CN114498002A - 可重构超宽带偶极天线和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构超宽带偶极天线和通信系统。可重构超宽带偶极天线包括：顺次排列的第一辐射段、第二辐射段和第三辐射段；第一切换匹配器，位于第一辐射段和第二辐射段之间，分别与第一辐射段和第二辐射段电连接，用于控制第一辐射段和第二辐射段的工作模式；第二切换匹配器，位于第二辐射段和第三辐射段之间，分别与第二辐射段和第三辐射段电连接，用于控制第二辐射段和第三辐射段的工作模式；其中，工作模式包括由第一辐射段与第二辐射段构成的高频段偶极天线模式，以及由第一辐射段、第二辐射段与第三辐射段构成的低频段偶极天线模式。本发明实施例可以在保证天线工作频率带宽的基础上，保证天线的增益和可靠性，以及减小天线体积。

Description

可重构超宽带偶极天线和通信系统

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种可重构超宽带偶极天线和通信系统。

背景技术

天线作为电信号和电磁波信号之间的转换设备，是无线通信系统中不可缺少的基本组件。目前，在新一代通讯技术(软件无线电)背景下，以及跳频电台通讯过程中防止泄密或者干扰的需求下，对天线的工作频率带宽要求越来越宽。现有技术中，可重构技术因其切换灵活，覆盖频段宽而受到重视，但现有的可重构超宽带天线通常结构复杂，体积较大，且损耗较大，可靠性差。

发明内容

本发明实施例提供了一种可重构超宽带偶极天线和通信系统，以在保证天线工作频率带宽的基础上，保证天线的增益和可靠性，以及减小天线体积。

第一方面，本发明实施例提供了一种可重构超宽带偶极天线，包括：

顺次排列的第一辐射段、第二辐射段和第三辐射段；

第一切换匹配器，位于所述第一辐射段和所述第二辐射段之间；且所述第一切换匹配器分别与所述第一辐射段和所述第二辐射段电连接，用于控制所述第一辐射段和所述第二辐射段的工作模式；

第二切换匹配器，位于所述第二辐射段和所述第三辐射段之间；且所述第二切换匹配器分别与所述第二辐射段和所述第三辐射段电连接，用于控制所述第二辐射段和所述第三辐射段的工作模式；其中，所述工作模式包括由所述第一辐射段与所述第二辐射段构成的高频段偶极天线模式，以及由所述第一辐射段、所述第二辐射段与所述第三辐射段构成的低频段偶极天线模式。

可选地，所述第一切换匹配器包括：

第一匹配模块；

第一开关模块；所述第一开关模块的第一端与所述第一辐射段电连接，所述第一开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第一端电连接，所述第一开关模块的第三端与所述第二辐射段电连接；

第二开关模块；所述第二开关模块的第一端与所述第一匹配模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述第二辐射段电连接。

可选地，所述第一切换匹配器包括：

第一匹配模块；所述第一匹配模块的第一端与所述第一辐射段电连接；

第三开关模块；所述第三开关模块的第一端与所述第二辐射段电连接，所述第三开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第二端电连接，所述第三开关模块的第三端与所述第一辐射段电连接。

可选地，所述第一切换匹配器的输入端与电台的输出端电连接；其中，所述电台的输出端的输出信号包括：射频信号和直流电压信号；

所述第一切换匹配器还包括：

信号分离模块，包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述信号分离模块的输入端与所述电台的输出端电连接；所述信号分离模块的第一输出端输出所述射频信号，所述信号分离模块的第二输出端输出所述直流电压信号；

第四开关模块，包括控制端、第一端、第二端和第三端；所述第四开关模块的控制端与所述信号分离模块的第二输出端电连接，所述第四开关模块的第一端与所述信号分离模块的第一输出端电连接，所述第四开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第三端电连接，所述第四开关模块的第三端与所述第二切换匹配器电连接。

可选地，所述第四开关模块包括：第一电感、第一二极管和第二二极管；所述第一电感的第一端接入所述直流电压信号，所述第一电感的第二端分别与所述信号分离模块的第一输出端、所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极电连接；所述第一二极管的阳极与所述第二切换匹配器电连接；所述第二二极管的阴极与所述第一匹配模块的第三端电连接。

可选地，所述第二切换匹配器包括：

第五开关模块；所述第五开关模块的控制端接入所述直流电压信号，所述第五开关模块的第一端与所述第二辐射段电连接；

第二匹配模块；所述第二匹配模块的第一端与所述第五开关模块的第二端电连接，所述第二匹配模块的第二端与所述第三辐射段电连接，所述第二匹配模块的第三端与所述第四开关模块的第三端电连接。

可选地，所述第五开关模块包括：第二电感和第三二极管；所述第二电感的第一端接入所述直流电压信号，所述第二电感的第二端分别与所述第三二极管的阴极和所述第二匹配模块的第一端电连接；所述第三二极管的阳极与所述第二辐射段电连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种通信系统，包括：电台和如本发明任意实施例所提供的可重构超宽带偶极天线。

可选地，所述电台包括：

电压输出模块，包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端；所述电压输出模块的控制端接入输出控制信号，所述电压输出模块的第一输入端接入负电压，所述电压输出模块的第二输入端接入正电压；

信号合路模块，包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述信号合路模块的第一输入端接入射频信号，所述信号合路模块的第二输入端与所述电压输出模块的输出端电连接，所述信号合路模块的输出端作为所述电台的输出端。

可选地，所述电压输出模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、稳压管和第四二极管；

所述第一晶体管的第一极接入所述负电压，所述第一晶体管的第二极作为所述电压输出模块的输出端，所述第一晶体管的控制极与所述稳压管的阳极电连接；所述稳压管的阴极接入所述输出控制信号；所述第一电阻连接在所述第一晶体管的第一极和控制极之间；所述第二电阻的第一端接入所述输出控制信号，所述第二电阻的第二端与所述第二晶体管的控制极电连接；所述第二晶体管的第一极接地，所述第二晶体管的第二极分别与所述第四二极管的阴极、所述第三晶体管的控制极和所述第三电阻的第一极电连接；所述第三电阻的第二端接入所述正电压；所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第三晶体管的第二极电连接；所述第三晶体管的第一极分别与所述第四二极管的阳极和所述第一晶体管的第二极电连接。

本发明实施例提供的可重构超宽带偶极天线，通过第一切换匹配器和第二切换匹配器共同控制天线的工作模式，通过控制第一辐射段、第二辐射段和第三辐射段是否工作以及控制不同辐射段间的连接方式来构造不同频段的偶极天线，有效地拓展了天线工作频率带宽。并且，同一辐射段可以在不同模式下应用，即不同模式下实现了至少部分辐射段的复用，在保证各频段模式下的天线辐射体均具备足够的有效长度的基础上，有效减小了天线尺寸，使该天线便于携带；并且各频段天线辐射体长度足够，那么其辐射面积足够，可以保证天线有足够的增益。以及，各模式下均构造为偶极天线，使得天线在复杂使用环境下仍具有良好的辐射稳定性。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以通过第一切换匹配器和第二切换匹配器的配合控制来构造不同频段工作模式下的偶极天线，在保证天线工作频率带宽的基础上，保证天线的增益和可靠性，以及减小天线体积。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可重构超宽带偶极天线的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高频段偶极天线模式下的天线结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种低频段偶极天线模式下的天线结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种高频段偶极天线模式下的天线结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种低频段偶极天线模式下的天线结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种可重构超宽带偶极天线的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种可重构超宽带偶极天线。图1是本发明实施例提供的一种可重构超宽带偶极天线的结构示意图。参见图1，该可重构超宽带偶极天线包括：第一辐射段10、第二辐射段20、第三辐射段30、第一切换匹配器40和第二切换匹配器50。

其中，第一辐射段10、第二辐射段20和第三辐射30段顺次排列；第一切换匹配器40位于第一辐射段10和第二辐射段20之间；第二切换匹配器50位于第二辐射段20和第三辐射段30之间。并且，第一切换匹配器40分别与第一辐射段10和第二辐射段20电连接，用于控制第一辐射段10和第二辐射段20的工作模式；第二切换匹配器50分别与第二辐射段20和第三辐射段30电连接，用于控制第二辐射段20和第三辐射段30的工作模式；其中，工作模式包括由第一辐射段10与第二辐射段20构成的高频段偶极天线模式，以及由第一辐射段10、第二辐射段20与第三辐射段30构成的低频段偶极天线模式。

示例性地，第一辐射段10、第二辐射段20与第三辐射段30均可由辐射铜管构成，使得该可重构超宽带偶极天线为全向天线。第一切换匹配器40可以包括PCB板及其上的功能元件，各功能元件可连接为开关控制电路和天线匹配电路，使第一切换匹配器40具备开关切换功能和阻抗匹配功能；同理，第二切换匹配器50也可以包括PCB板及其上的功能元件，各功能元件可连接为开关控制电路和天线匹配电路。如图1所示，示例性地，第一辐射段10、第一切换匹配器40、第二辐射段20、第二切换匹配器50和第三辐射段30自下而上依次排列成长条状。

示例性地，该可重构超宽带偶极天线的工作过程包括：

高频段偶极天线模式，天线的工作频段可以是L(Long Wave，长波)频段和/或S(Short Wave，短波)频段。该模式下，第一切换匹配器40控制第一辐射段10和第二辐射段20通过第一切换匹配器40中的天线匹配电路连接，第二切换匹配器50控制第二辐射段20与第三辐射段30断开连接。这样，第一辐射段10构成高频段第一天线辐射体，第二辐射段20构成高频段第二天线辐射体，由第一切换匹配器40进行高频段偶极天线的阻抗匹配，例如50Ω匹配。示例性地，第一切换匹配器40中的天线匹配电路一端与第一辐射段10靠近第一切换匹配器40的部分电连接，另一端与第二辐射段20靠近第一切换匹配器40的部分电连接；即，高频段第一天线辐射体和高频段第二天线辐射体的馈电端均位于靠近第一切换匹配器40的位置。

低频段偶极天线模式，天线的工作频段可以是VHF(Very High Frequency，甚高频)频段和/或UHF(Ultra High Frequency，特高频)频段。该模式下，第一切换匹配器40控制第一辐射段10和第二辐射段20直接连接，共同作为低频段第一天线辐射体；第二切换匹配器50控制第二辐射段20和第三辐射段30通过第二切换匹配器50中的天线匹配电路连接，第三辐射段30作为低频段第二天线辐射体；由第二切换匹配器50进行低频段偶极天线的阻抗匹配，例如50Ω匹配。示例性地，第二切换匹配器50中的天线匹配电路一端与第二辐射段20靠近第二切换匹配器50的部分电连接，另一端与第三辐射段30靠近第二切换匹配器50的部分电连接；即，低频段第一天线辐射体和低频段第二天线辐射体的馈电端均位于靠近第二切换匹配器50的位置。

本发明实施例提供的可重构超宽带偶极天线，通过第一切换匹配器40和第二切换匹配器50共同控制天线的工作模式，通过控制第一辐射段10、第二辐射段20和第三辐射段30是否工作以及控制不同辐射段间的连接方式来构造不同频段的偶极天线，有效地拓展了天线工作频率带宽。并且，同一辐射段可以在不同模式下应用，即不同模式下实现了至少部分辐射段的复用，在保证各频段模式下的天线辐射体均具备足够的有效长度的基础上，有效减小了天线尺寸，使该天线便于携带；并且各频段天线辐射体长度足够，那么其辐射面积足够，可以保证天线有足够的增益。以及，各模式下均构造为偶极天线，使得天线在复杂使用环境下仍具有良好的辐射稳定性。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以通过第一切换匹配器40和第二切换匹配器50的配合控制来构造不同频段工作模式下的偶极天线，在保证天线工作频率带宽的基础上，保证天线的增益和可靠性，以及减小天线体积。

继续参见图1，在上述各实施方式的基础上，可选地，可重构超宽带偶极天线的各部件均设置于天线外壳61内。天线外壳61可以是玻璃钢管。天线外壳61的顶部可以设置天线帽62。这样设置，能够对可重构超宽带偶极天线起到很好的保护和支撑作用。

继续参见图1，在上述各实施方式的基础上，可选地，可重构超宽带偶极天线通过连接器70(例如射频同轴连接器)与电台实现电连接，以实现天线与电台之间射频信号与控制信号的交互。连接器70与第一切换匹配器40之间可以设置第一同轴线64，以提供电台与第一切换匹配器40之间的信号传输通路；第一切换匹配器40与第二切换匹配器50之间可以设置第二同轴线65，以提供第一切换匹配器40与第二切换匹配器40之间的信号传输通路。

继续参见图1，在上述各实施方式的基础上，可选地，第一辐射段10的底部可设置天线扼流装置63，具体可以由同轴电缆缠绕在扼流骨架上构成，呈弹簧状。天线扼流装置63的设置有利于提高天线的增益。

上述各实施方式示例性地给出了可重构超宽带偶极天线可能具有的实体结构，下面以模块化的形式，就不同模式下不同辐射段之间的连接关系和实现方式进行说明，但不作为对本发明的限定。

图2和图3给出了一种结构的天线在不同工作模式下的连接关系。参见图2和图3，在一种实施方式中，可选地，第一切换匹配器40包括：第一匹配模块410、第一开关模块420和第二开关模块430。第一开关模块420的第一端与第一辐射段10电连接，第一开关模块420的第二端与第一匹配模块410的第一端电连接，第一开关模块420的第三端与第二辐射段20电连接。第二开关模块430的第一端与第一匹配模块410的第二端电连接，第二开关模块430的第二端与第二辐射段20电连接。其中，第一匹配模块410可以是高频段偶极天线的阻抗匹配模块。

第二切换匹配器50包括：第二匹配模块510和第五开关模块520。第五开关模块520的第一端与第二辐射段20电连接，第五开关模块520的第二端与第二匹配模块510的第一端电连接，第二匹配模块510的第二端与第三辐射段30电连接。其中，第二匹配模块510可以是低频段偶极天线的阻抗匹配模块。

综上所述，通过控制第一切换匹配器40和第二切换匹配器50中各开关模块的状态，即可实现不同频段偶极天线的构造。下面就不同模式下天线不同部件的连接关系及实现方式进行具体说明。

继续参见图2，控制第一开关模块420的第一端与第二端之间连接，第一端与第三端之间断开；控制第二开关模块430的第一端与第二端之间连接；并控制第五开关模块520的第一端与第二端之间断开。这样，第一辐射段10与第二辐射段20通过第一匹配模块410连接，构成高频段偶极天线；第二匹配模块510与第三辐射段30不工作；可实现高频段偶极天线模式。

继续参见图3，控制第一开关模块420的第一端与第二端之间断开，第一端与第三端之间连接；控制第二开关模块430的第一端与第二端之间断开；并控制第五开关模块520的第一端与第二端之间连接。这样，第一辐射段10与第二辐射段20直接连接，构成低频段第一天线辐射体；低频段第一天线辐射体与第三辐射段30通过第二匹配模块510连接，构成低频段偶极天线；第一匹配模块410不工作；可实现低频段偶极天线模式。

图4和图5给出了另一种结构的天线在不同工作模式下的连接关系。参见图4和图5，在另一种实施方式中，可选地，第二切换匹配器50的结构与图2和图3中类似，不再赘述。第一切换匹配器40可以具有其他结构，具体包括：第一匹配模块410和第三开关模块460。第一匹配模块410的第一端与第一辐射段10电连接；第三开关模块460的第一端与第二辐射段20电连接，第三开关模块460的第二端与第一匹配模块410的第二端电连接，第三开关模块460的第三端与第一辐射段10电连接。

本实施例相当于将图2中第一切换匹配器40的两个开关模块整合为了一个开关模块，在保证切换功能的基础上，简化了第一切换匹配器40的结构。下面就不同模式下该天线不同部件的连接关系及实现方式进行具体说明。

继续参见图4，控制第三开关模块460的第一端与第二端之间连接，第一端与第三端之间断开；并控制第五开关模块520的第一端与第二端之间断开。这样，第一辐射段10与第二辐射段20通过第一匹配模块410连接，构成高频段偶极天线，实现高频段偶极天线模式。

继续参见图5，控制第三开关模块460的第一端与第二端之间断开，第一端与第三端之间连接；并控制第五开关模块520的第一端与第二端之间连接。这样，使得第一辐射段10与第二辐射段20直接连接，构成低频段第一天线辐射体；低频段第一天线辐射体与第三辐射段30通过第二匹配模块510连接，构成低频段偶极天线，实现低频段偶极天线模式。

在上述各实施方式的基础上，可选地，各开关模块的控制信号均由电台提供，电台与天线之间通过连接器实现射频信号和控制信号的交互。第一切换匹配器40的输入端与电台的输出端电连接，第一切换匹配器40与第二切换匹配器50电连接。以天线发射信号过程为例，示例性地，电台的输出信号为射频信号和直流电压信号的混合信号。第一切换匹配器40在接收到电台的输出信号后，先对信号进行分离处理，再将分离后的信号向各辐射段和第二切换匹配器50分配传输。其中，射频信号作为天线需要辐射的信号，直流电压信号作为各开关模块的控制信号。这样，两切换匹配器中均不需要单独设置电源模块或控制信号产生模块，可以有效简化天线结构。为了实现上述功能，可以设置第一切换匹配器包括：信号分离模块和第四开关模块。信号分离模块用于对电台的输出信号进行分离处理，得到射频信号和直流电压信号；第四开关模块用于控制射频信号传输至第一匹配模块410或第二匹配模块510。

以图4和图5中的结构为例，在一种实施方式中，可选地，信号分离模块440包括输入端、第一输出端和第二输出端；信号分离模块440的输入端与电台的输出端电连接；信号分离模块440的第一输出端用于输出射频信号，第二输出端用于输出直流电压信号。第四开关模块450的控制端与信号分离模块440的第二输出端电连接，第四开关模块450的第一端与信号分离模块440的第一输出端电连接，第四开关模块450的第二端与第一匹配模块410的第三端电连接，第四开关模块450的第三端与第二切换匹配器50电连接(具体是与第二匹配模块510的第三端电连接)。信号分离模块440输出的直流电压信号传输至第一切换匹配器40和第二切换匹配器50中所有开关模块的控制端。

参见图4，电台200输出的直流电压信号为正电压VCC+，控制天线在高频段偶极天线模式下工作。具体地，在正电压VCC+的控制下，第三开关模块460的第一端与第二端之间连接，第四开关模块450的第一端与第二端之间连接，第五开关模块520的第一端与第二端之间断开。射频信号经过第四开关模块450和第一匹配模块410分别向第一辐射段10与第二辐射段20传输。此时电台200输出的射频信号可以在L频段或S频段。

参见图5，电台200输出的直流电压信号为负电压VCC-，控制天线在低频段偶极天线模式下工作。具体地，在负电压VCC-的控制下，第三开关模块460的第一端与第三端之间连接，第四开关模块450的第一端与第三端之间连接，第五开关模块520的第一端与第二端之间连接。射频信号经过第四开关模块450和第二匹配模块510分别向第三辐射段30以及第一辐射段10和第二辐射段20的连接体传输。此时电台200输出的射频信号可以在VHF频段或UHF频段。

示例性地，参见图1，第一同轴线64和第二同轴线65可以具有相同的结构，均由两层导电材料间隔一层绝缘材料构成；即通过在导电内芯外包裹一层绝缘材料，再在绝缘材料外包裹一层导电外皮形成同轴线。第一同轴线64和第二同轴线65的导电内芯用于实现电台与第一切换匹配器40之间，以及第一切换匹配器40与第二切换匹配器50之间的信号传输。第一同轴线64和第二同轴线65的导电外皮用于实现第一切换匹配器40和第二切换匹配器50与第一辐射段10和第二辐射段20之间的信号传输。具体可体现为：第一同轴线64的导电外皮与第一辐射段10电连接，例如在第一辐射段10的上下两端位置通过连接点与第一辐射段10实现电连接；第二同轴线65的导电外皮与第二辐射段20电连接，例如在第二辐射段10的上下两端位置通过连接点与第二辐射段20实现电连接。电台通过第一同轴线64的导电内芯与信号分离模块440电连接；第四开关模块450通过第二同轴线65的导电内芯与第二匹配模块510实现电连接，以在需要时实现射频信号的传输。第一同轴线64的导电外皮的底部接地；第一匹配模块410和第三开关模块460均与第一同轴线64的导电外皮的顶部电连接；第三开关模块460与第二同轴线65的导电外皮的底部电连接；第五开关模块520与第二同轴线65的导电外皮的顶部电连接。

综上所述，本发明实施例通过开关控制实现天线的可重构，极大的提升了天线工作频率范围。需要说明的是，图2-5中为了给出清晰的示意，将各开关模块绘制成具有连接点的开关的形式，但并不作为对开关模块的具体构成形式的限定。各开关模块本身可以是单端或双端可控开关，或者由二极管等单向导通器件组合成的电路。

上述各实施方式示例性地给出了两切换匹配器的模块结构，下面结合图6，对两切换匹配器可能具有的具体实现电路进行说明。

图6是本发明实施例提供的另一种可重构超宽带偶极天线的结构示意图，可对应图4和图5的结构图。参见图6，在一种实施方式中，可选地，信号分离模块440包括：电容C1和C2，以及电感L3，用于将电台的输出信号Sdt分离为射频信号和直流电压信号VCC。其中，电容C1为隔直电容，可以通射频信号，隔断直流电压信号VCC。电感L3为一定感值电感，与电容C2构成低通滤波器，其通带频率远小于射频信号中的低频信号，因此射频信号被扼制住，仅输出直流电压信号VCC。

继续参见图6，在一种实施方式中，可选地，第四开关模块450包括：第一电感L1、第一二极管D1和第二二极管D2；第一电感L1的第一端接入直流电压信号VCC，第一电感L1的第二端分别与信号分离模块440的第一输出端、第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极电连接；第一二极管D1的阳极与第二切换匹配器50电连接；第二二极管D2的阴极与第一匹配模块410的第三端电连接。

继续参见图6，在一种实施方式中，可选地，第三开关模块460包括：电感L6、二极管D5和D6。电感L6的第一端接入直流电压信号VCC，电感L6的第二端分别与二极管D5的阳极和二极管D6的阴极电连接；二极管D5的阴极与第一匹配模块410的第二端电连接；二极管D6的阳极与第一辐射段10电连接。

继续参见图6，在一种实施方式中，可选地，第一匹配模块410包括：电感L4和L5，电容C3、C4和C5。电感L4的第一端与电容C3的第一端电连接，并作为第一匹配模块410的第三端；电感L4的第二端分别与电感L5的第一端和电容C4的第一端电连接；电感L5的第二端与电容C5的第一端电连接，并作为第一匹配模块410的第二端；电容C3的第二端作为第一匹配模块410的第一端，与第一辐射段10连接；电容C4的第二端和电容C5的第二端均与电容C3的第二端电连接。示例性地，第一切换匹配器40还包括电感L7，电感L7的第一端与电感L5的第二端电连接，电感L7的第二端接地。

继续参见图6，在一种实施方式中，可选地，第二匹配模块510包括：电感L8、L9和L10，以及电容C6、C7、C8和C9。电感L8的第一端与电容C6的第一端电连接，并作为第二匹配模块510的第三端；电感L8的第二端分别与电感L9的第一端和电容C7的第一端电连接；电感L9的第二端分别与电感L10的第一端和电容C8的第一端电连接；电感L10的第二端与电容C9的第一端电连接，并作为第二匹配模块510的第二端；电容C9的第二端作为第二匹配模块510的第一端，与第五开关模块520的第二端电连接；电容C6的第二端、电容C7的第二端和电容C8的第二端均与电容C9的第二端电连接。示例性地，第二切换匹配器50还包括电感L11，电感L11的第一端与电感L8的第一端电连接，电感L11的第二端接地。

继续参见图6，在一种实施方式中，可选地，第五开关模块520包括：第二电感L2和第三二极管D3；第二电感L2的第一端接入直流电压信号VCC，第二电感L2的第二端分别与第三二极管D3的阴极和第二匹配模块510的第一端电连接；第三二极管D3的阳极与第二辐射段20电连接。示例性地，第二切换匹配器50还包括电容C10与电感L12，用于阻隔直流电压信号VCC向第二辐射段20的传输，提高天线增益；电容C10连接在第三二极管D3和第二辐射段20之间，电感L12的一端与第三二极管D3的阳极电连接，另一端接地。

示例性地，该可重构超宽带偶极天线的工作过程包括：

当直流电压信号VCC为正电压时，二极管D1、D6和D3截止，二极管D2和D5导通；第一匹配模块410作为高频段的匹配电路，与第一辐射段10和第二辐射段20一起构成高频段偶极天线。

当直流电压信号VCC为负高压时，二极管D1、D6和D3导通，二极管D2和D5截止，第一辐射段10与第二辐射段20相连构成低频段第一天线辐射体；第二匹配模块510作为低频段的匹配电路，与低频段第一天线辐射体和第三辐射段30一起构成低频段偶极天线。

综上所述，本实施例设计了天线与电台配合的电路结构，便于电台控制天线的工作频率，在电路上实现了天线的可重构，极大的拓宽了天线带宽。

在上述各实施方式的基础上，可选地，电路中的所有二极管均可采用PIN二极管，优选为宽频低损耗的PIN管，其导通电阻为毫欧级别，截止电阻为兆欧级别以上，导通状态下造成的损耗可以忽略不计，截止状态下可以视为开路状态。因此，相对于同样尺寸的天线，本设计在保证天线工作频率的基础上，可以提高天线增益。

本发明实施例还提供了一种通信系统，包括电台和如本发明任意实施例所提供的可重构超宽带偶极天线，具有相应的有益效果。其中，电台和可重构超宽带偶极天线之间可以通过连接器连接。

图7是本发明实施例提供的一种电台的结构示意图。参见图7，在一种实施方式中，可选地，电台200包括：电压输出模块90和信号合路模块80。

其中，电压输出模块90的控制端接入输出控制信号D0，电压输出模块90的第一输入端接入负电压VCC-，电压输出模块90的第二输入端接入正电压VCC+。信号合路模块80的第一输入端接入射频信号SRF，信号合路模块80的第二输入端与电压输出模块90的输出端电连接，信号合路模块80的输出端作为电台200的输出端。

继续参见图7，在一种实施方式中，可选地，信号合路模块80包括：电容C11和C12，以及电感L13。其中，电容C11为隔直电容，可以通射频信号SRF，隔断直流电压信号，防止直流电流流进电台200内部的射频信号产生模块，影响射频通路的正常运行。电感L13为一定感值电感，与电容C12构成低通滤波器，其通带频率远小于射频信号SRF的低频信号，因此射频信号RSF被扼制住，不会向电压输出模块90传输。因此，直流电压信号和射频信号SRF均单向向电台200的输出端传输，组成输出信号Sdt。

继续参见图7，在一种实施方式中，可选地，电压输出模块90包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、稳压管DZ和第四二极管D4。第一晶体管Q1的第一极接入负电压VCC-，第一晶体管Q1的第二极作为电压输出模块90的输出端，第一晶体管Q1的控制极与稳压管DZ的阳极电连接；稳压管DZ的阴极接入输出控制信号D0；第一电阻R1连接在第一晶体管Q1的第一极和控制极之间；第二电阻R2的第一端接入输出控制信号D0，第二电阻R2的第二端与第二晶体管Q2的控制极电连接；第二晶体管Q2的第一极接地，第二晶体管Q2的第二极分别与第四二极管D4的阴极、第三晶体管Q3的控制极和第三电阻R3的第一极电连接；第三电阻R3的第二端接入正电压VCC+；第四电阻R4的第一端与第三电阻R3的第二端电连接，第四电阻R4的第二端与第三晶体管Q3的第二极电连接；第三晶体管Q3的第一极分别与第四二极管D4的阳极和第一晶体管Q1的第二极电连接。

示例性地，电压输出模块90中，三个晶体管均可以是N沟道MOS管，MOS管的栅极作为晶体管的控制极，源极作为晶体管的第一极，漏极作为晶体管的第二极。稳压管Dz为齐纳二极管，其稳压值为高压值。第一晶体管Q1、第一电阻R1和稳压管DZ进行负电压VCC-的通断控制；第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四二极管D4、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4进行正电压VCC+的通断控制。电压输出模块90的输出信号可以经过电阻R5向合路模块80传输。负电压VCC-可以是地信号。电压输出模块90的工作原理如下：

当输出控制信号D0为高电平时，稳压管DZ反向击穿，其阳极电位升高，导致第一晶体管Q1的栅-源极电压差大于其导通电压，第一晶体管Q1导通，负电压VCC-输出。同时，第二晶体管Q2的栅-源极电压差大于其导通电压，第二晶体管Q2导通，地信号通过第二晶体管Q2传输至第三晶体管Q3的栅极，控制第三晶体管Q3断开，正电压VCC+截止。此时电压输出模块90输出负电压VCC-。

当输出控制信号D0为低电平时，稳压管DZ的阳极电位基本保持在低电位不变，第一晶体管Q1的栅-源极电压差近似为零，第一晶体管Q1断开，负电压VCC-截止。同时，输出控制信号D0的低电平传输至第二晶体管Q2的栅极，控制第二晶体管Q2断开；正电压VCC+传输至第三晶体管Q3的栅极，控制第三晶体管Q3导通，使正电压VCC+输出。此时电压输出模块90输出正电压VCC+。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可重构超宽带偶极天线，其特征在于，包括：

顺次排列的第一辐射段、第二辐射段和第三辐射段；

第一切换匹配器，位于所述第一辐射段和所述第二辐射段之间；且所述第一切换匹配器分别与所述第一辐射段和所述第二辐射段电连接，用于控制所述第一辐射段和所述第二辐射段的工作模式；

第二切换匹配器，位于所述第二辐射段和所述第三辐射段之间；且所述第二切换匹配器分别与所述第二辐射段和所述第三辐射段电连接，用于控制所述第二辐射段和所述第三辐射段的工作模式；其中，所述工作模式包括由所述第一辐射段与所述第二辐射段构成的高频段偶极天线模式，以及由所述第一辐射段、所述第二辐射段与所述第三辐射段构成的低频段偶极天线模式。

2.根据权利要求1所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第一切换匹配器包括：

第一匹配模块；

第一开关模块；所述第一开关模块的第一端与所述第一辐射段电连接，所述第一开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第一端电连接，所述第一开关模块的第三端与所述第二辐射段电连接；

第二开关模块；所述第二开关模块的第一端与所述第一匹配模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述第二辐射段电连接。

3.根据权利要求1所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第一切换匹配器包括：

第一匹配模块；所述第一匹配模块的第一端与所述第一辐射段电连接；

第三开关模块；所述第三开关模块的第一端与所述第二辐射段电连接，所述第三开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第二端电连接，所述第三开关模块的第三端与所述第一辐射段电连接。

4.根据权利要求2或3所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第一切换匹配器的输入端与电台的输出端电连接；其中，所述电台的输出端的输出信号包括：射频信号和直流电压信号；

所述第一切换匹配器还包括：

信号分离模块，包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述信号分离模块的输入端与所述电台的输出端电连接；所述信号分离模块的第一输出端输出所述射频信号，所述信号分离模块的第二输出端输出所述直流电压信号；

第四开关模块，包括控制端、第一端、第二端和第三端；所述第四开关模块的控制端与所述信号分离模块的第二输出端电连接，所述第四开关模块的第一端与所述信号分离模块的第一输出端电连接，所述第四开关模块的第二端与所述第一匹配模块的第三端电连接，所述第四开关模块的第三端与所述第二切换匹配器电连接。

5.根据权利要求4所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第四开关模块包括：第一电感、第一二极管和第二二极管；所述第一电感的第一端接入所述直流电压信号，所述第一电感的第二端分别与所述信号分离模块的第一输出端、所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极电连接；所述第一二极管的阳极与所述第二切换匹配器电连接；所述第二二极管的阴极与所述第一匹配模块的第三端电连接。

6.根据权利要求4所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第二切换匹配器包括：

第五开关模块；所述第五开关模块的控制端接入所述直流电压信号，所述第五开关模块的第一端与所述第二辐射段电连接；

第二匹配模块；所述第二匹配模块的第一端与所述第五开关模块的第二端电连接，所述第二匹配模块的第二端与所述第三辐射段电连接，所述第二匹配模块的第三端与所述第四开关模块的第三端电连接。

7.根据权利要求6所述的可重构超宽带偶极天线，其特征在于，所述第五开关模块包括：第二电感和第三二极管；所述第二电感的第一端接入所述直流电压信号，所述第二电感的第二端分别与所述第三二极管的阴极和所述第二匹配模块的第一端电连接；所述第三二极管的阳极与所述第二辐射段电连接。

8.一种通信系统，其特征在于，包括：电台和如权利要求1-7任一项所述的可重构超宽带偶极天线。

9.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于，所述电台包括：

电压输出模块，包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端；所述电压输出模块的控制端接入输出控制信号，所述电压输出模块的第一输入端接入负电压，所述电压输出模块的第二输入端接入正电压；

信号合路模块，包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述信号合路模块的第一输入端接入射频信号，所述信号合路模块的第二输入端与所述电压输出模块的输出端电连接，所述信号合路模块的输出端作为所述电台的输出端。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述电压输出模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、稳压管和第四二极管；

所述第一晶体管的第一极接入所述负电压，所述第一晶体管的第二极作为所述电压输出模块的输出端，所述第一晶体管的控制极与所述稳压管的阳极电连接；所述稳压管的阴极接入所述输出控制信号；所述第一电阻连接在所述第一晶体管的第一极和控制极之间；所述第二电阻的第一端接入所述输出控制信号，所述第二电阻的第二端与所述第二晶体管的控制极电连接；所述第二晶体管的第一极接地，所述第二晶体管的第二极分别与所述第四二极管的阴极、所述第三晶体管的控制极和所述第三电阻的第一极电连接；所述第三电阻的第二端接入所述正电压；所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第三晶体管的第二极电连接；所述第三晶体管的第一极分别与所述第四二极管的阳极和所述第一晶体管的第二极电连接。

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