CN113363710A - 一种光控可重构的微带像素天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控可重构的微带像素天线，属于基本电气元件的技术领域。天线整体由辐射器层、LED阵列，PCB层等结构组成。光敏器件、金属像素单元和介质基板等结构构成天线辐射部分，通过对其金属像素单元馈电，实现良好的天线辐射性能。LED阵列位于光敏器件正下方，与控制线连接，由外围电路对LED阵列明暗模式进行控制。光敏器件作为各贴片之间的连接开关，通过光控控制光敏器件的高/低阻抗状态切换，从而改变金属像素单元的连接方式，构成不同天线的辐射尺寸和形状，实现了天线的频率/极化/方向图可重构。

Description

一种光控可重构的微带像素天线

技术领域

本发明涉及像素天线技术，特别涉及一种光控可重构的微带像素天线，属于基本电气元件的技术领域。

背景技术

随着无线通信系统的快速发展，可重构天线因其多功能性和灵活性受到了越来越多的关注。作为最适应可重构特性的天线结构之一，可重构像素天线的概念被提出，通过改变天线上开关的通断状态成功实现了频率、方向图、极化和多种参数同时可重构，天线参数的重构具有极大的灵活性。

像素天线最基本的组成部分是像素贴片单元，这些像素贴片都是亚波长的金属，且各像素贴片之间通过开关相连接产生天线所需的阻抗和辐射特性。在像素天线中，像素必须足够小，以满足单个像素中的微小扰动不会从根本上改变天线最终性能的要求，所以像素的最大尺寸通常在λ/20和λ/10之间。常规的可重构像素天线中，一般都是使用电尺寸大小相同的像素单元，每个单元之间通过开关连接。为了操作开关，开关必须由外部源信号控制，该信号由偏置线传输。确保偏置线和像素结构之间的低耦合是保持天线重构能力的关键,这种不理想的耦合在大多数可重构天线设计中具有重要的影响，在像素天线中尤为严重。为了克服偏置线所带来的影响，本专利旨在利用光控开关消除偏置线带来的耦合影响，增加天线的辐射性能。

像素天线作为最适应可重构特性的结构之一，其多功能性和灵活性受到了很多的关注，然而现阶段研究光控可重构天线并没有涉及到像素天线领域，所以本发明旨在设计一款一种光控可重构的微带像素天线。除此之外，传统光控方法结构复杂、不易操作且能实现的重构结果单一，为了提高可重构性、加强灵活可控能力，本发明旨在设计一款基于外围电路控制实现光控像素天线，利用编写好的程序使LED实现不同的明暗模式，导通与其位置相对齐的光敏器件，改变天线辐射的物理尺寸和形状，从而达到天线可重构的目的。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种光控可重构的微带像素天线，克服电控可重构天线中偏置线与天线辐射结构的耦合，并且天线具有极大的重构灵活性，解决偏置线与耦合结构耦合影响像素天线性能的技术问题，也能灵活实现天线方向图等可重构的发明目的。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种光控可重构的微带像素天线，包括光敏器件、金属像素单元和介质基板构成的天线辐射部分，通过对金属像素单元构成的天线结构馈电，实现良好的天线辐射性能。LED阵列位于光敏器件正下方且与控制线连接，由外围电路对LED阵列明暗模式进行控制。光敏器件作为各贴片之间的连接开关，通过LED控制光敏器件的高/低阻抗状态，从而改变由金属像素单元构成的天线辐射层的尺寸和形状，实现了天线的频率/极化/方向图可重构。

基于上述方案的优选方案，馈电是引入微波信号对由金属像素单元构成的天线进行馈电。通断不同的光敏器件，改变金属单元的连接组合，构成不同形状和尺寸的天线辐射器，形成不同的辐射效果。

基于上述方案的优选方案，光敏器件的位置和LED灯的位置在纵向空间上是同一位置。光源位于光敏器件正下方，在物理空间上互不干扰，消除了偏置电路对天线辐射特性的影响。

基于上述方案的优选方案，贴片单元用的是铜片。

基于上述方案的优选方案，贴片单元尺寸在λ/20和λ/10之间。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明利用光控开关实现了微带像素天线的可重构功能，通过在相邻像素单元之间设置光敏器件并控制照射光敏器件的光束灵活调整像素天线的结构，进而实现像素天线的频率/极化/方向图重构，基于已有像素天线结构实现不同应用场景下的可重构功能。

（2）本发明通过外围电路控制照射光敏器件的光束，具体是利用事先编好的程序能够很好地控制LED的明暗模式，从而实现光敏器件状态可控，天线达到不同的辐射模式。

附图说明

图1是本发明的天线辐射层俯视图。

图2是本发明的天线辐射层和PCB板侧视图。

图3是本发明的LED阵列视图。

图4（a）和图4（b）是本发明的具体实施例所示一种天线的结构图及其方向图。

图5（a）和图5（b）是本发明的具体实施例所示一种天线的结构图及其方向图。

图中标号说明：1、天线辐射层；2、LED组合阵列；3、PCB层；1-1、像素天线辐射单元；1-2、透光孔；1-3、光敏器件；1-4、外部导线馈线；1-5、介质基板；1-6、微带参考地；1-7、电路连接线；2-1、LED；3-1、PCB介质板；3-2、PCB接地面。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1至图3所示，一种光控可重构的微带像素天线，包括:可重构的天线辐射层1、LED组合阵列2、PCB介质板3-1和PCB接地面3-2组成的PCB层3；天线辐射层包括：像素天线辐射单元1-1、透光孔1-2、光敏器件1-3、外部导线馈线1-4、介质基板1-5、微带参考地1-6和电路连接线1-7。天线辐射层1溅射在PCB层3上，天线辐射层1为多个像素天线辐射单元1-1形成的辐射单元阵列，每个像素天线辐射单元1-1形成在介质基板1-5上，介质基板1-5上形成微带参考地1-6，PCB接地面3-2形成在PCB介质板3-1上，形成微带参考地的介质基板1-5设置在PCB接地面3-2上，相邻两个像素天线辐射单元1-1之间设置有一个光敏器件1-3，每个光敏器件1-3通过电路连接线1-7与像素天线辐射单元1-1连接，相邻两个像素天线辐射单元1-1之间的介质基板上开有透光孔1-2，透光孔1-2中设置有LED2-1，光敏器件1-3和LED2-1纵向位置相同，LED的引脚焊接在PCB层3上。

在本实施例中，如图1和图3所示，当指定位置处LED2-1亮灯时，其纵向位置上对齐的光敏器件1-3处于低阻抗状态，低阻状态的光敏器件1-3所连接的金属像素单元构成天线。改变LED2-1亮灯的组合，将改变金属像素单元构成的天线的尺寸和形状，当微波信号经外部导线馈线1-4通过不同的像素天线辐射单元1-1组合时，因辐射尺寸和形状的改变使得像素天线在谐振频率、方向图等方面可重构。在本实施例中,如图4（a），导通像素单元3、2、1、6、11、16、21，其仿真后方向图如图4（b）所示；如图5（a）导通像素单元3、4、5、10、15、20、25，其仿真后方向图如图5（b）所示。从仿真结果可以看出，导通不同的金属贴片单元，改变天线的物理辐射尺寸和形状，天线的方向图能够可重构。

本发明的光控可重构微带像素天线还可以通过外围控制电路控制照射光敏器件的LED光束以实现天线的可重构功能。外围控制电路包括按键、计数器、单片机，按键的一端连接电源，按键的另一端连接计数器的触发端，计数器的输出引脚连接单片机的输入引脚，单片机的输出引脚连接着LED灯的正极，LED灯的负极接地。当按键按下时就会产生一个脉冲，脉冲触发计数器，使计数器产生输出，当单片机接收到信号时，根据单片机相应的程序，输出引脚输出高电平到LED灯的正极，LED灯发光。

Claims (5)

1.一种光控可重构的微带像素天线，包括：多个像素天线辐射单元组成的天线辐射层，所述像素天线辐射单元形成在介质基板上，其特征在于，相邻两个像素天线辐射单元之间设置有光敏器件，相邻两个像素天线辐射单元之间的介质基板上开有透光孔，所述透光孔内纵向位置上对齐光敏器件的部位设置有LED。

2.根据权利要求1所述一种光控可重构的微带像素天线，其特征在于，所述光敏器件通过电路连接线与像素天线辐射单元连接。

3.根据权利要求1所述一种光控可重构的微带像素天线，其特征在于，所述介质基板上形成有微带参考地。

4.根据权利要求1所述一种光控可重构的微带像素天线，其特征在于，所述天线辐射层溅射在PCB层上，所述PCB层包括PCB介质板以及形成在PCB介质板上的PCB接地面。

5.根据权利要求4所述一种光控可重构的微带像素天线，其特征在于，所述LED的正极与外围控制电路相连，LED的负极焊接在PCB层上，所述外围控制电路存储有调节LED明暗的程序。

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