CN113394564A - 磁电偶极子可重构天线及无线通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁电偶极子可重构天线及无线通讯系统，该磁电偶极子可重构天线包括：第一介质基板；多组磁电偶极子天线单元，安装于第一介质基板上；可重构馈电网络及多个可调馈电支路，设置于第一介质基板上，可重构馈电网络包括T型功率分配器及多个可重构移相器，T型功率分配器与多条可重构移相器之间通过可控开关电连接；多个可调馈电支路与多组磁电偶极子天线单元一一对应电连接，多个可调馈电支路还通过直流馈线与可重构馈电网络的T型功率分配器电连接；其中，在可控开关导通时，对应的可调馈电支路及可重构移相器与T型功率分配器依次连通，以调节磁电偶极子天线单元的激励相位。本发明实现了磁电偶极子天线具有波速扫描功能。

Description

磁电偶极子可重构天线及无线通讯系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种磁电偶极子可重构天线及无线通讯系统。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，天线在通信系统中的作用愈发重要。近些年来，波束扫描天线由于其能够增大信号覆盖范围等优点，得到了广泛的关注。现有的波束扫描天线大多数都是基于微带贴片天线设计的，然而这种天线的阻抗带宽很窄，无法满足当今无线通信系统宽带的要求，同时这种天线的增益也不够高，无法满足电磁信号远距离传输的需求。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种磁电偶极子可重构天线及无线通讯系统，旨在降低天线对无线通讯系统的限制，提高天线在无线通讯系统中的通用性。

为实现上述目的，本发明提出一种磁电偶极子可重构天线，所述磁电偶极子可重构天线包括：

第一介质基板；

多组磁电偶极子天线单元，安装于所述第一介质基板上；

可重构馈电网络，设置于所述第一介质基板上，所述可重构馈电网络包括T型功率分配器及多个可重构移相器，所述T型功率分配器与多条所述可重构移相器之间通过可控开关电连接；

多个可调馈电支路，安装于所述第一介质基板上，多个所述可调馈电支路与多组所述磁电偶极子天线单元一一对应电连接，多个所述可调馈电支路还通过直流馈线与所述可重构馈电网络的T型功率分配器电连接；其中，在所述可控开关导通时，对应的所述可调馈电支路及所述可重构移相器与所述T型功率分配器依次连通，以调节所述磁电偶极子天线单元的激励相位。

可选地，所述T型功率分配器包括主传输线；

每一所述可重构移相器包括第一支路传输线和第二支路传输线，所述第一支路传输线和第二支路传输线分别通过可控开关与所述主传输线电连接；其中，所述第一支路传输线的线路长度大于所述第二支路传输线的长度。

可选地，所述第一支路传输线为U型支路传输线，所述第二支路传输线为C型支路传输线，所述U型支路传输线和所述C型支路传输线分设于所述主传输线的两侧；

所述U型支路传输线的开口和所述C型支路传输线的开口均朝向所述主传输线。

可选地，所述U型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线连接；

所述C型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线连接。

可选地，每一所述可重构移相器还包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端与一直流馈线连接，所述第一电感的另一端与所述U型支路传输线远离所述主传输线的一端连接；

所述第二电感的一端与一直流馈线连接，所述第二电感的另一端与所述C型支路传输线远离所述主传输线的一端连接。

可选地，每一所述可调馈电支路包括多个馈电枝节及多个馈电开关，每两个所述馈电枝节之间串联设置有一所述馈电开关。

可选地，所述可调馈电支路还包括第三电感，所述第三电感的一端与一直流馈线连接，所述第三电感的另一端与所述多个所述馈电枝节中的一个馈电枝节连接。

可选地，每一所述磁电偶极子天线单元包括第一方形贴片、第二方形贴片、第一金属柱及第二金属柱；

所述第一金属柱及所述第二金属柱呈相对设置，所述第一金属柱及所述第二金属柱的一端固定安装于所述第一介质基板上；

所述第一金属柱的另一端供所述第一方形贴片安装；

所述第二金属柱的另一端供所述第二方形贴片安装。

可选地，所述磁电偶极子可重构天线还包括多个第二介质基板，每一所述第一金属柱和所述第二金属柱之间夹设有一所述第二介质基板；

每一所述第二介质基板对应设置有一所述可调馈电支路，所述可调馈电支路通过所述第二介质基板、所述第一金属柱和/或所述第二金属柱与所述可重构馈电网络电连接。

本发明还提出一种无线通讯系统，所述无线通讯系统包括如上所述的磁电偶极子可重构天线。

本发明通过控制可控开关的通/断，控制可重构移相器的接入/退出，使可重构移相器对接入的馈源信号进行相位调整，以及通过控制可调馈电支路中对应的可调馈电支路与可重构馈电网络连通，选择能量传输的路径和方向，使天线的波速扫描可以偏转至设定方向，扩大了波束扫描的辐射角度，使磁电偶极子天线单元的激励相位能够被动态调节，从而实现天线的波束指向可调。本发明实现了磁电偶极子天线具有波速扫描功能，使天线兼容了能够增大信号覆盖范围，宽带，高增益，辐射方向图稳定的优点。本发明可广泛应用于各种无线通讯系统中，降低了天线对无线通讯系统的限制，提高了天线在无线通讯系统中的通用性。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的磁电偶极子可重构天线的一实施例的立体结构示意图；

图2为图1中中可重构馈电网络一实施例的结构示意图；

图3为图1中中可调节馈电支路一实施例的结构示意图；

图4为图1中可调节馈电支路另一实施例的结构示意图；

图5为图1中两组磁电偶极子天线单元一实施例的结构示意图；

图6为图1中两组磁电偶极子天线单元另一视角的结构示意图；

图7为本发明的磁电偶极子可重构天线的另一实施例的立体结构示意图；

图8是本发明的磁电偶极子可重构天线的尺寸标注示意图；

图9是本发明的磁电偶极子可重构天线在不同状态下的反射系数和增益的仿真图；

图10是本发明的磁电偶极子可重构天线在不同状态下，3.5GHz时的辐射方向图，其中，(a)是磁电偶极子天线单元的激励相位α＝-90°的辐射方向图的仿真图，(b)是磁电偶极子天线单元的激励相位α＝0°时的辐射方向图的仿真图，(c)是α＝90°的辐射方向图的仿真图，(d)是磁电偶极子天线单元的激励相位α＝180°的辐射方向图的仿真图；

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1～4	第一方形贴片～第四方形贴片	18	主传输线
5～8	第一金属柱～第四金属柱	19～22	第一支路传输线～第四支路传输线
				9	地板	47～55	第一贴片电感～第九贴片电感
10～12	第一介质基板～第三介质基板	56～62	第一直流馈线～第七直流馈线
				13	T型功率分配器	63	馈电端口
14、15	可重构移相器	100	磁电偶极子天线单元
				16	第一可调馈电枝节	200	可重构馈电网络
17	第二可调馈电枝节	300	可调馈电支路

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

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明提出一种磁电偶极子可重构天线。

目前，波束扫描天线大多数都是基于微带贴片天线设计的，然而这种天线的阻抗带宽很窄，无法满足当今无线通信系统宽带的要求，同时这种天线的增益也不够高，无法满足电磁信号远距离传输的需求。磁电偶极子天线由于宽带，高增益，辐射方向图稳定的优点得到了人们的广泛关注。然而由于磁电偶极子天线的固有作用，难以基于磁电偶极子设计的波束扫描天线。基于现有技术的不足，本发明提供一种结构简单，高增益，扫描范围大的磁电偶极子可重构天线。

参照图1至图6，在本发明一实施例中，该磁电偶极子可重构天线包括：

第一介质基板10；

多组磁电偶极子天线单元100，安装于所述第一介质基板10上；

可重构馈电网络200，设置于所述第一介质基板10上，所述可重构馈电网络200包括T型功率分配器13及多个可重构移相器(14、15)，所述T型功率分配器13与多条所述可重构移相器(14、15)之间通过可控开关电连接；

多个可调馈电支路300，安装于所述第一介质基板10上，多个所述可调馈电支路300与多组所述磁电偶极子天线单元100一一对应电连接，多个所述可调馈电支路300还通过直流馈线与所述可重构馈电网络200的T型功率分配器13电连接；其中，在所述可控开关导通时，对应的所述可调馈电支路300及所述可重构移相器(14、15)与所述T型功率分配器13依次连通，以调节所述磁电偶极子天线单元100的激励相位。

本实施例中，所述磁电偶极子天线单元100的数量为两组，或者两组以上，每两组磁电偶极子天线单元100可以构成一个磁电偶极子天线结构，两组所述磁电偶极子天线单元100对称安装于所述第一介质基板10上。第一介质基板10的一表面还可以设有地板9，该地板9可以是金属地板9，或者其他导电材质制得的地板9，两组磁电偶极子天线单元100固定安装在该金属地板9上。金属地板9可以与可重构馈电网络200设置于第一介质基板10相对设置的两个表面。介质基板可以是印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)来实现，以下简称PCB板，可重构馈电网络200可以通过也即印制电路布线工艺的方式形成在介质基板上，具体而言，可以通过铜和刻蚀的方式在介质基板上形成可重构馈电网络200的电路走线。或者，将成型的可重构馈电网络200的电路走线贴设于所述第一介质基板10上，或者通过其他工艺压合至第一介质基板10上。其中，介质基板的厚度、尺寸及形状可以根据实际应用产品及应用环境等进行设置，以满足不同的应用需求。在一具体实施例中，第一介质基板10的形状可以方形，例如为长方形或者正方形。

T型功率分配器13包括主干和两个支路，两个支路在主干的两侧对称设置，可重构移相器(14、15)的数量为两个，两个可重构移相器(14、15)对应两个支路设置，即每个支路对应设置有一个可重构移相器(14、15)，两个支路远离主干的一端为。主路远离两个支路的一端还设置有馈电端口63，馈电端口63用于计入可重构移相器(14、15)与支路之间通过可控开关连接。通过控制可控开关的通/断，可以控制可重构移相器(14、15)的接入/退出，可重构移相器(14、15)对接入的馈源信号进行相位调整。

可调馈电支路300具有多个馈电枝节，每个馈电枝节均可以实现可重构馈电网络200与磁电偶极子之间的电连接，并且选择不同的馈电枝节与可重构移相器(14、15)连通和时，各个馈电枝节与可重构移相器(14、15)及T型功率分配器13之间组成磁电偶极子天线单元100的馈电结构，可以形成不同的能量传输路径，并且能量传输方向随着形成能量传输路径的不同也可以实现可调。

具体地，在磁电偶极子可重构天线工作的过程中，馈电端口63接入的馈源信号经功率分配器输出至对应的可重构移相器(14、15)进行移相，以调整馈源信号的相位角后输出至可调馈电支路300，以在对应的可调馈电支路300与可重构馈电网络200连通时，通过可调馈电支路300将馈源信号耦合至磁电偶极子天线单元100，从而使磁电偶极子天线单元100将馈源信号的能量辐射出去。

本发明通过控制可控开关的通/断，控制可重构移相器(14、15)的接入/退出，使可重构移相器(14、15)对接入的馈源信号进行相位调整，以及通过控制可调馈电支路300中对应的可调馈电支路300与可重构馈电网络200连通，选择能量传输的路径和方向，使天线的波速扫描可以偏转至设定方向，扩大了波束扫描的辐射角度，使磁电偶极子天线单元100的激励相位能够被动态调节，从而实现天线的波束指向可调。本发明实现了磁电偶极子天线具有波速扫描功能，使天线兼容了能够增大信号覆盖范围，宽带，高增益，辐射方向图稳定的优点。本发明可广泛应用于各种无线通讯设备中，降低了天线对无线通讯设备的限制，提高了天线在无线通讯设备中的通用性。

参照图1至图6，在一实施例中，所述T型功率分配器13包括主传输线18；

每一所述可重构移相器(14、15)包括第一支路传输线19和第二支路传输线20，所述第一支路传输线19和第二支路传输线20分别通过可控开关与所述主传输线18电连接。

本实施例中，两个可重构移相器(14、15)在T型功率分配器13的支路设置，且以T型功率分配器13为中心轴，对称设置，两个可重构移相器(14、15)的结构也设置为相同。

具体地，可重构移相器(14、15)中的第一支路传输线19和第二支路传输线20分设于支路的两侧，并且第一支路传输线19的线路长度大于第二支路传输线20的长度。述第一支路传输线19为U型支路传输线，所述第二支路传输线20为C型支路传输，所述U型支路传输线和所述C型支路传输线分设于所述主传输线18的两侧；所述U型支路传输线的开口和所述C型支路传输线的开口均朝向所述主传输线18。所述U型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线18连接；所述C型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线18连接。其中，可控开关可以采用二极管来实现，具体可以是可变容二极管，U型支路传输线的两个端口分别连接有一个可控开关，也即可控开关跨接于U型支路传输线的一端和主传输线18之间。U型支路传输线的两个端口连接的可控开关可以同时导通，同时截止。同理，C型支路传输线的两个端口分别连接有一个可控开关，也即可控开关跨接于C型支路传输线的一端和主传输线18之间。C型支路传输线的两个端口连接的可控开关可以同时导通，同时截止。

可以理解的是，磁电偶极子可重构天线还包括直流电源和直流导线，所述直流导线，所述直流导线的一端与所述直流馈线连接，另一端与所述直流电源连接。可控开关的通断状态可以通过直流电源提供高低电平信号来控制，当直流电源提供的是高电平信号时，可控开关导通，当直流电源提供的是低电平信号时，可控开关断开。

相对设置的U型支路和C型支路中，连接U型支路传输线的两个可控开关和连接C型支路传输线的两个可控开关可以同时导通，同时截止，也可以仅与连接U型支路传输线的两个可控开关导通，或者仅与连接C型支路传输线的两个可控开关导通。或者，分设于T型功率分配器13两个支路的U型支路传输线同时与主传输线18连接；分设于T型功率分配器13两侧的U型支路传输线在各自的可控开关导通时，可以同时与主传输线18连接。呈对角线设置的U型支路传输线和C型支路，在各自的可控开关导通时，可以同时与主传输线18连接。在一具体实施例中，二极管的阳极可以通过U型支路(C型支路)上的直流馈线接入直流电源的正极，二极管的阴极可以经主传输线18上连接的直流馈线连接直流电源的负极或者接地。或者，二极管的阳极可以通过主传输线18上连接的直流馈线接入直流电源的正极，二极管的阴极可以经U型支路连接的直流馈线连接直流电源的负极。二极管的阳极接入高电平时导通，在阳极接入低电平时截止。两个U型支路对应的可控开关、两个C型支路对应的可控开关可以由分立的四个直流电源独立控制。只有当可控开关的阳极得到直流馈线传输的正电压、阴极所连接的直流馈线接地时，电控开关才导通。

其中，为了方便描述，一可重构移相器(14、15)包括第一支路传输线19和第二支路传输线20，另一可重构移相器(14、15)包括第三支路传输线21和第四支路传输线22，第三支路传输线21的结构与第一支路传输线19相同，且以主传输线18的主轴相对称设置，第四支路传输线22的结构与第二支路传输线20的结构相同，且以主传输线18的主轴相对称设置。此外，还将上述可控开关分别称为第一电控开关23、第二电控开关24、第三电控开关25、第四电控开关26、第五电控开关27、第六电控开关28、第七电控开关29、第八电控开关30。其中，第一电控开关23与第二电控开关24位于第一支路传输线19与主传输线18之间，第三电控开关25与第四电控开关26位于第二支路传输线20与主传输线18之间，第五电控开关27与第六电控开关28位于第三支路传输线21与主传输线18之间，第七电控开关29与第八电控开关30位于第四支路传输线22与主传输线18之间。

参照图1至图6，在一实施例中，每一所述可重构移相器(14、15)还包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端与一直流馈线连接，所述第一电感的另一端与所述U型支路传输线远离所述主传输线18的一端连接；

所述第二电感的一端与一直流馈线连接，所述第二电感的另一端与所述C型支路传输线远离所述主传输线18的一端连接。

第一电感和第二电感用于隔离射频信号，也即馈源信号，而保持直流电源输出的直流信号导通，从而在为可控开关提供直流控制电压的同时，避免射频信号会传输到直流馈线与直流导线上，可以使天线辐射区域产生的射频信号与直流信号满足隔离要求，有利于避免影响天线的辐射方向图。其中，第一电感和第二电感可以采用贴片电感来实现，并且第一电感和第二电感的电感值可以设置为相同，例如在一具体实施例中，第一电感和第二电感均可以设置为27nH。

上述实施例中，T型功率分配器13的主传输线18可以分为三段，每两端主传输线18之间设置有一个电感，本实施例将两个电感称为第八贴片电感54和第九贴片电感55位于主传输线18的缝隙中。第八贴片电感54和第九贴片电感55的电感值也为27nH，它们使得整个传输线对于直流信号来说是导通的，能够有效的减少用于控制可控开关导通/截止的偏置电压的数量，使得偏置电路(主传输线18、支路传输线及直流馈线等连接而成)的结构更加简单。

参照图1至图6，在一实施例中，每一所述可调馈电支路300包括多个馈电枝节及多个馈电开关，每两个所述馈电枝节之间串联设置有一所述馈电开关。

本实施例中，多个馈电枝节围合形成矩形可调馈电支路300，馈电枝节之间通过馈电开关来实现电连接，馈电开关可以采用二极管来实现，具体可以是可变容二极管。可调馈电支路300的数量为两个，并分别称为第一可调馈电支路300和可调馈电支路300，两个可调馈电支路300对称设置，并且结构相同。每个可调馈电支路300还包括一条馈电臂，可调馈电支路300通过金属柱与可重构馈电网路实现短接，可调馈电支路300中的直流馈线用于接入直流电源，该馈电臂通过直流馈线、可重构馈电网路的直流馈线等与直流电源形成电流回路。例如通过可重构馈电网络200的直流馈线接入直流电源的正极，可调馈电支路300的直流馈线接入直流电源的负极。或者，通过可调馈电支路300的直流馈线接入直流电源的正极，可重构馈电网路的直流馈线接入直流电源的负极，只有当馈电开关的阳极得到直流馈线传输的正电压、阴极所连接的直流馈线接地时，馈电开关才导通。

每个馈电支路的馈电枝节可以设置为六个，对应的，馈电开关的数量可以设置为八个，六个馈电枝节通过八个馈电开关形成在竖直方向上对称设置的两个子可调馈电支路300。对称设置的两条可控馈电支路中，在直流电源的控制下，可以是呈对角设置的两个子可控馈电支路中的馈电开关导通，并与对应的可重构馈电网络200形成能量传输路径。或者呈相对设置的两个子可控馈电支路中的馈电开关导通，并与对应的可重构馈电网络200形成能量传输路径。

为了便于理解，将上述可控开关分别称第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第十三电控开关35、第十四电控开关36、第十五电控开关37、第十六电控开关38、第十七电控开关39、第十八电控开关40、第十九电控开关41、第二十电控开关42、第二十一电控开关43、第二十二电控开关44、第二十三电控开关45、第二十四电控开关46；其中，第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第十三电控开关35、第十四电控开关36、第十五电控开关37、第十六电控开关38位于第一可调馈电枝节16上；第十七电控开关39、第十八电控开关40、第十九电控开关41、第二十电控开关42、第二十一电控开关43、第二十二电控开关44、第二十三电控开关45、第二十四电控开关46位于第二可调馈电枝节17上。

参照图1至图6，在一实施例中，所述可调馈电支路300还包括第三电感，所述第三电感的一端与一直流馈线连接，所述第三电感的另一端与所述多个所述馈电枝节中的一个馈电枝节馈电臂连接。

本实施例中，馈电臂用于通过直流馈线接入直流电源，其中，第三电感的数量为两个，每个可调馈电支路300对应设置有一个第三电感，第三电感用于隔离射频信号，也即馈源信号，而保持直流电源输出的直流信号导通，从而在为可控开关提供直流控制电压的同时，避免射频信号会传输到直流馈线与直流导线上，从而影响天线的辐射方向图。其中，第三电感可以采用贴片电感来实现，并且第三电感的电感值可以设置为相同，例如在一具体实施例中，第三电感均可以设置为27nH。

参照图1至图6，在一实施例中，每一所述磁电偶极子天线单元100包括第一方形贴片1、第二方形贴片2、第一金属柱5及第二金属柱6；

所述第一金属柱5及所述第二金属柱6呈相对设置，所述第一金属柱5及所述第二金属柱6的一端固定安装于所述第一介质基板10上；

所述第一金属柱5的另一端供所述第一方形贴片1安装；

所述第二金属柱6的另一端供所述第二方形贴片2安装。

本实施例中，以磁电偶极子天线单元100为两组为例进行说明，每组磁电偶极子天线单元100包括两个金属柱和两个方形贴片，为了方便描述，一组磁电偶极子天线单元100包括第一金属柱5和第二金属柱6，以及第一方形贴片1和第二方形贴片2，另一组磁电偶极子天线单元100包括第三金属柱7和第四金属柱8，以及第三方形贴片3和第四方形贴片4，所述磁电偶极子由磁偶极子和电偶极子构成，第一金属柱5和第二金属柱6，以及第三金属柱7和第四金属柱8分别作为两组磁电偶极子天线单体的磁偶极子，第一金属柱5和第二金属柱6，以及第三金属柱7和第四金属柱8垂直设置于地板9上，并且与地板9短接，金属柱也可以是竖直贴片，金属柱的形状可以为两个呈直角设置的竖直金属片组成，也即两个竖直金属垂直连接，从而保证金属柱在介质基板上的整体稳定性。第一方形贴片1和第二方形贴片2，以及第三方形贴片3和第四方形贴片4分别作为两组磁电偶极子天线单体的电偶极子。第一方形贴片1和第二方形贴片2，以及第三方形贴片3和第四方形贴片4分别与地板9平行设置，四个方形贴片之间等间距设置，四个金属柱之间等间距设置，四个金属柱两两沿第一介质基板10的中心轴对称设置，即呈十字形排布设置，四个金属柱分别一一对应连接至四个方形贴片相互靠近的4个角位置；四个所述金属柱一端可以通过螺钉、卡扣、粘接等方式固定于第一介质基板10上，四个所述金属柱另一端一一对应与所述方形贴片固定连接。

参照图1至图6，在一实施例中，所述磁电偶极子可重构天线还包括多个第二介质基板11，每一所述第一金属柱5和所述第二金属柱6之间夹设有一所述第二介质基板11；

每一所述第二介质基板11对应设置有一所述可调馈电支路300，所述可调馈电支路300通过所述第二介质基板11、所述第一金属柱5和/或所述第二金属柱6与所述可重构馈电网络200电连接。

本实施例中，第二介质基板11可以采用PCB板来实现，可调馈电支路300可以通过也即印制电路布线工艺的方式形成在介质基板上，具体而言，可以通过覆铜和刻蚀的方式在介质基板上形成可调馈电支路300的电路走线。或者，将成型的可调馈电支路300的电路走线贴设于所述第一介质基板10上，或者通过其他工艺压合至第二介质基板11上。其中，介质基板的厚度、尺寸及形状可以根据与两侧边设置的金属柱形成的缝隙大小、金属柱的高度等进行设置，以与两侧的金属柱适配。第二介质基板11的数量为两个，为了方便描述，将两个用于分别形成一条可调馈电支路300的介质基板分别称为第二介质基板11和第三介质基板12。第二介质基板11和第三介质基板12分别垂直设置于第一介质基板10上，并且两个介质基板上形成可调馈电支路300线路相同，且对称设置。

参照图1至图6，上述实施例中，各个直流馈线可以是通过印刷电路板制作工艺形成于第一介质基板10和第二介质基板11上，为了方便理解，本实施例将上述直流馈线分别称为第一直流馈线56、第二直流馈线57、第三直流馈线58、第四直流馈线59、第五直流馈线60；第二介质基板11的表面设有第六直流馈线61。具体地，第一介质基板10的表面设有第一直流馈线56、第二直流馈线57、第三直流馈线58、第四直流馈线59、第五直流馈线60；第二介质基板11的表面设有第六直流馈线61，第三介质基板1212的表面设有第七直流馈线62。上述直流馈线中，均具有相互远离的第一端以及第二端，其中一个或者多个直流馈线的第一端可以作为信号输入端，接入直流电源输出的信号，其余直流馈线中对应的直流馈线的第一端可以作为信号输出端，以与直流电源形成电流回路。例如为了实现可控移相器对应的传输线路与主传输线18之间的连通，来改变馈源信号的相位，或者连通对应的可调馈电支路300，并改变能量传输的方向，可以通过直流馈线接入高电平的直流电源，以控制对应的可控开关和馈电开关的导通来实现。第五直流馈线60与主传输线18之间还设置有第五贴片电感51，第五贴片电感51将主传输线18与第五直流馈线60连接。其中，

第一贴片电感(第一电感)47将第一支路传输线19与第一直流馈线56连接，第二贴片电感(第二电感)48将第二支路传输线20与第二直流馈线57连接，第三贴片电感(第一电感)49将第三支路传输线2121与第三直流馈线58连接，第四贴片电感(第二电感)50将第四支路传输线22与第四直流馈线59连接，第六贴片电感52将第一可调馈电枝节16与第六直流馈线61连接，第七贴片电感53将第二可调馈电枝节17与第七直流馈线62连接。第六贴片电感(第三电感)52将第一可调馈电枝节16与第六直流馈线61连接，第七贴片电感(第三电感)53将第二可调馈电枝节17与第七直流馈线62连接。

为了更好的阐明本发明的发明构思，参照图1至图6，以下结合上述实施例说明本发明实现波束方向调整的控制过程：

当第一电控开关23、第二电控开关24、第五电控开关27、第六电控开关28、第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第十七电控开关39、第十八电控开关40、第十九电控开关41和第二十电控开关42处于导通状态而其余电控开关处于关闭状态时，两组磁电偶极子的激励相位相同(α＝0度，α为两组天线的激励相位差，负x方向天线的激励相位减去正x方向天线的激励相位)，天线的最大辐射方向位于轴向(θ＝0°)；

(2)当第一电控开关23、第二电控开关24、第七电控开关29、第八电控开关30、第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第十七电控开关39、第十八电控开关40、第十九电控开关41)和第二十电控开关42处于导通状态而其余电控开关处于关闭状态时，对于第一可重构移相器14来说，导通的支路是第一支路传输线19；而对第二可重构移相器15来说，导通的支路是第四支路传输线22。由于第一支路传输线19与第四支路传输线22的长度不同，其中第一支路传输线19的长度大于与第四支路传输线22的长度，因此两组磁电偶极子的激励相位不同，位于正x方向的磁电偶极子的激励相位落后于位于负x方向的磁电偶极子的激励相位(α＝90度)，此时天线的最大辐射方向位于θ＝23°；

(3)当第三电控开关25、第四电控开关26、第五电控开关27、第六电控开关28、第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第十七电控开关39、第十八电控开关40、第十九电控开关41)和第二十电控开关42处于导通状态而其余电控开关处于关闭状态时，对于第一可重构移相器14来说，导通的支路是第二支路传输线20；而对第二可重构移相器15来说，导通的支路是第三支路传输线21。由于第二支路传输线20与第三支路传输线21的长度不同，其中第二支路传输线20的长度小于与第三支路传输线21的长度，因此两组磁电偶极子的激励相位不同，位于正x方向的磁电偶极子的激励相位超前于位于负x方向的磁电偶极子的激励相位(α＝-90度)，此时天线的最大辐射方向位于θ＝-23°；

(4)当第一电控开关23、第二电控开关24、第五电控开关27、第六电控开关28、第九电控开关31、第十电控开关32、第十一电控开关33、第十二电控开关34、第二十一电控开关43、第二十二电控开关44、第二十三电控开关45和第二十四电控开关46处于导通状态而其余电控开关处于关闭状态时，第一可调馈电枝节16和第二可调馈电枝节17的能量传输方向不同，使得两组天线的激励相位存在180°的相位差(α＝180度)，此时天线的最大辐射方向位于θ＝±40°。本发明实现了一种四种波束状态可调的天线，该天线波束扫描角度比较大、增益高、有较宽的带宽以及辐射方向图稳定。并且本发明尺寸小的优点，因此非常适用于无线通信系统。

参照图1至图6，上述实施例中，能够实现波束扫描磁电偶极子可重构天线的各结构组件的优选尺寸为：

第一介质基板10的型号为TaconicRF-30，长宽均为120mm，厚度为0.762mm，介电常数为3。辐射贴片(方形贴片)为正方形时长宽均为22mm，每两个方形贴片之间的缝隙宽度为10mm。每个金属柱为方形时的长宽均为11mm，高度为22mm。第二介质基板11和第三介质基板12的型号为FR4，厚度为1mm，介电常数为4.4。其余尺寸可以从表1看出。

表1

参数	G	L	L1	Ls	S1
						数值(mm)	120	22	11	12	10
参数	Hs	Hf	Ws	W1	W2
						数值(mm)	22	13.5	10	1.4	0.4
参数	W3	W4
						数值(mm)	1.9	3.3

以下结合仿真图和辐射方向图对所述天性特性做进一步说明：

图5为仿真的反射系数和增益图。从图中的结果可以看出，在四种状态下，该天线重合阻抗带宽为3.2-3.95GHz。在α＝0度时，该天线的增益约为8.9dBi；在α＝±90°度时，该天线的增益约为9.4dBi；在α＝180度时，该天线的增益约为7.9dBi。

图6为天线在不同状态下，3.5GHz时的辐射方向图。在α＝0度时，天线在两个面的最大辐射方向均为θ＝0°；在α＝-90度时，天线在H面的最大辐射方向为θ＝-23°；在α＝90度时，天线在H面的最大辐射方向为θ＝23°；在α＝180度时，天线在H面的最大辐射方向为θ＝±40°。其中，方向图(a)α＝-90°；(b)α＝0°；(c)α＝90°；(d)α＝180°

由以上说明可知，本发明磁电偶极子可重构天线的辐射方向图的波束宽度在较大的范围内可调，具有较宽的带宽和较大的波束扫描范围。同时本发明的结构简单，非常适用于当今的无线通信终端。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述磁电偶极子可重构天线包括：

第一介质基板；

多组磁电偶极子天线单元，安装于所述第一介质基板上；

可重构馈电网络，设置于所述第一介质基板上，所述可重构馈电网络包括T型功率分配器及多个可重构移相器，所述T型功率分配器与多条所述可重构移相器之间通过可控开关电连接；

多个可调馈电支路，安装于所述第一介质基板上，多个所述可调馈电支路与多组所述磁电偶极子天线单元一一对应电连接，多个所述可调馈电支路还通过直流馈线与所述可重构馈电网络的T型功率分配器电连接；其中，在所述可控开关导通时，对应的所述可调馈电支路及所述可重构移相器与所述T型功率分配器依次连通，以调节所述磁电偶极子天线单元的激励相位。

2.如权利要求1所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述T型功率分配器包括主传输线；

每一所述可重构移相器包括第一支路传输线和第二支路传输线，所述第一支路传输线和第二支路传输线分别通过可控开关与所述主传输线电连接；其中，所述第一支路传输线的线路长度大于所述第二支路传输线的长度。

3.如权利要求2所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述第一支路传输线为U型支路传输线，所述第二支路传输线为C型支路传输线，所述U型支路传输线和所述C型支路传输线分设于所述主传输线的两侧；

所述U型支路传输线的开口和所述C型支路传输线的开口均朝向所述主传输线。

4.如权利要求3所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述U型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线连接；

所述C型支路传输线的两个端口分别通过一个所述可控开关与所述主传输线连接。

5.如权利要求4所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，每一所述可重构移相器还包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端与一直流馈线连接，所述第一电感的另一端与所述U型支路传输线远离所述主传输线的一端连接；

所述第二电感的一端与一直流馈线连接，所述第二电感的另一端与所述C型支路传输线远离所述主传输线的一端连接。

6.如权利要求1所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，每一所述可调馈电支路包括多个馈电枝节及多个馈电开关，每两个所述馈电枝节之间串联设置有一所述馈电开关。

7.如权利要求6所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述可调馈电支路还包括第三电感，所述第三电感的一端与一直流馈线连接，所述第三电感的另一端与所述多个所述馈电枝节中的一个馈电枝节连接。

8.如权利要求1所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，每一所述磁电偶极子天线单元包括第一方形贴片、第二方形贴片、第一金属柱及第二金属柱；

所述第一金属柱及所述第二金属柱呈相对设置，所述第一金属柱及所述第二金属柱的一端固定安装于所述第一介质基板上；

所述第一金属柱的另一端供所述第一方形贴片安装；

所述第二金属柱的另一端供所述第二方形贴片安装。

9.如权利要求8所述的磁电偶极子可重构天线，其特征在于，所述磁电偶极子可重构天线还包括多个第二介质基板，每一所述第一金属柱和所述第二金属柱之间夹设有一所述第二介质基板；

每一所述第二介质基板对应设置有一所述可调馈电支路，所述可调馈电支路通过所述第二介质基板、所述第一金属柱和/或所述第二金属柱与所述可重构馈电网络电连接。

10.一种无线通讯系统，其特征在于，所述无线通讯系统包括如权利要求1至9任意一项所述的磁电偶极子可重构天线。

Images