网络包括圆环微带线、第一端口、第二端口、第一连接微带线及第二连接微带线；

所述圆环微带线的圆心位于所述介质基板下表面的中心，所述圆环微带线在第一连接点通过所述第一连接微带线与所述第一端口电连接，所述圆环微带线在第二连接点通过所述第二连接微带线与所述第二端口电连接；

所述第一连接点、所述第二连接点与所述圆环微带线的圆心所形成的圆心角为预设角度。

可选的，所述天线的谐振频率为2.4GHz。

可选的，所述圆环微带线的内圆半径为5.8mm，所述圆环微带线的外圆半径为8.0mm，所述圆环微带线的宽度为2.2mm，所述预设角度为315°，所述连接微带线的宽度为1.4mm。

可选的，所述等离子体灯泡为E14螺纹式圆灯泡；

所述第一通孔的直径为14mm，所述第一通孔设置有与所述等离子体灯泡适配的螺纹；所述等离子体灯泡与所述第一通孔螺纹连接。

可选的，所述介质谐振器为长方体，所述介质谐振器的长、宽及高分别为50mm、50mm、40mm，所述介质谐振器的相对介电常数为4.1。

可选的，所述介质基板的长、宽及高分别为70mm、70mm、0.787mm，所述介质基板的相对介电常数为4.4。

可选的，所述介质基板的上表面设置有铜镀层，所述铜镀层的厚度为0.018mm；

所述铜镀层设置有8个长度相同的长方形凹槽，每个长方形凹槽的一端位于所述介质基板的中心位置，所述每个长方形凹槽的另一端位于以所述中心位置为圆心、以长方形凹槽的长度为半径的圆周上，相邻两个长方形凹槽之间的夹角为45°，所述每个长方形凹槽的长、宽、深分别为11.25mm、1mm、0.018mm。

可选的，所述介质基板为环氧玻璃布层压板。

本发明实施例提供的等离子体介质谐振天线，包括等离子体灯泡、介质谐振器及介质基板，其中：介质谐振器固定在介质基板上表面，介质谐振器具有第一通孔，介质基板具有第二通孔，等离子体灯泡固定于介质谐振器，并通过第一通孔与及第二通孔与外接电源电连接；介质基板的下表面设置有馈电网络，馈电网络用于输入发射机调制后的信号，通过介质基板传输至等离子体灯泡及介质谐振器组合构成的天线，等离子体灯泡及介质谐振器组合构成的天线在通电状态下将调制后的信号转换为无线电信号，并发送无线电信号。当等离子体灯泡在通电状态时，灯泡中的惰性气体被电离后会激励等离子体，使之具有良好的导电特性，构成等离子体天线，可以发射和接收无线电信号；当等离子体灯泡为断电状态时，等离子体灯泡成为绝缘体，不会反射电磁波，仅由介质谐振器发射和接收无线电信号，这样可以通过对等离子体灯泡的通断电实现天线辐射模式的改变，改变天线的辐射方向图，进而使天线发射的信号可以更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

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实施例。

图1为本发明实施例所提供的一种等离子体介质谐振天线的示意图；

图2为图1所示实施例中馈电网络的示意图；

图3为图1所示实施例中介质基板上表面的铜镀层的示意图；

图4(a)为本发明实施例所提供的等离子体介质谐振天线的等离子体灯泡处于断电状态天线不激励等离子体时的示意图；

图4(b)为本发明实施例所提供的等离子体介质谐振天线的等离子体灯泡处于通电状态天线激励等离子体时的示意图；

图5为本发明实施例中天线的谐振频率与天线的输入回波损耗之间关系的趋势图；

图6为本发明实施例中天线的谐振频率与天线的轴比之间关系的趋势图；

图7为本发明实施例中天线的增益与天线的谐振频率之间关系的趋势图；

图8(a)为等离子体灯泡处于断电状态下天线E平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图；

图8(b)为等离子体灯泡处于断电状态下天线H平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图；

图8(c)为等离子体灯泡处于通电状态下天线E平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图；

图8(d)为等离子体灯泡处于通电状态下天线H平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图。

其中，图1-图4(b)中各组件名称与相应附图标记之间的对应关系为：

1010等离子体灯泡、1020介质谐振器、1021第一通孔、1030介质基板、1031第二通孔、1032-1039长方形凹槽、1040馈电网络、1041圆环微带线、1042第一端口、1043第二端口、1044第一连接微带线、1045第二连接微带线、1046第一连接点、1047第二连接点、1048圆环微带线的圆心。

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。

为了改变天线的辐射方向图，使天线发射的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境，本发明实施例提供了一种等离子体介质谐振天线。下面对本发明实施例所提供的一种等离子体介质谐振天线进行介绍。

如图1所示，一种等离子体介质谐振天线，包括等离子体灯泡1010、介质谐振器1020及介质基板1030，其中：

所述介质谐振器1020固定在所述介质基板1030上表面，所述介质谐振器1020具有第一通孔1021，所述介质基板1030具有第二通孔1031，所述等离子体灯泡1010固定于所述介质谐振器1020，并通过所述第一通孔1021与及所述第二通孔1031与外接电源电连接；

所述介质基板1030的下表面设置有馈电网络1040，所述馈电网络1040用于输入发射机调制后的信号，通过所述介质基板1030传输至所述等离子体灯泡1010及所述介质谐振器1020组合构成的天线，所述等离子体灯泡1010及所述介质谐振器1020组合构成的天线将所述调制后的信号转换为无线电信号，并发送所述无线电信号。

可见，本发明实施例所提供的一种等离子体介质谐振天线，包括等离子体灯泡1010、介质谐振器1020及介质基板1030，其中：介质谐振器1020固定在介质基板1030上表面，介质谐振器1020具有第一通孔1021，介质基板1030具有第二通孔1031，等离子体灯泡1010固定于介质谐振器1020，并通过第一通孔1021与及第二通孔1031与外接电源电连接；介质基板1030的下表面设置有馈电网络1040，馈电网络1040用于输入发射机调制后的信号，通过介质基板1030传输至等离子体灯泡1010及介质谐振器1020组合构成的天线，等离子体灯泡1010及介质谐振器1020组合构成的天线将调制后的信号转换为无线电信号，并发送无线电信号。当等离子体灯泡1010通电时，灯泡中的惰性气体被电离后会激励等离子体，使之具有良好的导电特性，构成等离子体天线，可以发射和接收无线电信号；当等离子体灯泡1010断电时，等离子体灯泡1010成为绝缘体，不会反射电磁波，仅由介质谐振器1020发射和接收无线电信号，这样可以通过对等离子体灯泡1010的通断电实现天线辐射模式的改变，改变天线的增益及辐射方向图，进而使天线发射的信号可以更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

如图1所示，介质谐振器1020固定在介质基板1030的上表面。介质谐振器1020和介质基板1030的材料均为能够传输调制信号的材料。为了使介质谐振器1020与介质基板1030之间能够更好的传输调制信号，在一种实施方式中，介质谐振器1020可以通过导电胶固定在介质基板1030的上表面。

介质谐振器1020具有第一通孔1021，介质基板1030具有第二通孔1031，等离子体灯泡1010固定于介质谐振器1020，并且等离子体灯泡1010通过第一通孔1021及第二通孔1031与外接电源电连接。

在一种实施方式中，等离子体灯泡1010可以与导线电连接，该导线可以穿过第一通孔1021及第二通孔1031与外接电源电连接，这样，外接电源便可以为等离子体灯泡1010供电。

其中，介质谐振器1020的具体形状可以为任意形状，具体可以根据设计需求等因素确定。例如，介质谐振器1020可以为长方体、球形、圆柱体等，在此不做具体限定。

等离子体灯泡1010中填充有惰性气体。当等离子体灯泡1010通电时，等离子体灯泡1010中填充的惰性气体被电离后会激励等离子体，使之具有良好的导电特性，构成等离子体天线，可以发射和接收无线电信号。当等离子体灯泡1010断电时，等离子体灯泡1010成为绝缘体，不再反射电磁波。

其中，等离子体灯泡1010可以为圆形灯泡、管形灯泡等，在此不做具体限定。等离子体灯泡1010的型号可以根据天线的谐振频率等因素确定，例如，可以为E14、E27等，在此不做具体限定。等离子体灯泡1010中填充的惰性气体可以为氦气、氖气、氩气等，在此不做具体限定。

在一种实施方式中，为了方便等离子体灯泡1010固定于介质谐振器1020，上述等离子体灯泡1010可以为卡口式灯泡，上述介质谐振器1020的第一通孔1021的内壁可以设置与等离子体灯泡1010适配的卡口，卡口与导线相连接，导线可以通过第一通孔1021及第二通孔1031与外接电源电连接，这样等离子体灯泡1010可以固定于介质谐振器1020上，进而等离子体灯泡1010也就可以通过第一通孔1021及第二通孔1031与外接电源电连接。

上述介质基板1030的下表面设置有馈电网络1040，馈电网络1040用于输入发射机调制后的信号。调制后的信号输入馈电网络1040后，可以通过介质基板1030传输至等离子体灯泡1010及介质谐振器1020组合构成的天线。其中，上述馈电网络1040的馈电方式可以为探针馈电、缝隙耦合馈电、微带线馈电、共面波导馈电、介质镜像波导馈电等馈电方式，在此不做具体限定及说明。

等离子体灯泡1010及介质谐振器1020组合构成的天线能够将输入的调制后的信号变换为对应的无线电信号，并发射变换后的无线电信号。在通电状态下，等离子体灯泡1010及介质谐振器1020组合构成的天线也能够接收其他信号发送设备发送的无线电信号，将接收到的无线电信号转换为对应的调制信号，并将转换后的调制信号通过介质基板1030传输至馈电网络1040，由馈电网络1040输出转换后的调制信号，再由接收机将转换后的调制信号进行解调。

这样，当等离子体灯泡1010在通电状态时，灯泡中的惰性气体可以被激励成等离子体，具有导电特性，构成等离子体天线，可以发射和接收无线电信号；当等离子体灯泡1010为断电状态时，不激励等离子体，等离子体灯泡成为绝缘体，不会反射电磁波，也就不能发射和接收无线电信号，此时仅由介质谐振器1020发射和接收无线电信号。这样可以通过对等离子体灯泡1010的通断电实现天线辐射模式的改变，激励等离子体后，可以提高天线的增益并改变天线的辐射方向图，进而使天线发射的信号可以更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

作为本发明实施例的一种实施方式，介质谐振器1020可以固定在介质基板1030上表面的中心位置，第一通孔1021位于介质谐振器1020的中心；第二通孔1031位于介质基板1030的中心。

为了方便等离子体灯泡1010的安装和拆卸，并方便等离子体灯泡1010与外接电源电连接，介质谐振器1020可以固定在介质基板1030上表面的中心位置，第一通孔1021位于介质谐振器1020的中心，第二通孔1031位于介质基板1030的中心。这样，等离子体灯泡1010也就可以固定于介质谐振器1020上表面的中心位置，可以便于等离子体灯泡1010的安装和拆卸，同时也可以方便等离子体灯泡1010与外接电源电连接。

可见，本发明实施例所提供的方案中，介质谐振器1020可以固定在介质基板1030上表面的中心位置，第一通孔1021位于介质谐振器1020的中心，第二通孔1031位于介质基板1030的中心。这样，可以方便离子体灯泡1010的安装和拆卸，并方便等离子体灯泡1010与外接电源电连接。

作为本发明实施例的一种实施方式，如图2所示，上述馈电网络1040可以包括圆环微带线1041、第一端口1042、第二端口1043、第一连接微带线1044及第二连接微带线1045。

上述圆环微带线1041的圆心1048位于介质基板1030下表面的中心，圆环微带线1041在第一连接点1046通过第一连接微带线1044与第一端口1042电连接，圆环微带线1041在第二连接点1047通过第二连接微带线1045与第二端口1043电连接；第一连接点1046、第二连接点1047与圆环微带线1041的圆心1048所形成的圆心角为预设角度。

上述馈电网络1040的馈电方式可以采用微带线馈电的方式。如图2所示，馈电网络1040可以包括圆环微带线1041、第一端口1042、第二端口1043、第一连接微带线1044及第二连接微带线1045。

上述第一端口1042及上述第二端口1043分别可以用于输入或输出调制信号，调制信号也就是发射机调制后的信号。当通过上述第一端口1042输入调制信号时，上述第二端口1043可以用于输出天线接收无线电信号所转换的调制信号。

当通过上述第二端口1043输入调制信号时，在这种情况下，上述第一端口1042可以用于输出天线接收无线电信号所转换的调制信号。

在一种实施方式中，为了方便传输调制信号，上述第一端口1042及上述第二端口1043可以分别连接SMA(Small A Type)接口。为了方便安装SMA接口，可以将上述第一连接微带线1044及第二连接微带线1045进行弯曲，从而适当增大第一端口1042与二端口1043之间的距离。

上述第一连接点1046、第二连接点1047与圆环微带线1041的圆心1048所形成的圆心角为预设角度。由于存在上述预设角度，通过第一端口1042输入调制信号所转化的无线电信号与通过第二端口1043输入调制信号所转化的无线电信号之间将会存在相位差，这样，通过改变输入调制信号的输入端口，可以改变天线的极化方式。其中，上述预设角度可以根据天线的性能要求进行调整，例如，可以为315°、300°等。

需要说明的是，上述圆环微带线1041的圆心1048并不存在于上述介质基板上，图2中为了方便描述将其画出。

可见，本发明实施例所提供的方案中，上述馈电网络1040可以包括圆环微带线1041、第一端口1042、第二端口1043、第一连接微带线1044及第二连接微带线1045，圆环微带线1041的圆心1048位于介质基板1030下表面的中心，圆环微带线1041在第一连接点1046通过第一连接微带线1044与第一端口1042电连接，圆环微带线1041在第二连接点1047通过第二连接微带线1045与第二端口1043电连接；第一连接点1046、第二连接点1047与圆环微带线1041的圆心1048所形成的圆心角为预设角度。这样，通过第一端口1042输入调制信号所转化的无线电信号与通过第二端口1043输入调制信号所转化的无线电信号之间将会存在相位差，进而通过改变输入调制信号的输入端口，可以改变天线的极化方式。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述天线的谐振频率可以为2.4GHz。

为了提高天线的数据传输速度及抗干扰能力，上述天线的谐振频率可以为2.4GHz。这样，上述天线也就可以作为WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)天线。

其中，上述天线可以为符合IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b、IEEE802.11n、IEEE802.11ac等标准的天线，在此不做具体限定。

可见，本发明实施例所提供的方案中，上述天线的谐振频率可以为2.4GHz。这样，可以提高天线的数据传输速度及抗干扰能力。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述圆环微带线1041的内圆半径为5.8mm，圆环微带线1041的外圆半径为8.0mm，上述圆环微带线1041的宽度为2.2mm，上述预设角度为315°，上述第一连接微带线1044及第二连接微带线1045的宽度为1.4mm。

为了使上述天线发送的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境，上述天线的极化方式可以采用圆极化方式，且上述天线的谐振频率可以为2.4GHz。

针对这种情况，可以通过微带线宽度计算器Txline计算圆环微带线1041、第一连接微带线1044及第二连接微带线1045的宽度，可以确定圆环微带线1041内圆半径为5.8mm，圆环微带线1041的外圆半径为8.0mm，圆环微带线1041的宽度可以为2.2mm，预设角度为315°，第一连接微带线1044及第二连接微带线1045的宽度为1.4mm。

这样，当通过上述第一端口1042输入调制信号时，上述天线的极化方式将会变为左旋圆极化；当通过上述第二端口1043输入调制信号时，上述天线的极化方式将会变为右旋圆极化，这样天线发射的信号可以更全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

可见，本发明实施例所提供的方案中，上述圆环微带线1041的内圆半径为5.8mm，圆环微带线1041的外圆半径为8.0mm，上述圆环微带线1041的宽度为2.2mm，上述预设角度为315°，上述第一连接微带线1044及第二连接微带线1045的宽度为1.4mm。这样，天线发射的信号可以更全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述等离子体灯泡1010可以为E14螺纹式圆灯泡。

上述第一通孔1021的直径为14mm，上述第一通孔1021设置有与等离子体灯泡1010适配的螺纹，上述等离子体灯泡1010与第一通孔1021螺纹连接。

上述等离子体灯泡1010可以为外径为45mm、高度为75mm的E14螺纹式圆灯泡。为了方便安装和拆卸等离子体灯泡1010，上述第一通孔1021的直径可以为14mm，且第一通孔1021设置有与等离子体灯泡1010适配的螺纹。这样，上述介质谐振器1020便可以作为等离子体灯泡1010的灯座，等离子体灯泡1010可以与第一通孔1021螺纹连接，从而将等离子体灯泡1010固定于介质谐振器1020。

可见，本发明实施例所提供的方案中，等离子体灯泡1010可以为E14螺纹式圆灯泡，第一通孔1021的直径为14mm，第一通孔1021设置有与等离子体灯泡1010适配的螺纹，等离子体灯泡1010与第一通孔1021螺纹连接。这样，等离子体灯泡1010可以通过第一通孔1021固定于介质谐振器1020，可以为安装和拆卸等离子体灯泡1010提供方便。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述介质谐振器1020为长方体，上述介质谐振器1020的长、宽及高分别为50mm、50mm、40mm，上述介质谐振器1020的相对介电常数为4.1。

为了使上述天线发送的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境，上述介质谐振器1020的形状可以为长方体。其中，介质谐振器1020的长可以为50mm，介质谐振器1020的宽可以为50mm，介质谐振器1020的高可以为40mm，介质谐振器1020的相对介电常数可以为4.1。

这样，可以确保天线的谐振频率达到2.4GHz，进而可以使天线发送的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

作为本发明实施例的一种实施方式，上述介质基板1030的长、宽及高分别为70mm、70mm、0.787mm，上述介质基板1030的相对介电常数为4.4。

为了使上述天线发送的信号更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境，上述介质基板1030的长可以为70mm，介质基板1030的宽可以为70mm，介质基板1030的高可以为0.787mm，介质基板1030的相对介电常数可以为4.4。

作为本发明实施例的一种实施方式，如图3所示，上述介质基板1030的上表面设置有铜镀层，上述铜镀层的厚度为0.018mm。

为了增加上述天线的带宽，上述铜镀层上可以设置多个长方形凹槽。如图3所示，上述铜镀层设置有8个长度相同的长方形凹槽1032、1033、1034、1035、1036、1037、1038、1039，每个长方形凹槽的一端位于介质基板1030的中心位置，每个长方形凹槽的另一端位于以中心位置为圆心、以长方形凹槽的长度为半径的圆周上。

其中，相邻两个长方形凹槽之间的夹角为45°，每个长方形凹槽的长可以为11.25mm，每个长方形凹槽的宽可以为1mm，每个长方形凹槽的深可以为0.018mm，也就是说，上述每个长方形凹槽即为长11.25mm、宽1mm的未设置有铜镀层的矩形区域。设置长方形凹槽可以增大馈线附近的电流分布，减少调制信号的反射，降低调制信号的能量损耗，从而可以形成均匀的行波，实现增加天线的带宽以及提高天线的辐射效率的效果。

可见，本发明实施例所提供的方案中，上述介质基板1030的上表面设置有铜镀层，上述铜镀层的厚度为0.018mm，铜镀层设置有8个长度相同的长方形凹槽，每个长方形凹槽的一端位于介质基板1030的中心位置，每个长方形凹槽的另一端位于以中心位置为圆心、以长方形凹槽的长度为半径的圆周上，相邻两个长方形凹槽之间的夹角为45°，每个长方形凹槽的长、宽、深分别为11.25mm、1mm、0.018mm。这样，可以减少调制信号的反射，降低调制信号的能量损耗，从而可以形成均匀的行波，实现增加天线的带宽以及提高天线的辐射效率的效果。

作为本发明实施例的一种实施，上述介质基板1030为环氧玻璃布层压板。

上述介质基板1030的相对介电常数为4.4，为了降低成本，上述介质基板1030的材料可以采用FR-4，也就是环氧玻璃布层压板。

可见，本发明实施例所提供的方案中，上述介质基板1030为环氧玻璃布层压板。这样，介质基板1030的相对介电常数可以符合要求，并可以降低成本。

下面结合图4(a)及图4(b)对本发明实施例所提供的天线进行介绍。如图4(a)所示，当等离子体灯泡1010处于断电状态下不激励等离子体，等离子体灯泡1010即为绝缘体，无法反射电磁波，此时仅由介质谐振器1020发射和接收无线电信号。如图4(b)所示，当等离子体灯泡1010处于通电状态下，等离子体灯泡1010内填充的惰性气体被电离，可以激励等离子体，构成等离子体天线，等离子体灯泡1010可以与介质谐振器1020共同发射或接收无线电信号。这样可以通过对等离子体灯泡1010的通断电实现天线辐射模式的改变，激励等离子体后，可以提高天线的增益并改变天线的辐射方向图。其中，E表示第一通孔1021的直径，R2表示离子体灯泡1010的半径，R1为等离子体灯泡1010内填充的惰性气体被电离时分布范围的半径，h1表示介质谐振器1020的高度，h0为介质基板1030的高度。

下面结合图5对本发明实施例中天线的谐振频率与天线的输入回波损耗之间的趋势进行说明，其中，横坐标为天线的谐振频率，纵坐标为天线的输入回波损耗，区域501表示标准为IEEE802.11、频率为2.4GHz的WLAN天线的工作频段。由图5可知，等离子体灯泡1010处于断电状态下天线的输入回波损耗S11与等离子体灯泡1010处于通电状态下天线的输入回波损耗S11比较接近，天线的输入回波损耗S11不超过-10dB时，天线的带宽范围为2.03GHz～3.27GHz，天线的阻抗带宽为51.7％，且天线的带宽范围可以覆盖标准为IEEE802.11、频率为2.4GHz的WLAN天线的工作频段。

下面结合图6对本发明实施例中天线的谐振频率与天线的轴比之间的趋势进行说明，其中，横坐标为天线的谐振频率，纵坐标为天线的轴比。由图6可知，等离子体灯泡1010处于断电状态下天线的轴比与等离子体灯泡1010处于通电状态下天线的轴比比较接近。由图6可知，天线的轴比不超过3dB时，天线的轴比范围为2.05GHz～3.21GHz，天线的3dB轴比带宽为51.7％，天线具有较好的圆极化特性。

下面结合图7对本发明实施例中天线的增益与天线的谐振频率之间的趋势进行说明，其中，横坐标为天线的谐振频率，纵坐标为天线的增益。由图7可知，当天线的谐振频率为2.4GHz～3.0GHz时，等离子体灯泡1010处于通电状态下天线的增益高于等离子体灯泡1010处于断电状态下天线增益。当天线的谐振频率为2.7GHz时，等离子体灯泡1010处于通电状态下天线的增益为8.0dBic，比等离子体灯泡1010处于断电状态下天线增益高3.3dBic。

下面结合图8(a)、图8(b)、图8(c)及图8(d)对本发明实施例中天线的辐射方向图的变化进行说明。其中，图8(a)为等离子体灯泡1010处于断电状态下天线E平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图，图8(b)为等离子体灯泡1010处于断电状态下天线H平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图，图8(c)为等离子体灯泡1010处于通电状态下天线E平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图，图8(d)为等离子体灯泡1010处于通电状态下天线H平面的主极化辐射方向图及交叉极化辐射方向图。其中，上述主极化即为右旋圆极化，上述交叉极化即为左旋圆极化。

由图8(a)、图8(b)、图8(c)及图8(d)可知，等离子体灯泡1010处于断电状态与等离子体灯泡1010处于通电状态时，天线的相对场强最大方向均为0°方向，也就是天线的正方向。在等离子体灯泡1010处于断电状态下，天线的交叉极化对应的相对场强较大，辐射方向图后瓣也较大；在等离子体灯泡1010处于通电状态下，天线的主极化对应的相对场强比交叉极化对应的相对场强大15dB。可见，通过改变等离子体灯泡1010的通电状态，可以改变天线的辐射方向图，进而可以使天线发射的信号可以更加全面的覆盖建筑物布局比较复杂的环境。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非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作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种等离子体介质谐振天线，其特征在于，包括等离子体灯泡(1010)、介质谐振器(1020)及介质基板(1030)，其中：

所述介质谐振器(1020)固定在所述介质基板(1030)上表面，所述介质谐振器(1020)具有第一通孔(1021)，所述介质基板(1030)具有第二通孔(1031)，所述等离子体灯泡(1010)固定于所述介质谐振器(1020)，并通过所述第一通孔(1021)及所述第二通孔(1031)与外接电源电连接；

所述介质基板(1030)的下表面设置有馈电网络(1040)，所述馈电网络(1040)用于输入发射机调制后的信号，通过所述介质基板(1030)传输至所述所述等离子体灯泡(1010)及所述介质谐振器(1020)组合构成的天线，所述等离子体灯泡(1010)及所述介质谐振器(1020)组合构成的天线将所述调制后的信号转换为无线电信号，并发送所述无线电信号。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质谐振器(1020)固定在所述介质基板(1030)上表面的中心位置，所述第一通孔(1021)位于所述介质谐振器(1020)的中心；所述第二通孔(1031)位于所述介质基板(1030)的中心。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电网络(1040)包括圆环微带线、第一端口(1042)、第二端口(1043)、第一连接微带线及第二连接微带线；

所述圆环微带线的圆心位于所述介质基板(1030)下表面的中心，所述圆环微带线在第一连接点通过所述第一连接微带线与所述第一端口(1042)电连接，所述圆环微带线在第二连接点通过所述第二连接微带线与所述第二端口(1043)电连接；

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述天线的谐振频率为2.4GHz。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述圆环微带线的内圆半径为5.8mm，所述圆环微带线的外圆半径为8.0mm，所述圆环微带线的宽度为2.2mm，所述预设角度为315°，所述连接微带线的宽度为1.4mm。

6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述等离子体灯泡(1010)为E14螺纹式圆灯泡；

所述第一通孔(1021)的直径为14mm，所述第一通孔(1021)设置有与所述等离子体灯泡(1010)适配的螺纹；所述等离子体灯泡(1010)与所述第一通孔(1021)螺纹连接。

7.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述介质谐振器(1020)为长方体，所述介质谐振器(1020)的长、宽及高分别为50mm、50mm、40mm，所述介质谐振器(1020)的相对介电常数为4.1。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述介质基板(1030)的长、宽及高分别为70mm、70mm、0.787mm，所述介质基板(1030)的相对介电常数为4.4。

9.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述介质基板(1030)的上表面设置有铜镀层，所述铜镀层的厚度为0.018mm；

所述铜镀层设置有8个长度相同的长方形凹槽，每个长方形凹槽的一端位于所述介质基板(1030)的中心位置，所述每个长方形凹槽的另一端位于以所述中心位置为圆心、以长方形凹槽的长度为半径的圆周上，相邻两个长方形凹槽之间的夹角为45°，所述每个长方形凹槽的长、宽、深分别为11.25mm、1mm、0.018mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的天线，其特征在于，所述介质基板(1030)为环氧玻璃布层压板。