CN112582807A - 定向天线和通讯设备 - Google Patents

定向天线和通讯设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112582807A
CN112582807A CN201910927624.0A CN201910927624A CN112582807A CN 112582807 A CN112582807 A CN 112582807A CN 201910927624 A CN201910927624 A CN 201910927624A CN 112582807 A CN112582807 A CN 112582807A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reflector
frequency band
directional antenna
resonant circuit
oscillator
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.)
Granted
Application number
CN201910927624.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112582807B (zh
Inventor
余敏
罗昕
舒余平
陈一
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.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
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 Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201910927624.0A priority Critical patent/CN112582807B/zh
Priority to EP20868119.7A priority patent/EP4030560A4/en
Priority to PCT/CN2020/116346 priority patent/WO2021057627A1/zh
Publication of CN112582807A publication Critical patent/CN112582807A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112582807B publication Critical patent/CN112582807B/zh
Priority to US17/701,802 priority patent/US20220216606A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/28—Arrangements for establishing polarisation or beam width over two or more different wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • 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
    • H01Q3/26—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 relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—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 relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—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 relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—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 relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Abstract

提供一种定向天线和通讯设备。所述定向天线包括有源振子和第一反射器。所述有源振子包括第一振子和第二振子，所述第一振子的工作频段为第一频段，所述第二振子的工作频段为第二频段。所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，所述第一反射器包括第一谐振电路，所述第一谐振电路包括并联的第一容性件和第一感性件，所述第一谐振电路的谐振频率在所述第二频段内，所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一。本申请所述定向天线和通讯设备中，所述第一反射器能对所述第一振子发送的电磁波进行定向反射，提高所述定向天线在反射方向的增益。

Description

定向天线和通讯设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种定向天线和通讯设备。
背景技术
全向天线的信号均匀覆盖所有方向且不能改变。全向天线不能根据用户位置把辐射能量集中到用户所在方向，无法实现定向辐射，使得天线在特定方向的增益较小。
发明内容
本申请提供一种定向天线和通讯设备，用以定向辐射电磁波，提高天线在特定方向的增益。
本申请所述定向天线包括有源振子和第一反射器。所述有源振子包括第一振子和第二振子。所述第一振子的工作频段为第一频段，所述第二振子的工作频段为第二频段。所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一。其中，所述第一反射器包括第一谐振电路，所述第一谐振电路包括并联的第一容性件和第一感性件。所述第一谐振电路的谐振频率位于所述第二频段内，所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一。
本申请所述定向天线中，由于第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，频率在所述第一频段内的电磁波会在所述第一反射器上发生谐振。当所述第一振子发射的电磁波传递至所述第一反射器上时，所述第一反射器感应的电磁波与所述第一振子发射的电磁波一个方向上发生相长干涉而加强，在另一方向上发生相消干涉而削弱。相当于第一反射器对所述第一振子发射的电磁波起反射作用，从而增强了所述定向天线在反射方向上的增益，提高了通信质量。
当所述第二振子发射的电磁波传递至所述第一反射器上时，由于所述第一谐振电路的谐振频率位于所述第二频段内，即所述第一谐振电路的谐振频率接近所述第二频段，所述第二振子发射的电磁波在所述第一谐振电路内会发生谐振而呈高阻状态，高阻状态的所述第一谐振电路近似于绝缘体。高阻状态的所述第一谐振电路阻断频率位于所述第二频段内的电磁波在所述第一反射器上产生的感应电流，因此第一反射器内只有除所述第一谐振电路外的部分才可能产生感应电流。由于所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一，从而使得所述第一反射器不会在所述第二频段发生谐振。因此，所述第一反射器对所述第二振子发射的电磁波表现为透明，即所述第一反射器不会对所述第二振子发射的电磁波产生较强反射和散射等干扰，也即所述第一反射器几乎不会影响所述第二振子发射的电磁波的正常传播。
总之，本申请所述定向天线工作时，所述第一反射器既能反射所述第一振子发射的电磁波，又不会使所述第二振子发射的电磁波发生畸变。由于所述第一反射器可有选择的反射两个频段中的特定频段的电磁波，使得所述定向天线在所述第一频段和所述第二频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。
一种实施方式中，所述第一振子的等效电长度等于所述第一频段的波长的二分之一，以发射和接收频率位于所述第一频段的电磁波，所述第二振子的等效电长度等于所述第二频段的波长的二分之一，以发射和接收频率位于所述第二频段的电磁波。
一种实施方式中，所述第二频段的最小频率大于所述第一频段的最大频率。
本实施方式所述定向天线中，所述第二频段内任一频率均大于所述第一频段的频率，即所述第一频段为低频段，所述第二频段为高频段，此时所述第一反射器对频率较高的电磁波表现为透明，对频率较低的电磁波起反射作用，也即所述第一反射器为对低频段电磁波起反射作用而对高频段电磁波透明的低频反射器。也就是说，所述第一反射器既能对低频电磁波进行反射，又不影响高频段电磁波的正常传播，所述第一反射器可有选择的反射多个频段中的低频段的电磁波，使得所述定向天线在低频段和高频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。
一种实施方式中，所述第二频段内的最大频率小于所述第一频段的最小频率。
本实施方式所述定向天线中，所述第二频段内任一频率均小于所述第一频段的频率，即所述第一频段为高频段，所述第二频段为低频段，此时所述第一反射器对频率较低的电磁波表现为透明，对频率较高的电磁波起反射作用，所述第一反射器为对高频段电磁波起反射作用而对低频段电磁波透明的高频反射器。
一种实施方式中，所述有源振子还包括第三振子，所述第三振子的工作频段为第三频段，所述第一反射器还包括与所述第一谐振电路串联的第二谐振电路；
其中，所述第二谐振电路包括并联的第二容性件和第二感性件，所述第二谐振电路的谐振频率位于所述第三频段内。
当所述第三振子发射的电磁波传递至所述第一反射器上时，由于所述第二谐振电路的谐振频率位于所述第三频段内，即所述第二谐振电路的谐振频率接近所述第三频段，所述第三振子发射的电磁波在所述第二谐振电路内会发生谐振而呈高阻状态，即此时所述第二谐振电路相当于绝缘体。高阻状态的所述第二谐振电路阻断频段位于所述第三频段内的电磁波在所述第一反射器上产生的感应电流，从而使得所述第一反射器不会在所述第三频段发生谐振。因此，所述第一反射器对所述第三振子发射的电磁波表现为透明，即所述第一反射器不会对所述第三振子发射的电磁波产生较强反射的散射等干扰，也即所述第一反射器几乎不会影响所述第三振子发射的电磁波的正常传播。
也就是说，本实施方式所述定向天线工作时，所述第一反射器既能反射所述第一振子发射的电磁波，又不会使所述第二振子和所述第三振子发射的电磁波发生畸变。由于所述第一反射器可有选择的反射三个频段中特定频段的电磁波，使得所述定向天线在所述第一频段、所述第二频段和所述第三频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于三个频段。
一种实施方式中，所述第三振子的等效电长度等于所述第三频段的波长的二分之一，以发射和接受频率位于所述第三频段的电磁波。
一种实施方式中，所述第一反射器还包括导电件，所述导电件与所述第一谐振电路串联，所述第一反射器的等效电长度减去所述导电件的等效电长度小于所述第一频段的波长的二分之一。
在所述第一谐振电路的等效电长度小于所述第一频段的波长的二分之一时，所述导电件的增设可以增加所述第一反射器的机械长度，进而补足所述第一反射器的等效电长度，使所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，使得所述第一反射器能反射所述第一振子发射的电磁波。
一种实施方式中，所述定向天线还包括第二反射器，所述第二反射器的等效电长度等于或略大于所述第二频段的波长的二分之一，以使频率位于所述第二频段内的电磁波会在所述第二反射器上发生谐振。当所述第二振子发射的电磁波传递至所述第二反射器上时，所述第二反射器感应的电磁波与所述第二振子发射的电磁波在一个方向上发生相长干涉而加强，在另一方向上发生相消干涉而削弱，相当于所述第二反射器对所述第二振子发射的电磁波起反射作用，从而增强了所述定向天线在反射方向上的增益，提高了通信质量。
一种实施方式中，所述定向天线还包括安装板，所述安装板包括第一安装面，所述第一安装面上设有第一功能层，所述有源振子位于所述第一功能层内，所述有源振子可通过印刷工艺形成于所述第一安装面上，以简化所述有源振子的形成工艺。
一种实施方式中，所述第一容性件和所述第一感性件均位于所述第一功能层内，可与所述有源振子在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成所述第一容性件和所述第一感性件，节省了所述定向天线的制备成本。此外，所述第一容性件和所述第一感性件均位于所述第一功能层内，即所述第一容性件和所述第一感性件均为实体的物理结构，不需要通过焊接的工艺装配于所述安装面上，避免了焊接等工序所产生的寄生效应。
一种实施方式中，所述第一功能层的材料为金属等导体。
一种实施方式中，所述安装板还包括与所述第一安装面相对设置的第二安装面，所述第二安装面上设有第二功能层，所述第一容性件和所述第二感性件均位于所述第二功能层内，或者，所述第一容性件和所述第二感性件分别位于所述第一功能层和所述第二功能层内，且所述第一容性件和所述第一感性件正对设置，以减小所述第一谐振电路的横向尺寸，进而减小所述第一反射器的横向尺寸，提高所述定向天线的结构紧凑度，有利于所述定向天线的小型化设计。
一些实施方式中，所述第二功能层的材料为金属等导体。
一种实施方式中，所述第一容性件包括多个间隔设置的金属块和位于多个所述金属块之间的缝隙，所述缝隙的形状包括且不限于直线、折线或曲线等形状。
一种实施方式中，所述第一感性件包括波形的金属线，所述波形的形状包括且不限于矩形波、锯齿波或正弦波等形状。
一种实施方式中，所述定向天线还包括地板，所述地板包括承载面，所述承载面承载所述安装板，所述承载面与所述第一安装面之间的夹角等于90度，所述承载面上设有导电层，所述导电层与所述有源振子和所述第一反射器电连接。
本实施方式所述定向天线中，所述导电层镜像所述有源振子和所述第一反射器，依据电磁波的镜像原理，此时所述第一振子的等效电长度等于所述第一振子和所述第一振子在所述导电层的镜像的电长度之和，所述第二振子的等效电长度等于所述第二振子和所述第二振子在所述导电层的镜像的电长度之和，所述第一反射器的等效电长度等于所述第一反射器和所述第一反射器在所述导电层的镜像的电长度之和。也就是说，本实施方式所示定向天线采用所述导电层镜像所述有源振子和所述第一反射器，可减小所述有源振子和所述第一反射器的尺寸，从而缩小了所述定向天线的尺寸，不仅节省了所述定向天线的制备成本，还提高了所述定向天线的结构紧凑度，有利于所述定向天线的小型化设计。
一种实施方式中，所述导电层还与所述第二反射器电连接，用以镜像所述第二反射器，减小所述第二反射器的尺寸，从而缩小了所述定向天线的尺寸，节省了所述定向天线的制备成本，还提高了所述定向天线的结构紧凑度，有利于所述定向天线的小型化设计。
一种实施方式中，所述导电层的材料为金属等导体。
一种实施方式中，所述地板的材料为金属，所述地板与所述导电层为一体成型的金属板体，以简化所述定向天线的制备工艺，节省所述定向天线的生产成本。
一种实施方式中，所述第一反射器还包括控制开关，所述控制开关与所述第一谐振电路串联，且电连接于所述第一谐振电路和所述导电层之间；
所述控制开关闭合时，所述第一反射器的电长度与所述第一反射器在所述导电层的镜像的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一。
本实施方式所述定向天线中，采用所述控制开关控制所述第一谐振电路和所述导电层之间的电连接状态，即控制所述第一反射器与所述导电层之间的导通状态，以在所述定向天线工作时可根据具体需求选择所述第一反射器与所述导电层的通断，来控制所述第一反射器是否对所述第一振子发射的电磁波起反射作用。
一种实施方式中，所述控制开关包括且不限于PIN型二极管、微型机电系统开关或光电开关等开关。
一种实施方式中，所述第二频段的频率近似于所述第一频段的频率的两倍，即频率位于所述第一频段的电磁波的波长近似于频率位于所述第一频段的电磁波的波长的两倍。
本实施方式所示定向天线中，所述第一反射器的电长度等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，即所述第一反射器的机械长度等于或略大于所述第一频段的四分之一波长，则所述第一反射器的机械长度等于或略大于所述第二频段的二分之一波长。若所述第二振子发射的电磁波传递至所述第一反射器上，所述第一谐振电路近似于绝缘体，所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分才可能产生感应电流。尽管所述第一反射器的机械长度等于或略大于所述第二频段的波长的二分之一，所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一，所述第一反射器不会在所述第二频段发生谐振，而对所述第二振子发射的电磁波表现为透明。
一种实施方式中，所述承载面与所述第一安装面之间的夹角小于90度。
本申请所述通讯设备包括射频模块和上述任一项所述的定向天线，所述射频模块与所述定向天线的有源振子电连接，用以向所述定向天线的有源振子发送电磁信号，并接收所述有源振子接收的电磁信号。
本申请所述通讯设备包括上述定向天线，所述定向天线工作时，所述第一反射器既能反射所述第一振子发射的电磁波，又不会影响所述第二振子发射的电磁波的正常传播。所述第一反射器可有选择的反射两个频段中特定频段的电磁波，使得所述定向天线在所述第一频段和所述第二频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例提供的一种通讯设备的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种定向天线的结构示意图；
图3是图2所示定向天线沿A-A方向的剖面结构示意图；
图4是图2所示定向天线中第一反射器与第一振子的简略结构示意图；
图5是图2所示第一反射器中第一谐振电路的详细结构示意图；
图6A-图6E是图5所示第一谐振电路中第一容性件的其他实施方式的结构示意图；
图7A-图7D是图5所示第一谐振电路中第一感性件的其他实施方式的结构示意图；
图8是利用图5所示第一谐振电路作为传输线进行仿真设计的结构示意图；
图9是图8所示结构进行仿真测试后得到的双端口S参数曲线图；
图10A是图2所示定向天线在2.4GHz下的波束方向图；
图10B是图2所示定向天线在5GHz下的波束方向图；
图11是本申请实施例提供的第二种定向天线的结构示意图；
图12是图11所示定向天线沿B-B方向的剖面结构示意图
图13是本申请实施例提供的第三种定向天线的结构示意图；
图14是图13所示定向天线沿C-C方向的剖面结构示意图；
图15是本申请实施例提供的第四种定向天线的结构示意图；
图16是图15所示定向天线沿E-E方向的剖面结构示意图；
图17是本申请实施例提供的第五种定向天线的结构示意图；
图18是图17所示定向天线沿F-F方向的剖面结构示意图；
图19是图17所示定向天线10的部分结构示意图；
图20是本申请实施例提供的第六种定向天线的结构示意图；
图21是图20所示定向天线沿G-G方向的剖面结构示意图；
图22是本申请实施例提供的第七种定向天线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施方式中的附图对本申请实施方式进行描述。
首先请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种通讯设备100的结构示意图。
本申请实施例提供的通讯设备100包括且不限于蜂窝基站、无线局域网(WLAN)设备、手机、平板电脑、电脑或可穿戴设备等具有无线通讯功能的电子产品。通讯设备100包括定向天线10、设备主体20和射频模块30。定向天线10和射频模块30均装配于设备主体20上。射频模块30与定向天线10电连接，用以通过馈电点21向定向天线10的有源振子(图未示)收发电磁信号。定向天线10根据接收的电磁信号辐射电磁波或根据接收的电磁波向射频模块30发送电磁信号，从而实现无线信号的收发。其中，射频模块(Radio Frequency module，AFmodule)30为收发器(transmitter and/orreceiver，T/R)等可以发射和/或接收射频信号的电路。
请参见图2和图3。图2是本申请实施例提供的一种定向天线10的结构示意图，其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中的定向天线10相对应。图3是图2所示定向天线10沿A-A方向的剖面结构示意图，其中，沿A-A方向的剖面结构示意图是指定向天线10沿图示点划线位置剖开后的剖面示意图。
定向天线10包括安装板1、有源振子2和第一反射器3和地板4。安装板1包括第一安装面101，有源振子2和第一反射器3设于第一安装面101。有源振子2包括第一振子21和第二振子22，第一振子21的工作频段为第一频段，第二振子22的工作频段为第二频段。第一反射器3的等效电长度(electrical length)等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一。第一反射器3包括第一谐振电路31，第一谐振电路31包括并联的第一容性件311和第一感性件312，第一谐振电路31的谐振频率在所述第二频段内。第一发射器3除第一谐振电路31外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一。地板4包括承载面401，承载面401承载安装板1，且与第一安装面101之间的夹角等于90度，承载面401上设有导电层41，导电层41与有源振子2和第一反射器3电连接。本实施例中，当一部件与导电层41电连接时，该部件的等效电长度等于该部件的实际电长度与该部件在导电层41的镜像的电长度之和，即该部件的等效电长度等于该部件的实际电长度的两倍；当该部件不与导电层41电连接时，该部件的等效电长度等于该部件的实际电长度。其中，电长度是指传播媒质和结构的机械长度(也可称物理长度或几何长度)与该媒质和结构上传播电磁波的波长比值。
本实施例所示定向天线10中，由于第一反射器3的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，频率在所述第一频段内的电磁波会在第一反射器3上发生谐振。当第一振子21发射的电磁波传递至第一反射器3上时，第一反射器3感应的电磁波与第一振子31发射的电磁波在一个方向上发生相长干涉而加强，在另一方向上发生相消干涉而削弱。相当于第一反射器3对第一振子21发射的电磁波起反射作用，增强了定向天线10在反射方向的增益，提高了通信质量。
当第二振子22发射的电磁波传递至第一反射器3上时，由于第一谐振电路31的谐振频率位于所述第二频段内，即第一谐振电路31的谐振频率接近所述第二频段，第一谐振电路31会发生谐振而呈高阻状态，高阻状态的第一谐振电路3近似于绝缘体。高阻状态的第一谐振电路31会阻断频率位于所述第二频段内的电流在第一反射器3上产生的感应电流，因此第一反射器3内只有除第一谐振电路31外的部分才能产生感应电流。由于第一反射器3内除第一谐振电路31外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一，从而使得第一反射器3不会在所述第二频段发生谐振。因此，第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明，即第一反射器3几乎不会影响第二振子22发射的电磁波的正常传播。
也就是说，本实施例所示定向天线10工作时，第一反射器3既能对第一振子21发射的电磁波进行反射，还不会对第二振子22发射的电磁波产生较强反射和散射等干扰，不会使第二振子22发射的电磁波发生畸变。由于第一反射器3可有选择的反射两个频段中的特定频段的电磁波，使得定向天线10在所述第一频段和所述第二频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。
本实施例中，安装板1为印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)，安装板1的第一安装面101上设有第一功能层11。具体的，第一功能层11的材料为金属铜，即第一功能层11为设于第一安装面101上的铜层。一种实施方式中，第一功能层11印刷于第一安装面101上。在其他实施例中，所述安装板也可以为其他具有承载作用的基板，所述第一功能层的材料也可以为其他导体，本申请对此不作具体限定。
有源振子2位于第一安装面101的中间区域。有源振子2位于第一功能层11内，可印刷于第一安装面101上，以简化有源振子2的制备工艺。具体的，有源振子2沿第一安装面101的X轴方向延伸，有源振子2的底部设有馈电点21，馈电点21通过馈线(图未示)连接射频模块30，有源振子2通过馈电点21接收射频模块30发送的电磁信号或将接收的外界电磁信号发送至射频模块30。一种实施方式中，所述馈线是双导体构成的传输线，所述传输线一端的两部分导体分别与馈电点21和导电层41电连接，所述传输线另一端与射频模块30的端口电连接。本实施例中，第一安装面101的X轴方向为第一安装面101上垂直于承载面401的方向。
有源振子2包括一个第一振子21和两个第二振子22。具体的，第一振子21沿X轴方向延伸，第一振子21的等效电长度等于所述第一频段的波长λ1的二分之一，用以发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。本实施例中，第一振子21在导电层41的镜像的电长度之和等于第一振子21的等效电长度。由于第一安装面101与承载面401之间的夹角为90度，第一振子21的电长度与第一振子21在导电层41的镜像的电长度相等，即第一振子21的电长度的两倍等于第一振子21的等效电长度，此时第一振子21的电长度等于所述第一频段的波长的四分之一。
两个第二振子22对称分布于第一振子21的两侧，且每一第二振子22与第一振子21之间均存在间隙。第二振子22的等效电长度等于所述第二频段的波长λ2的二分之一，用以发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波。本实施例中，第二振子22和第二振子22在导电层41的投影的电长度之和等于第二振子22的等效电长度。由于第一安装面101与承载面401之间的夹角为90度，第二振子22的电长度与第二振子22在导电层41的镜像的电长度相等，即第二振子22的电长度的两倍等于第二振子22的等效电长度，此时第二振子22的电长度等于所述第二频段的波长的四分之一。
本实施例中，所述第二频段内的最小频率大于所述第一频段的最大频率，即λ2＜λ1。也就是说，第一振子21的工作频段为低频段，第二振子22的工作频段为低频段，第一反射器3为对低频段电磁波起反射作用而对高频段电磁波透明的低频反射器。一种实施方式中，所述第二频段的频率近似为所述第一频段的频率的两倍，即2λ2≈λ1。在其他实施方式中，所述第二频段的频率也可以近似于所述第一频段的频率的其他倍数，本实施例对此不作具体限定。
由于低频反射器在低频段的等效电长度等于或略大于低频段的波长的二分之一，那么低频反射器在高频段的等效电长度则会大于高频段的波长的二分之一，当高频段的电磁波传递至低频反射器上时，低频反射器会对高频段电磁波产生较强反射和散射等干扰，使高频段电磁波发生畸变。而本实施方式所示定向天线10中，第一反射器3不仅能对低频段电磁波起反射作用，还对高频段电磁波表现为透明，不会对高频段电磁波产生干扰，使高频段电磁波传递至第一反射器3时不会发生畸变而保持正常传播，第一反射器3可有选择的反射双频段中低频段的电磁波，使得定向天线10在低频段和高频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。在其他实施例中，所述第二频段内的最大频率也可以小于所述第一频段的最小频率，即所述第一振子的工作频段为高频段，而所述第二振子的工作频段为低频段，本实施例对此不作具体限定。
请一并参阅图4，图4为图2所示定向天线10中第一反射器3与第一振子21的简略结构示意图。
第一反射器3位于有源振子2中第一振子21的周围，且与第一振子21之间存在间隙。具体的，沿第一安装面101的Y轴方向上，第一反射器3与第一振子21之间的距离为D1，第一反射器3对第一振子21发射的电磁波的反射方向与第一安装面101之间的夹角为
Figure BDA0002219351230000074
第一振子21发射的电磁波的波长为λ1。本申请实施例中，第一安装面101的Y轴方向是指第一安装面101上垂直于X轴的方向，Y轴正方向为右侧方向，Y轴负方向为左侧方向。
依据电磁波的干涉原理，以上三个参数满足公式
Figure BDA0002219351230000071
其中，n为不等于0的自然数。由上述公式可知，若第一反射器3与第一振子21之间的距离D1近似于λ1/4，则
Figure BDA0002219351230000072
此时第一反射器3将第一振子21发射的电磁波反射至右侧；若第一反射器3与第一振子21之间的距离D1近似于λ1/2，则
Figure BDA0002219351230000073
此时第一反射器3将第一振子21发射的电磁波反射至与第一安装面101垂直的方向上。也就是说，通过调整第一反射器3与第一振子21之间的距离D1的大小，可改变第一反射器3对第一振子21发射的电磁波的反射方向。在设计定向天线10时，可依据实际需求来设计第一反射器3与第一振子21之间的距离D1，以提升定向天线10在特定方向上的增益。
本实施例中，沿Y轴方向上，第一反射器3与第一振子21之间的距离D1近似于λ1/4。具体的，第一反射器3位于第一安装面101的边缘区域，且沿X轴方向延伸。第一反射器3的第一谐振电路31位于第一功能层11内，即第一谐振电路31可与有源振子2在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成第一谐振电路31，节省了定向天线10的生产成本。而且，第一谐振电路31为位于第一安装面101上的物理结构，不需要额外采用焊接的工艺装配于第一安装面101上，有效避免了焊接等工序所产生的寄生效应。在其他实施例中，所述第一谐振电路也可以由电子元器件连接组成。比如所述第一容性件可以为电容器等起到电容作用的电子元器件，所述第一感性件可以为电感器等能起到电感作用的电子元器件。只要所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，能对所述第一振子发射的电磁波进行反射即可。
请一并参阅图5，图5为图2所示第一反射器3中第一谐振电路31的详细结构示意图。
第一谐振电路31中第一容性件311和第一感性件312均为位于第一安装面101上的物理结构。本实施例中，第一容性件311包括两个间隔设置的金属块3111和位于两个金属块3111之间的缝隙3112。具体的，两个金属块3111的长度方向与X轴方向平行，缝隙3112为沿Y轴方向延伸的直线缝隙，以减小第一容性件311沿Y轴方向的尺寸，减小第一谐振电路31沿Y轴方向的尺寸，进而减小第一反射器3沿Y轴方向的尺寸。如图6A-图6E所示，第一容性件311可以包括三个以上的金属块3111和这些金属块3111之间的缝隙3112，缝隙3112的形状包括且不限于直线、折线或曲线等形状。
第一感性件312位于第一容性件311的左侧，且与第一容性件311之间存在间隙。第一感性件312包括波形金属线。本实施例中，第一感性件312的长度方向与X轴方向平行，以减小第一感性件312沿Y轴方向的尺寸，减小第一谐振电路31沿Y轴方向的尺寸，进而减小第一反射器3沿Y轴方向的尺寸。具体的，第一感性件312与第一容性件311正对设置，且第一感性件312与第一容性件311沿X轴方向的尺寸相同，即第一谐振电路31沿X轴方向的尺寸L31等于第一感性件312或第一容性件311沿X轴方向的尺寸。其中，第一感性件312所包括金属线的波形包括且不限于矩形波形或正弦波形等任意波形，如图7A-图7D所示。在其他实施例中，所述第一感性件和所述第一容性件也可以不正对设置，本申请对两者的位置关系不作具体限定，只要所述第一感性件与所述第一容性件并联即可。
第一谐振电路31还包括连接在第一感性件312和第一容性件311之间的第一连接件313。本实施例中，第一连接件313有两个，两个第一连接件313分别连接在第一容性件311和第一感性件312的两端，且与第一容性件31和第一感性件32一体成型，以使第一容性件311和第一感性件312通过第一连接件313并联。具体的，一个第一连接件313连接在第一容性件311的一个金属块3111和第一感性件312的一端，另一个第一连接件313连接在第一容性件311的另一个金属块311和第一感性件312的另一端。在其他实施例中，所述第一连接件也可以为两个以上，两个以上所述第一连接件分别连接在所述第一容性件和所述第一感性件的两端，以使所述第一容性件和所述第一感性件并联，本申请对所述第一连接件的数量不作具体限定。
依据谐振电路原理，如果第一容性件311的电容值为C，第一感性件312的电感值为L，则第一谐振电路31的谐振频率公式为
Figure BDA0002219351230000081
由于第一谐振电路31的谐振频率位于所述第二频段内，第一谐振电路31的谐振频率即远离所述第一频段。当频率位于所述第一频段的电磁波传递至第一反射器3上时，由于第一谐振电路31的谐振频率远离所述第一频段，第一谐振电路31不会发生谐振而呈低阻状态，频率位于所述第一频段内的电磁波在第一反射器3上产生的电流可从低阻状态的第一谐振电路31流过，此时第一谐振电路31近似于导体。当频率位于所述第二频段的电磁波传递至第一反射器3上时，由于第一谐振电路31的谐振频率位于所述第二频段内，第一谐振电路31会发生谐振而呈高阻状态，频率位于所述第二频段内的电磁波在第一反射器3上产生的电流无法从高阻状态的第一谐振电路31上流过，此时第一谐振电路31近似于绝缘体。
请参阅图8和图9，图8为利用图5所示第一谐振电路31作为传输线进行仿真设计的结构示意图。图9为图8所示结构进行仿真测试后得到的双端口S参数曲线图。其中，图9所示结构中以第一谐振电路31的谐振频率在5.15GHz～5.85GHz之间为例进行说明。
所述传输线包括输入端200，输入端200用以向所述传输线输入频率为2GHz～6.5GHz的仿真电磁信号。输入端200的附近设有反射接收端300，用以接收经第一谐振电路31反射回来的仿真电磁信号。所述传输线中与输入端200相对的另一端设有透射接收端400，用以接收穿过第一谐振电路31的仿真电磁信号。由图8可知，在2.4GHz频点附近，第一谐振电路31对电磁信号的反射功率小而透射功率大，即反射接收端300接收的仿真电磁信号少而透射接收端400接收的仿真电磁信号多，说明由输入端200输入的仿真电磁信号能穿过第一谐振电路31而到达透射接收端230，即第一谐振电路31在2.4GHz附近呈现为低阻状态。在5.15GHz～5.85GHz频段内，第一谐振电路31对仿真电磁信号的反射功率大而透射功率小，即反射接收端220接收的仿真电磁信号多而透射接收端230接收的仿真电磁信号少，说明此时由输入端200输入的电磁信号无法穿过第一谐振电路31到达透射接收端400，而基本全向反射接收端300反射，即第一谐振电路31在5.15GHz～5.85GHz频段呈高阻状态。
也就是说，当第一振子21的工作频段在2.4GHz左右，第二振子22的工作频段在5.15GHz～5.85GHz时，若第一振子21发射的电磁波传递至第一反射器3上，由于第一谐振电路31的谐振频率在5.15GHz～5.85GHz内，第一谐振电路31会呈低阻状态，而近似为导体。若第二振子22发射的电磁波传递至第一反射器3上时，第一谐振电路31会发生谐振呈高阻状态，而近似为绝缘体。
复参图2，第一反射器3还包括控制开关32，控制开关32与第一谐振电路31串联，且电连接于第一谐振电路31与导电层41之间。具体的，控制开关32设于承载面401上，用以控制第一谐振电路31与导电层41之间的导通状态，即用以控制第一反射器3与导电层41之间的导通状态。其中，沿X轴方向上，控制开关32的机械长度为L32。一种实施方式中，控制开关32为PIN型二极管。在其他实施方式中，所述控制开关还可以为微型机电系统(MEMS，MicroElectro Mechanical System)开关或光电开关等能对通断状态进行切换的开关。
本实施例中，第一反射器3由第一谐振电路31和控制开关32组成。第一反射器3的机械长度L3等于第一谐振电路31的机械长度L31和控制开关32的机械长度L32之和，即L3等于L31+L32。具体的，第一谐振电路31的电长度和控制开关32的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，即L31+L32等于或略大于λ1/4，也即L3等于或略大于λ1/4，此时第一反射器3在导电层41的镜像的电长度也等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一。而且，控制开关32的电长度小于所述第二频段的波长的四分之一，即L32小于λ2/4，且控制开关32的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一。
当控制开关32闭合时，第一谐振电路31与导电层41电连接，即第一反射器3与导电层41之间处于导通状态，第一反射器3的等效电长度等于第一反射器3和第一反射器3在导电层3的镜像的电长度之和，即第一反射器3的等效电长度等于第一反射器3的电长度的两倍。若第一振子21发射的电磁波传递至第一反射器3上，第一谐振电路31近似为导体，频率在所述第一频段内的电磁波在第一反射器3上产生的感应电流可在第一谐振电路31和控制开关32之间流动，第一反射器3的电长度和第一反射器3在导电层41上的镜像的电长度均等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一。由于第一反射器3与第一反射器3在导电层41上的镜像电连接，第一反射器3的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，第一反射器3对第一振子21发射的电磁波起反射作用。若第二振子21发射的电磁波传递至第一反射器3，第一谐振电路31近似为绝缘体，频率位于所述第二频段内的电磁波仅能在控制开关32上产生感应电流。由于控制开关32的电长度小于所述第二频段的波长的四分之一，即控制开关32的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一，第一反射器3不会反射第二振子22发射的电磁波，从而使得第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明。
当控制开关32断开时，第一谐振电路31与导电层41断开，即第一反射器3与导电层41之间处于断开状态。若第一振子21发射的电磁波传递至第一反射器3上，第一反射器3的电长度等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，由于第一反射器3与第一反射器3在导电层41上的镜像断开，第一反射器3不会反射第一振子21发射的电磁波。若第二振子22发射的电磁波传递至第一反射器3上，第一谐振电路31近似于绝缘体，此时第一反射器3内只有控制开关32才会产生感应电流。由于控制开关32的电长度小于所述第二频段的波长的四分之一，且控制开关32与控制开关32在导电层41上的镜像断开，第一反射器3不会反射第二振子22发射的电磁波，从而使得第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明。
由此可知，本实施例所示定向天线10工作时，可根据具体需求控制第一反射器3与导电层41的通断，来控制第一反射器3是否对第一振子21发射的电磁波进行反射，决定定向天线10在所述第一频段下是产生全向波束还是定向波束，且不影响定向天线10在所述第二频段下产生全向波束。
本实施例中，第一反射器3有两个，两个第一反射器3分别位于有源振子2的左右两侧，且与第一振子21之间的距离D1均近似于λ1/4。当左侧的第一反射器3的控制开关32闭合，且第一振子21发射的电磁波传递至左侧的第一反射器3上时，左侧的第一反射器3感应的电磁波与第一振子21发射的电磁波在第一振子21的右侧发生相长干涉而加强，在第一振子21的左侧发生相消干涉而削弱，即左侧的第一反射器3将第一振子21发射的电磁波反射至右侧，此时定向天线10在所述第一频段产生向右的定向波束；当右侧的第一反射器3的控制开关32闭合，且第一振子21发射的电磁波传递至右侧的第一反射器3上时，右侧的第一反射器3感应的电磁波与所述第一振子21发射的电磁波在第一振子21的左侧发生相长干涉而加强，在第一振子21的右侧发生相消干涉而削弱，即右侧的第一反射器3将第一振子21发射的电磁波反射至左侧，此时定向天线10在所述第一频段产生向左的定向波束。因此，本实施例所示定向天线10工作时，还可根据具体需求分别控制两个第一反射器3与导电层41的通断，来决定定向天线10在所述第一频段下产生定向波束的具体指向。
请参阅图10A和图10B。图10A为图2所示定向天线10在2.4GHz下的波束方向图。图10B为图2所示定向天线10在5GHz下的波束方向图。其中，所述第一频段为2.4GHz，所述第二频段为5.15GHz～5.85GHz。
在右侧的第一反射器3的控制开关32闭合，即右侧的第一反射器3与导电层41导通工作的过程中，当第一振子21发射频率为2.4GHz的电磁波传递至右侧的第一反射器3上时，右侧的第一反射器3会将频率为2.4GHz的电磁波反射至左侧，此时定向天线10在2.4GHz下产生向左的定向波束，增加了定向天线10在左侧的增益；在左侧的第一反射器3的控制开关32闭合，即位于有源振子2左侧的第一反射器3与导电层41导通工作的过程中，频率为2.4GHz的电磁波传递至左侧的第一反射器3上时，左侧的第一反射器3将频率为2.4GHz的电磁波反射至右侧，此时定向天线10在2.4GHz下产生向右的定向波束，增加了定向天线10在右侧的增益；而且，位于有源振子2左右两侧的第一反射器3与导电层41电连接时，两个第一反射器3均对频率为5GHz的电磁波表现为透明，此时定向天线10在5GHz下产生全向波束。
本实施例中，安装板1设于承载面401上且与地板4垂直设置。一种实施方式中，设于承载面401上的导电层41的材料为金属材料，即导电层41为金属层。在其他实施方式中，所述导电层的材料也可以为其他导体，或者，所述地板的材料也可以为与所述导电层的材料相同的导体，且所述地板和所述导电层可以为一体成型的金属板材，以简化所述定向天线的生产工艺，降低所述定向天线的生产成本。在其他实施例中，所述安装板可以不与所述地板垂直，即所述第一安装面与所述承载面的夹角可以小于90度，本申请对此不作具体限定。
导电层41镜像反射有源振子2和第一反射器3，依据电磁波的镜像原理(mirrorimageprinciple)，有源振子2的第一振子21的等效电长度等于第一振子21和第一振子21在导电层41的镜像的电长度之和，即第一振子21的等效电长度等于第一振子21的电长度的两倍，即第一振子21的电长度只要等于所述第一频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。同理，有源振子2的第二振子22的电长度只要等于所述第二频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波，第一反射器3的电长度只要等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，第一反射器3即可对第一振子21发射的电磁波起反射作用。
也就是说，本实施例所示定向天线10利用导电层41镜像有源振子2和第一反射器3，使有源振子2和第一反射器3的等效电长度等于有源振子2和第一反射器3的电长度两倍，相当于将有源振子2和第一反射器3的机械长度减小了一半，缩小了定向天线10的尺寸，不仅节省了定向天线10的制备成本，还提高了定向天线10的结构紧凑度，有利于定向天线10的小型化设计。在其他实施例中，所述安装板可以不与所述地板垂直设置，即所述承载面与所述第一安装面之间的夹角可以小于90度，只要适应性地调整所述有源振子和所述第一反射器的电长度以使所述有源振子和所述第一反射器能正常工作即可。
在其他实施例中，若所述地板上不设有用以镜像所述有源振子和所述第一反射器的导电层，那么所述定向天线应该采用实际的导体结构来补足所述有源振子和所述第一反射器的电长度，以使所述有源振子和所述第一反射器的电长度等于等效电长度。
本实施例所示定向天线10工作时，射频模块30通过所述馈线向馈电点21发送电磁信号，有源振子2接收电磁信号后向外辐射电磁波。在左侧的第一反射器3的控制开关32闭合而使第一反射器3与导电层41导通的过程中，当有源振子2中第一振子21发射的电磁波传播至第一反射器3上时，第一反射器3的第一谐振电路31不发生谐振而处于导通状态，此时第一反射器3的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，第一反射器3发生谐振而对第一振子21发射的电磁波产生反射，将第一振子21发射的电磁波向右定向反射，增强定向天线10在右侧的增益，提高通信质量；当有源振子2中第二振子22发射的电磁波传播至第一反射器3上时，第一谐振电路31发生谐振而处于断开状态，阻隔了感应电流在第一反射器3上的流动，此时第二振子22发射的电磁波能穿过第一反射器3而保持正常传播，即第一反射器3不会使第二振子22发射的电磁波发生畸变。右侧的第一反射器3的工作过程与左侧的第一反射器3的工作过程基本相同，唯一区别在于右侧的第一反射器3将第一振子21发射的电磁波向左定向反射，在此不作过多描述。也就是说，本申请实施例所示定向天线10中第一反射器3既能对第一振子21发射的电磁波起反射作用，又能对第二振子22发射的电磁波保持透明，不会使第二振子22发射的电磁波发生畸变。由于第一反射器3可有选择的反射频率位于所述第一频段的电磁波，使得定向天线10在所述第一频段和所述第二频段下的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于双频段。
请参阅图11和图12。图11为本申请实施例提供的第二种定向天线10的结构示意图。图12为图11所示定向天线10沿B-B方向的剖面结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本实施例所述定向天线10与上述实施例所示定向天线10的不同之处在于，第一反射器3还包括一个导电件33，导电件33与第一谐振电路31串联，第一谐振电路31连接于导电件2和控制开关32之间，第一反射器3的等效电长度减去导电件33的等效电长度小于所述第一频段的波长的二分之一。具体的，导电件33位于第一功能层11内，即导电件33也可与有源振子2在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成导电件33，节省定向天线10的生产成本。在其他实施例中，所述导电件也可以连接于所述第一谐振电路于所述控制开关之间，本申请对此不作具体限定。
一种实施方式中，导电件33与第一谐振电路31的第一感性件312连接，即第一感性件312连接于导电件33和控制开关32之间。导电件33沿X轴方向延伸，且导电件33沿X轴方向的机械长度为L33。在其他实施方式中，所述第一容性件也可以连接于所述导电件和所述控制开关之间，本实施例对此不作具体限定。
本实施例中，第一反射器3由第一谐振电路31、控制开关32和导电件33组成。第一反射器3的机械长度L3等于第一谐振电路31的机械长度L31、控制开关32的机械长度L31和导电件33的机械长度L33之和，即L3等于L31+L32+L33。具体的，第一谐振电路31的电长度、控制开关32的电长度和导电件33的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，即L31+L32+L33等于或略大于λ1/4，也即L3等于或略大于λ1/4。而且，控制开关32的电长度和导电件33的电长度均小于所述第二频段的波长的四分之一，即L32和L33均小于λ2/4，且控制开关32的等效电长度和导电件33的等效电长度均小于所述第二频段的波长的二分之一，以避免控制开关32和导电件33反射第二振子22发射的电磁波，从而使得第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明。
也就是说，当第一谐振电路31和控制开关32的等效电长度之和小于所述第一频段的波长λ1的二分之一，即第一谐振电路31的电长度和控制开关32的电长度之和小于所述第一频段的波长的四分之一时，可通过增设导电件33的方式增加第一反射器3沿X轴方向的长度，即增加第一反射器3的机械长度，也就相当于增加了第一反射器3的电长度，补足第一反射器3的等效电长度，以使第一反射器3的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，能够对第一振子21发射的电磁波起反射作用，实现对第一振子21发射的电磁波的定向反射。
在其他实施例中，所述导电件的数量可以为多个，部分所述导电件与所述第一容性件连接，另一部分所述导电件与所述第一感性件连接，本申请对所述导电件的数量不作具体限定，鉴于多个所述导电件的增设其作用与上述实施例所述导电件的作用相同，在此不作详细描述。
请参阅图13和图14。图13为本申请实施例提供的第三种定向天线10的结构示意图。图14为图13所示定向天线10沿C-C方向的剖面结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本实施例所示定向天线10与上述两种实施例所示定向天线10的不同之处在于，有源振子2还包括第三振子(图未示)，所述第三振子的工作频段为第三频段。第一反射器3还包括与第一谐振电路31串联的第二谐振电路34，第二谐振电路34包括并联的第二容性件341和第二感性件342，第二谐振电路34的谐振频率位于所述第三频段内。
本实施例中，所述第三振子有两个，两个所述第三振子对称分布于第一振子21的两侧，且与第一振子21之间存在间隙。具体的，所述第三振子沿X轴方向延伸，所述第三振子的等效电长度等于所述第三频段的波长的二分之一，用以发射和接收频率位于所述第三频段内的电磁波。其中，所述第三振子和所述第三振子在导电层41的镜像的电长度之和等于所述第三振子的等效电长度，即所述第三振子的电长度的两倍等于所述第三振子的等效电长度，即所述第三振子的电长度等于所述第三频段的波长的四分之一。一种实施方式中，所述第三频段内的最小频率大于所述第二频段的最大频率，即所述第三振子的工作频段高于所述第二振子和所述第一振子的工作频段。在其他实施方式中，所述第三频段内的最大频率也可以小于所述第二频段的最小频率，即所述第三振子的工作频段低于所述第二振子的工作频段，本实施例对此不作具体限定。
第一谐振电路31连接于控制开关32和第二谐振电路34之间。第二谐振电路34沿X轴方向延伸，以减小第一反射器3沿Y轴方向的尺寸，即减小第一发射器3的横向尺寸，提高定向天线10的结构紧凑度。具体的，第二谐振电路34位于第一功能层11内，可与有源振子2在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成第二谐振电路34，节省定向天线10的生产成本。而且，第二谐振电路34为位于第一安装面101上的物理结构，不需要采用额外的焊接工艺安装于第一安装面101上，有效避免了焊接等工序所产生的寄生效应。在其他实施例中，所述第二谐振电路也可以连接于所述第一谐振电路和所述控制开关之间，而且所述第二谐振电路也可以由电子元器件连接组成。比如所述第二谐振电路的所述第二容性件可以为电容器等起到电容作用的电子元器件，所述第二感性件可以为电感器等起到电感作用的电子元器件。只要所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，能对所述第一振子产生的电磁波进行反射即可。
第二谐振电路34中第二容性件341和第二感性件342均为位于第一安装面101上的物理结构。第二容性件341与第一容性件311的结构类似。本实施例中，第二容性件341包括两个间隔设置的金属块和位于两个金属块之间的缝隙。具体的，两个所述金属块的长度方向与X轴方向平行，所述缝隙为沿Y轴方向延伸的直线缝隙，以减小第二容性件341沿Y轴方向的尺寸，进而减小第二谐振电路34沿Y轴方向的尺寸，进而减小第二反射器3沿Y轴方向的尺寸。在其他实施例中，所述第二容性件也可以包括三个以上的金属块和这些金属块之间的缝隙，所述缝隙的形状包括且不限于直线、折线或曲线等形状。
第二感性件342位于第二容性件341的右侧，且与第二容性件341之间存在间隙。第二感性件342与第一感性件312的结构类似，第二感性件342包括波形金属线。本实施例中，第二感性件342的长度方向与X轴方向平行，以减小第二感性件342沿Y轴方向的尺寸，减小第二谐振电路34沿Y轴方向的尺寸，进而减小第二反射器3沿Y轴方向的尺寸。具体的，第二感性件342与第二容性件341正对设置，且第二感性件342与第二容性件341沿X轴方向的尺寸相同，即第二谐振电路34沿X轴方向的尺寸L34等于第二感性件342或第二容性件341沿X轴方向的尺寸。其中，第二感性件342所包括金属线的波形包括且不限于矩形波形或正弦波形等任意波形。在其他实施例中，所述第二感性件和所述第二容性件也可以不正对设置，本申请对两者的位置关系不作具体限定，只要所述第二感性件与所述第二容性件并联即可。
第二谐振电路34还包括连接在第二感性件342和第二容性件341之间的第二连接件343。本实施例中，第二连接件343有两个，两个第二连接件343分别连接在第二容性件341和第二感性件342的两端，且与第二容性件34和第二感性件32一体成型，以使第二容性件341和第二感性件342通过第二连接件343并联。具体的，一个第二连接件343连接在第二容性件341的一个金属块3411和第二感性件342的一端，另一个第二连接件343连接在第二容性件341的另一个金属块341和第二感性件342的另一端。在其他实施例中，所述第二连接件也可以为两个以上，两个以上所述第二连接件分别连接在所述第二容性件和所述第二感性件的两端，本申请对所述第二连接件的数量不作具体限定，只要能使所述第二容性件和所述第二感性件并联即可。
由于第二谐振电路32的谐振频率位于所述第三频段内，第二谐振电路34的谐振频率即远离所述第一频段和所述第二频段。当频率位于所述第一频段或所述第二频段的电磁波传递至所述第一反射器3上时，由于第二谐振电路34的谐振频率远离所述第一频段和所述第二频段，第二谐振电路34不会发生谐振而呈低阻状态，频率位于所述第一频段或所述第二频段的电磁波在第一反射器3上产生的电流可从低阻状态的第二谐振电路32流过，此时第二谐振电路32近似于导体。当频率位于所述第三频段的电磁波传递至第一反射器3上时，由于第二谐振电路32的谐振频率位于所述第三频段内，第二谐振电路32会发生谐振而呈高阻状态，频率位于所述第三频段内的电磁波在第一反射器3上产生的电流无法从高阻状态的第二谐振电路32上流过，此时第一谐振电路31近似于绝缘体。
本实施例所示定向天线10中，由于第一谐振电路31和第二谐振电路34的谐振频率不同，第一容性件311与第二容性件341的电容值可以相同，也可以不同，即第一容性件311的缝隙312与第二容性件341的缝隙宽度可以相同，也可以不同。同样的，第一感性件312和第二感性件342的电感值可以相同，可以不同，即第一感性件312的金属线与第二感性件342的金属线的宽度可以相同，也可以不同，本申请对此不作具体限定，只要第一谐振电路31与第二谐振电路34的谐振频率不同即可。在其他实施例中，所述有源振子可以包括三个以上具有不同工作频段的振子，所述第一反射器也可以包括两个以上串联的谐振电路，每一谐振电路的谐振频率位于一个振子的工作频段内，以使所述第一反射器可有选择的反射三个以上频段中的特定频段的电磁波，使得所述定向天线在三个以上频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于三个以上频段。
本实施例中，第一反射器3由第一谐振电路31、控制开关32和第二谐振电路34组成。第一反射器3的机械长度L3等于第一谐振电路31的机械长度L31、控制开关32的机械长度L31和第二谐振电路34的机械长度L34之和，即L3等于L31+L32+L34。具体的，第一谐振电路31的电长度、控制开关32的电长度和第二谐振电路34的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，即L31+L32+L34等于或略大于λ1/4，也即L3等于或略大于λ1/4，此时第一反射器3在导电层41的镜像的电长度也等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一。而且，控制开关32和第二谐振电路34的电长度均小于所述第二频段的波长的四分之一，即L32和L34均小于λ2/4，且控制开关32和第二谐振电路34的等效电长度均小于所述第二频段的波长的二分之一。此外，第一谐振电路34和控制开关32的电长度之和小于所述第三频段的波长的四分之一，即L31+L32小于λ3/4，且第一谐振电路34和控制开关32的等效电长度小于所述第三频段的波长的二分之一。
左侧的第一反射器3的控制开关32闭合而使第一反射器3与导电层41导通的过程中，当第一振子21发射的电磁波传递至左侧的第一反射器3上时，由于第一谐振电路31和第二谐振电路34均近似为导体，频率在所述第一频段内的电磁波在左侧的第一反射器3上产生的感应电流可在第一谐振电路31、控制开关32和第二谐振电路34之间流动，左侧的第一反射器3的电长度L3/λ1和左侧的第一反射器3在导电层41上的镜像的电长度均等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一。由于左侧的第一反射3与左侧的第一反射器3在导电层41上的镜像连接，左侧的第一反射器3的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一，左侧的第一反射器3对第一振子21发射的电磁波起反射作用，将第一振子21发射的电磁波发射至右侧，定向天线10在所述第一频段产生向右的定向波束。
当第二振子22发射的电磁波传递至左侧的第一反射器3上时，第一谐振电路31近似为绝缘体，第二谐振电路34近似为导体。第一谐振电路31会阻隔频率位于所述第二频段内的电磁波在左侧的第一反射器3上产生的感应电流，只有控制开关32和第二谐振电路34上才能产生感应电流，相当于将第一反射器3划分为控制开关32和第二谐振电路34两个部分。由于控制开关32和第二谐振电路34的电长度均小于所述第二频段的波长的四分之一，控制开关32和第二谐振电路34的等效电长度均小于所述第二频段的波长的二分之一，控制开关32和第二谐振电路34均不会反射第二振子22发射的电磁波，从而使得左侧的第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明，定向天线10在所述第二频段产生全向波束。
当所述第三振子发射的电磁波传递至左侧的第一反射器3上时，第一谐振电路31近似为导体，第二谐振电流34近似为绝缘体，第二谐振电路34会阻断频率位于所述第三频段内的电磁波在左侧的第一反射器3上产生的感应电流，只有在第一谐振电路31和控制开关32上才能产生感应电流。由于第一谐振电路31和控制开关32的电长度之和小于所述第三频段的波长的四分之一，即第一谐振电路31和控制开关32的等效电长度之和小于所述第三频段的波长的二分之一，第一谐振电路31和控制开关32不会反射所述第三振子发射的电磁波，从而使得第一反射器3对所述第三振子发射的电磁波表现为透明，定向天线10在所述第三频段产生全向波束。
右侧的第一反射器3与左侧的第一反射器3的工作过程大体相同，唯一区别在于右侧的第一反射器3将第一振子21发射的电磁波反射至左侧，此时定向天线10在所述第一频段下产生向左的波束，在此不作过多描述。也就是说，本实施例所示定向天线10中，第一反射器3既能对第一振子21发射的电磁波进行反射，还不会对第二振子21和所述第三振子发射的电磁波产生较强反射和散射等干扰，不会使第二振子21和所述第三振子发射的电磁波发生畸变。由于第一反射器3可有选择地反射三个频段中的特定频段的电磁波，使得定向天线10在所述第一频段、所述第二频段和所述第三频段的波束模式相互独立，可以按照独立的定向模式工作于三频段。
请参阅图15和图16。图15为本申请实施例提供的第四种定向天线10的结构示意图。图16为图15所示定向天线10沿E-E方向的剖面结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本实施例所示定向天线10与上述第三种实施例所示定向天线10的不同之处在于，第一反射器3还包括一个导电件33，导电件33与第一谐振电路31和第二谐振电路34串联，即第一谐振电路31和第二谐振电路34通过导电件33实现串联。在其他实施例中，所述导电件也可以连接于所述第一谐振电路和所述控制开关之间，本申请对此不作具体限定。
一种实施方式中，导电件33连接于第一感性件312和第二感性件342之间。沿X轴方向上，导电件33的尺寸为L33。在其他实施方式中，所述导电件也可以连接于所述第一容性件和所述第二容性件之间，本实施例对此不作具体限定。
本实施例中，第一反射器3由第一谐振电路31、控制开关32、导电件33和第二谐振电路34组成。第一反射器3的机械长度L3等于第一谐振电路31的机械长度L31、控制开关32的及机械长度L32、导电件33的机械长度L33和第二谐振电路34的机械长度L34之和，即L3等于L31+L32+L33+L34。具体的，第一谐振电路31的电长度、控制开关32的电长度、导电件33的电长度和第二谐振电路34的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的四分之一，即L31+L32+L33+L34等于或略大于λ1/4，也即L3等于或略大于λ1/4。而且，控制开关32的电长度和导电件33与第二谐振电路34的电长度之和均小于所述第二频段的波长的四分之一，即L3和L33+L34均小于λ1/4，即控制开关32的等效电长度和导电件33与第二谐振电路34的等效电长度之和均小于所述第二频段的波长的二分之一，以避免控制开关32、导电件33和第二谐振电路34反射第二振子22发射的电磁波，从而使得第一反射器3对第二振子22发射的电磁波表现为透明。此外，第一谐振电路31、控制开关32和导电件33的电长度之和小于所述第三频段的波长的四分之一，即L31+L32+L33小于λ1/4，也即第一谐振电路31、控制开关32和导电件33的等效电长度之和小于所述第三频段的波长的二分之一，以避免第一谐振电路31、控制开关32和导电件33反射所述第三振子发射的电磁波，从而使得第一反射器3对所述第三振子发射的电磁波透明。
请参阅图17和图18。图17为本申请实施例提供的第五种定向天线10的结构示意图。图18为图17所示定向天线10沿F-F方向的剖面结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本申请实施例所示定向天线10与上述四种实施例所示定向天线10的不同之处在于，安装板1还包括与第一安装面101相对设置的第二安装面102，第二安装面102上设有第二功能层12，第一谐振电路31的第一容性件311和第一感性件312分别位于第一功能层11和第二功能层12内，且第一容性件311和第二感性件312正对设置。在其他实施例中，所述第一容性件和所述第一感性件可以均位于所述第二功能层内。
本实施例中，安装板1上开设有两个第一通孔103，两个第一通孔103均贯穿第一安装面101和第二安装面102，且两个第一通孔103之间存在间隙。具体的，设于第二安装面102上的第二功能层12的材料为金属铜，即第二功能层12为设于第二安装面102上的铜层。一种实施方式中，第二功能层1印刷于第二安装面102上。在其他实施例中，所述第二功能层的材料也可以为其他导体，本申请对此不作具体限定。
第一感性件312和有源振子2位于第一功能层11内，第一容性件311位于第二功能层12内。本实施例中，第一感性件312与第一容性件311沿X轴方向和Y轴方向的尺寸均相同。第一感性件312与第一容性件311正对设置，即第一感性件312在第二功能层12上的投影恰好覆盖第一容性件311，也即第一容性件311在第一功能层11上的投影恰好覆盖第一感性件312，以进一步减小第一谐振电路31沿Y轴方向的尺寸，即减小第一谐振电路31的横向尺寸，进而减小第一反射器10的横向尺寸，提高定向天线10的结构紧凑度。
请一并参阅图19，图19为图17所示定向天线10的部分结构示意图。
本实施例中，第一谐振电路31还包括两个第一导电柱314，两个第一导电柱314分别填充于两个第一通孔103内，以将第一容性件311和第一感性件312的两端电连接，使第一容性件311和第一感性件312并联。一种实施方式中，第一导电柱314的材料为金属。在其他实施方式中，所述第一导电柱的材料也可以为其他导电材料，当然，所述第一导电柱也可以为导电线等具有导电功能的结构，只要能使所述第一容性件和所述第一感性件并联即可，本申请对此不作具体限定。
在其他实施例中，所述安装板上也可以开设有两个以上的所述第一通孔，所述第一谐振电路也可以包括两个以上所述第一导电柱，每一所述第一导电柱填充于一个所述第一通孔内，以使所述第一容性件于所述第一感性件并联，本申请对次不作具体限定。
请参阅图20和图21。图20本申请实施例提供的第六种定向天线10的结构示意图。图21为图20所示定向天线10沿G-G方向的剖面结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本申请实施例所示定向天线10与上述第五种实施例所示定向天线10的不同之处在于，有源振子2还包括第三振子(图未示)，所述第三振子的工作频段为第三频段。第一反射器3还包括与第一谐振电路31串联的第二谐振电路34，第二谐振电路34包括并联的第二容性件341和第二感性件342，第二谐振电路34的谐振频率位于所述第三频段内。
本实施例中，所述第三振子有两个，两个所述第三振子对称分布于第一振子21的两侧，且与第一振子21之间存在间隙。具体的，所述第三振子沿X轴方向延伸，所述第三振子的等效电长度等于所述第三频段的波长的二分之一，用以发射和接收频率位于所述第三频段内的电磁波。其中，所述第三振子和所述第三振子在导电层41的镜像的电长度之和等于所述第三振子的等效电长度，即所述第三振子的电长度的两倍等于所述第三振子的等效电长度，即所述第三振子的电长度等于所述第三频段的波长的四分之一。一种实施方式中，所述第三频段内的最小频率大于所述第二频段的最大频率，即所述第三振子的工作频段高于所述第二振子和所述第一振子的工作频段。在其他实施方式中，所述第三频段内的最大频率也可以小于所述第二频段的最小频率，即所述第三振子的工作频段低于所述第二振子的工作频段，本实施例对此不作具体限定。
本实施例中，第一谐振电路31连接于控制开关32和第二谐振电路34之间。第二谐振电路34沿X轴方向延伸，以减小第一反射器3沿Y轴方向的尺寸，即减小第一发射器3的横向尺寸，提高定向天线10的结构紧凑度。第二谐振电路34的第二容性件341和第二感性件342分别位于第一功能层11和第二功能层12内。在其他实施例中，所述第二容性件和所述第二感性件可以均位于所述第二功能层内。
一种实施方式中，安装板1上开设有两个第二通孔104，两个第二通孔104贯穿第一安装面101和第二安装面102，且两个第二通孔104之间存在间隙。具体的，第二谐振电路34的第二容性件341位于第二功能层12内，第二感性件342位于第一功能层11内。也就是说，第一容性件311和第二容性件341均位于第二功能层12内，第一感性件312和第二感性件342均位于第一功能层11内。在其他实施例中，所述第一容性件和所述第二容性件可以分别位于所述第一功能层和所述第二功能层内，而且所述第一感性件和所述第二感性件可以分别位于所述第一功能层和所述第二功能层内，本申请对此不作具体限定。
本实施方式中，第二容性件341与第二感性件341沿X轴方向和Y轴方向的尺寸均相同。第二容性件341与第二感性件342正对设置，即第二感性件342在第二功能层12上的投影恰好覆盖第二容性件341，也即第二容性件341在第一功能层11上的投影恰好覆盖第二感性件342，以进一步减小第二谐振电路34沿Y轴方向的尺寸，即减小第二谐振电路34的横向尺寸，进而减小第二反射器10的横向尺寸，提高定向天线10的结构紧凑度，有利于定向天线10的小型化设计。
本实施例中，第二谐振电路34还包括两个第二导电柱344，两个第二导电柱344分别填充于两个第二通孔103内，以将第二容性件341和第二感性件342的两端电连接，使第二容性件341和第二感性件342并联。一种实施方式中，第二导电柱344的材料为金属。在其他实施方式中，所述第二导电柱的材料也可以为其他导电材料，当然所述第二导电柱也可以为导电线等具有导电功能的结构，只要能使所述第二容性件和所述第二感性件并联即可，本申请对此不作具体限定。
在其他实施例中，所述安装板上也可以开设有两个以上的所述第二通孔，所述第二谐振电路也可以包括两个以上所述第二导电柱，每一所述第二导电柱填充于一个所述第二通孔内，以使所述第二容性件于所述第二感性件并联，本申请对次不作具体限定。
请参阅图22，图22为本申请实施例提供的第七种定向天线10的结构示意图。其中，定向天线10与图1所示通讯设备100中定向天线10相对应。
本实施例所示定向天线10与上述六种定向天线10的不同之处在于，定向天线10还包括第二反射器5，第二反射器5的等效电长度等于或略大于所述第二频段的波长的二分之一，频率在所述第二频段内的电磁波会在第二反射器5上发生谐振。本实施例中，第二反射器5的等效电长度等于第二反射器5和第二反射器5在导电层41内的镜像的电长度之和，即第二反射器5的等效电长度等于第二反射器5的电长度的两倍。也即，第二反射器5的电长度等于或略大于所述第二频段的波长的四分之一。
第二反射器5位于第一安装面101的边缘区域，且位于有源振子2和第一反射器3之间。具体的，第二反射器5沿沿X轴方向延伸。第二反射器5包括反射主体51和选择开关52。反射主体51位于第一功能层11内，可与有源振子2在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成反射主体51，节省了定向天线10的制备成本。而且，反射主体51为形成于第一安装面101上的物理结构，不需要再采用焊接工艺将反射主体51焊接于第一安装面101上，节省了定向天线10的制备工序。选择开关52设于承载面401上，且电连接于反射主体51与导电层41之间，用以控制反射主体51与导电层41之间的导通状态，即用以控制第二反射器5与导电层41之间的导通状态。一种实施方式中，选择开关52为PIN型二极管。在其他实施方式中，所述选择开关也可以为MEMS开关或光电开关。
当选择开关52闭合时，反射主体51与导电层41电连接，即第二反射器5与导电层41之间处于导通状态。若第二振子22发射的电磁波传递至第二反射器5上时，由于第二反射器5与第二反射器5在导电层41的镜像电连接，第二反射器5的等效电长度等于或略大于所述第二频段的波长的二分之一，第二反射器5感应的电磁波与第二振子22发射的电磁波在一个方向上发生相长干涉而加强，在另一方向上发生相消干涉而削弱。相当于第二反射器5对第二振子22发射的电磁波起反射作用，增强了定向天线10在反射方向上的增益，提高了通信质量。
当选择开关52断开时，反射主体51与导电层41断开，即第二反射器5与导电层41之间处于断开状态。若第二振子22发射的电磁波传递至第二反射器5上时，由于第二反射器5与第二反射器5在导电层41的镜像断开，第二反射器5不会发射第二振子22发射的电磁波。
由此可知，本实施例所示定向天线10中，可通过选择开关52控制第二反射器5与导电层41的导通和断开，以在定向天线10工作时可根据具体需求来控制第二反射器3是否对第二振子22发射的电磁波进行反射，决定定向天线10在所述第二频段下是产生全向波束还是定向波束。
本实施例中，第二反射器5有两个，两个第二反射器5分别位于有源振子2的左右两侧，且相对有源振子2径向对称。具体的，左侧的第二反射器5位于左侧的第二振子22和左侧的第一反射器3之间，右侧的第二反射器5位于右侧的第二振子22和右侧的第一反射器3之间。沿Y轴方向上，左侧的第二反射器6与左侧的第二振子22之间的距离D2近似于λ2/4，右侧的第二反射器6与右侧的第二振子22之间的距离D2近似于λ2/4。其中，λ2为第二振子22发射的电磁波的波长。
本实施例所示定向天线10工作过程中，当选择开关52均断开即两个第二反射器5均不与导电层41导通时，定向天线10在所述第二频段产生全向波束。当右侧的第二反射器5与导电层41导通时，右侧的第二反射器5感应的电磁波与右侧的第二振子22发射的电磁波在右侧的第二振子22的左侧发生相长干涉而加强，在右侧的第二振子22的右侧发生相消干涉而削弱，即右侧的第二反射器3将右侧的第二振子22发射的电磁波反射至左侧，此时定向天线10在所述第二频段产生向左的定向波束。当左侧的第二反射器5与导电层41导通时，左侧的第二反射器5感应的电磁波与左侧的第二振子22发射的电磁波在左侧的第二振子22的右侧发生相长干涉而加强，在左侧的第二振子22的左侧发生相消干涉而削弱，即左侧的第二反射器3将左侧的第二振子22发射的电磁波反射至右侧，此时定向天线10在所述第二频段产生向右的定向波束。此时，位于有源振子2两侧的第二反射器5与导电层41导通时，并不对定向天线10在所述第一频段下的波束产生影响。因此，本实施例所示定向天线10工作时，可根据具体需求分别控制两个第二反射器5与导电层41的通断，来决定定向天线10在所述第二频段下产生定向波束的具体指向。

Claims (11)

1.一种定向天线，其特征在于，包括有源振子和第一反射器；
所述有源振子包括第一振子和第二振子，所述第一振子的工作频段为第一频段，所述第二振子的工作频段为第二频段；
所述第一反射器的等效电长度等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一；
其中，所述第一反射器包括第一谐振电路，所述第一谐振电路包括并联的第一容性件和第一感性件，所述第一谐振电路的谐振频率位于所述第二频段内，所述第一反射器内除所述第一谐振电路外的部分的等效电长度小于所述第二频段的波长的二分之一。
2.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述第二频段的最小频率大于所述第一频段的最大频率。
3.根据权利要求1或2所述的定向天线，其特征在于，所述有源振子还包括第三振子，所述第三振子的工作频段为第三频段，所述第一反射器还包括与所述第一谐振电路串联的第二谐振电路；
其中，所述第二谐振电路包括并联的第二容性件和第二感性件，所述第二谐振电路的谐振频率位于所述第三频段内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定向天线，其特征在于，所述第一反射器还包括导电件，所述导电件与所述第一谐振电路串联，所述第一反射器的等效电长度减去所述导电件与的等效电长度小于所述第一频段的波长的二分之一。
5.根据权利要求1-4任一项所述的定向天线，其特征在于，所述天线还包括第二反射器，所述第二反射器的等效电长度等于或略大于所述第二频段的波长的二分之一。
6.根据权利要求1-5任一项所述的定向天线，其特征在于，所述天线还包括安装板，所述安装板包括第一安装面，所述第一安装面上设有第一功能层，所述有源振子位于所述第一功能层内。
7.根据权利要求6所述的定向天线，其特征在于，所述第一容性件和所述第一感性件均位于所述第一功能层内。
8.根据权利要求6所述的定向天线，其特征在于，所述安装板还包括与所述第一安装面相对设置的第二安装面，所述第二安装面上设有第二功能层，所述第一容性件和所述第一感性件均位于所述第二功能层内，或者，所述第一容性件和所述第一感性件分别位于所述第一功能层和所述第二功能层内，且所述第一容性件和所述第一感性件正对设置。
9.根据权利要求6-8任一项所述的定向天线，其特征在于，所述定向天线还包括地板，所述地板包括承载面，所述承载面承载所述安装板，所述承载面与所述第一安装面之间的夹角小于或等于90度，所述承载面上设有导电层，所述导电层与所述有源振子和所述第一反射器电连接。
10.根据权利要求9所述的定向天线，其特征在于，所述第一反射器还包括控制开关，所述控制开关电连接于所述第一谐振电路与所述导电层之间；
所述控制开关闭合时，所述第一反射器的电长度与所述第一反射器在所述导电层的镜像的电长度之和等于或略大于所述第一频段的波长的二分之一。
11.一种通讯设备，其特征在于，包括射频模块和如权利要求1-10任一项所述的定向天线，所述射频模块与所述定向天线的有源振子电连接。
CN201910927624.0A 2019-09-27 2019-09-27 定向天线和通讯设备 Active CN112582807B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910927624.0A CN112582807B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 定向天线和通讯设备
EP20868119.7A EP4030560A4 (en) 2019-09-27 2020-09-19 DIRECTIONAL ANTENNA AND COMMUNICATION DEVICE
PCT/CN2020/116346 WO2021057627A1 (zh) 2019-09-27 2020-09-19 定向天线和通讯设备
US17/701,802 US20220216606A1 (en) 2019-09-27 2022-03-23 Directional antenna and communication device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910927624.0A CN112582807B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 定向天线和通讯设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112582807A true CN112582807A (zh) 2021-03-30
CN112582807B CN112582807B (zh) 2021-12-28

Family

ID=75110426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910927624.0A Active CN112582807B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 定向天线和通讯设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220216606A1 (zh)
EP (1) EP4030560A4 (zh)
CN (1) CN112582807B (zh)
WO (1) WO2021057627A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115224463A (zh) * 2021-04-19 2022-10-21 华为技术有限公司 一种天线及无线设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030231138A1 (en) * 2002-06-17 2003-12-18 Weinstein Michael E. Dual-band directional/omnidirectional antenna
CN102255139A (zh) * 2011-04-11 2011-11-23 哈尔滨工业大学 一种具有裙式偶极有源振子的印刷引向天线
CN102610902A (zh) * 2012-03-29 2012-07-25 东南大学 高强度双波段定向天线
US20120212389A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Funai Electric Co, Ltd. Multiantenna Unit and Communication Apparatus
CN103392263A (zh) * 2012-12-26 2013-11-13 华为技术有限公司 一种天线系统
CN106299705A (zh) * 2016-10-20 2017-01-04 南京理工大学 一种平面宽带滤波天线
CN106785359A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 四川九洲电器集团有限责任公司 一种定向天线
CN109411876A (zh) * 2017-08-16 2019-03-01 华为技术有限公司 一种天线及通信设备
CN109841941A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 华为技术有限公司 双频段天线及无线通信设备
US20190296435A1 (en) * 2018-03-26 2019-09-26 Pegatron Corporation Dual-band antenna module

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6191751B1 (en) * 1998-05-01 2001-02-20 Rangestar Wireless, Inc. Directional antenna assembly for vehicular use
CN102544721A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 电子科技大学 一种平面印刷宽带定向天线
KR101650340B1 (ko) * 2015-01-20 2016-08-23 한국과학기술원 SRR(split ring resonator)을 이용한 ESPAR(electronically steerable parasitic array radiator) 안테나
CN205355251U (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 桂林电子科技大学 基于谐振式反射器的宽带定向天线
CN106299724B (zh) * 2016-08-16 2019-07-12 康凯科技（杭州）股份有限公司 智能双频天线系统
CN108631057B (zh) * 2018-04-24 2020-06-05 南京理工大学 带有滤波特性的八木天线
CN110212299B (zh) * 2019-05-21 2021-05-11 常熟市泓博通讯技术股份有限公司 可调式元素因子的阵列天线模组

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030231138A1 (en) * 2002-06-17 2003-12-18 Weinstein Michael E. Dual-band directional/omnidirectional antenna
US20120212389A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Funai Electric Co, Ltd. Multiantenna Unit and Communication Apparatus
CN102255139A (zh) * 2011-04-11 2011-11-23 哈尔滨工业大学 一种具有裙式偶极有源振子的印刷引向天线
CN102610902A (zh) * 2012-03-29 2012-07-25 东南大学 高强度双波段定向天线
CN103392263A (zh) * 2012-12-26 2013-11-13 华为技术有限公司 一种天线系统
CN106299705A (zh) * 2016-10-20 2017-01-04 南京理工大学 一种平面宽带滤波天线
CN106785359A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 四川九洲电器集团有限责任公司 一种定向天线
CN109411876A (zh) * 2017-08-16 2019-03-01 华为技术有限公司 一种天线及通信设备
CN109841941A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 华为技术有限公司 双频段天线及无线通信设备
US20190296435A1 (en) * 2018-03-26 2019-09-26 Pegatron Corporation Dual-band antenna module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张滈铧: "定向宽/多频带无线通信天线设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021057627A1 (zh) 2021-04-01
CN112582807B (zh) 2021-12-28
EP4030560A4 (en) 2022-11-16
US20220216606A1 (en) 2022-07-07
EP4030560A1 (en) 2022-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7545329B2 (en) Apparatus and methods for constructing and packaging printed antenna devices
EP1451899B1 (en) Compact broadband antenna
JP6172553B2 (ja) 多重アンテナシステムおよびモバイル端末
EP1716711B1 (en) Slotted multiple band antenna
KR100799875B1 (ko) 칩 안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말기
US10243279B2 (en) Slot antenna with radiator element
US9660347B2 (en) Printed coupled-fed multi-band antenna and electronic system
JP2002319811A (ja) 複共振アンテナ
JP2007104211A (ja) アンテナ、無線装置、アンテナの設計方法、及びアンテナの動作周波数測定方法
JP2005033770A (ja) 通信装置
WO2007072710A1 (ja) 指向性可変アンテナ
JP5969821B2 (ja) アンテナ装置
CN112421211B (zh) 天线及电子设备
CN110364824B (zh) 双频天线模块
JP2014053885A (ja) マルチバンドアンテナ
WO2016177782A1 (en) Antenna system and antenna module with a parasitic element for radiation pattern improvements
CN112582807B (zh) 定向天线和通讯设备
CN110212299B (zh) 可调式元素因子的阵列天线模组
CN114762190A (zh) 天线装置
EP2375488B1 (en) Planar antenna and handheld device
CN111816988A (zh) 天线装置
WO2018163695A1 (ja) マルチバンドアンテナ及び無線通信装置
JP2012095121A (ja) アンテナおよび携帯無線機
CN112736439A (zh) 天线、天线组件及电子设备
KR20170001293A (ko) 안테나 장치 및 이를 포함하는 게이트 웨이

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