CN114498083A - 天线组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种天线组件，包括两块上下层叠放置的天线板，两块天线板的极化方式垂直正交，且用于将接收到电磁波分离为水平极化分量和垂直极化分量，通过对两个天线板中的液晶介质层加偏压改变两个天线板的反射与透射功率比值，改变分离出来的两个极化分量的反射功率比值，对两个极化分量进行矢量合成后实现不同角度的线极化，从而提高天线的接收功率。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，并且具体地，涉及一种天线组件。
背景技术
电磁波作为无线通信系统的信息载体，电磁波的极化特性，决定着通信系统的收发性能指标。电磁波信号在空间进行传播时，当遇到复杂的信道环境，比如障碍物的遮挡，就会发生透射、反射等现象；在发生透射、反射等现象时，电磁波的极化方向会发生旋转，所以极化特性也会发生变化。电磁波极化特性的变化，一定会造成原有通信系统的性能下降。
天线作为发射和接收电磁波的器件，它是任何一个完整的通讯系统中必不可少的一部分。天线的极化特性与电磁波信号的极化特性强相关，为了获得信号的最大接收功率，接收天线与接收的电磁波信号，必须具有相同的极化。在一个复杂的信道环境中，无法明确得知电磁波的极化特性，而传统的线极化可重构天线，只能实现水平极化(0度极化)，垂直极化(90度极化)，±45度极化，这些特殊角度的极化，极化方式非常局限，因此所以需要一个极化可以任意调节的极化可重构天线，使得通信系统接收功率最大。
发明内容
本申请提供一种天线组件，可以实现多种极化方式，从而提高天线的接收功率。
第一方面，提供了一种天线组件，包括:两块天线板，其中一块天线板放置于另一块天线板的上方，所述两块天线板的极化方式垂直正交，且用于将接收到的电磁波分离为水平极化分量和垂直极化分量，所述天线板包括上介质基片、下介质基片、上导体层、下导体层、第一液晶介质层，所述第一液晶介质层设置在所述上介质基片和所述下介质基片之间，所述上导体层设置于所述上介质基片的上表面，所述上导体层与所述上介质基片形成天线辐射结构，所述下导体层设置于所述下介质基片的上表面，所述下导体层与所述下介质基片形成移相网络结构，所述上导体层和所述下导体层构成所述第一液晶介质层的控制电路，所述控制电路用于通过控制所述第一液晶介质层的电压，来改变所述天线板的反射与透射功率比值；所述天线组件根据所述两块天线板不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量进行矢量合成。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述水平极化分量和垂直极化分量矢量合成为线极化。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述线极化为任意角度的线极化。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线组件还包括：第二液晶介质层，所述第二液晶介质层设置于所述两块天线板的上方，且所述液晶介质层的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述第二液晶介质层根据所述第二液晶介质层两端的电压大小生成不同的移相量，所述移相量用于改变所述两块天线板对应的极化分量的相位。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当所述移相量为0°或180°时，所述天线组件根据所述两块天线板对应的极化分量的不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成线极化；当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值相同时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成圆极化；当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值不相同时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化；当所述移相量不为0°、90°、180°时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化。
第二方面，提供了一种天线，包括：两块天线板，馈源，所述两块天线板中一块天线板放置于另一块天线板的上方，所述两块天线板的极化方式垂直正交，所述天线馈源用于将接收电磁波，所述两块天线板用于将所述电磁波分离为水平极化分量和垂直极化分量，所述天线板包括上介质基片、下介质基片、上导体层、下金导体层、第一液晶介质层，所述第一液晶介质层设置在所述上介质基片和所述下介质基片之间，所述上导体层设置于所述上介质基片的上表面，所述上导体层与所述上介质基片形成天线辐射结构，所述下导体层设置于所述下介质基片的上表面，所述下导体层与所述下介质基片形成移相网络结构，所述馈源设置于所述两块天线板的上方，且所述馈源的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述上导体层和所述下导体层构成所述第一液晶介质层的控制电路，所述控制电路用于通过控制所述第一液晶介质层的电压，来改变所述天线板的反射与透射功率比值；所述天线根据所述两块天线板不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量进行矢量合成。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述水平极化分量和垂直极化分量矢量合成为线极化。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述线极化为任意角度的线极化。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线还包括：第二液晶介质层，所述第二液晶介质层设置于所述馈源的上方，且所述馈源的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述第二液晶介质层根据所述第二液晶介质层两端的电压大小生成不同的移相量，所述移相量用于改变所述两块天线板对应的极化分量的相位。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，当所述移相量为0°或180°时，所述天线根据所述两块天线板对应的极化分量的不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成线极化；当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值相同时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成圆极化；当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值不相同时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化；当所述移相量不为0°、90°、180°时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化。
附图说明
图1是本申请提供的一种天线组件的示意图。
图2是本申请提供的第一极化可重构天线板的示意图。
图3是本申请提供的第二极化可重构天线板的示意图。
图4是第一极化可重构天线板与第二极化可重构天线板的控制电路的示意图。
图5是本申请提供的另一种天线组件的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：全球移动通讯(globalsystem of mobile communication，GSM)系统、码分多址(code division multipleaccess，CDMA)系统、宽带码分多址(wideband code division multiple access，WCDMA)系统、通用分组无线业务(general packet radio service，GPRS)、长期演进(long termevolution，LTE)系统、LTE频分双工(frequency division duplex，FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex，TDD)、通用移动通信系统(universal mobiletelecommunication system，UMTS)、全球互联微波接入(worldwide interoperabilityfor microwave access，WiMAX)通信系统、第五代(5th generation，5G)系统或新无线(newradio，NR)、设备对设备(device-to-device，D2D)通信系统、机器通信系统、车联网通信系统、卫星通信系统或者未来的通信系统等。
由上可知，传统的线极化可重构天线，只能实现四种常见的线极化，极化方式非常局限。电磁波信号在复杂的信道环境中，会发生极化旋转，极化旋转角度不具有规律性。为了在接收端接收到最大的信号功率，必须用一个极化可以任意重构的接收天线接收电磁波。
极化重构在本质上是一个矢量合成的过程，任意一种极化，都可以由水平极化和垂直极化合成。例如：1)当水平极化和垂直极化，同相位或者反相位时，可以合成线极化；调整水平极化和垂直极化的反射功率比值，可以实现任意角度的线极化。2)当水平极化和垂直极化，幅度相同，相位相差±90度时，可以合成圆极化。3)当水平极化和垂直极化，不能合成线极化和圆极化时，可以合成椭圆极化。
下面，本申请给出一个极化可以任意调节的天线组件。
参见图1，图1是本申请提供的一种天线组件的示意图。
该天线组件包括第一可极化重构天线板和第二可极化重构天线板(即两个天线板的一例)，其中，第一极化可重构天线板和第二极化可重构天线板上下层叠放置。两块天线板的极化方式垂直正交，且两块天线板具有透射和反射功能，两块天线板用于将接收到的电磁波分离为一个水平极化分量和一个垂直极化分量，例如，第一极化可重构天线板可以将接收到的电磁波分离出水平极化分量，第二极化可重构天线板可以将接收到的电磁波分离出垂直极化分量。
可选的，该天线组件还包括馈源，馈源位于第一极化可重构天线板上方的焦点位置。馈源是反射面天线的一个重要组成部分，它的作用是将来自馈线的射频功率以电磁波的形式向反射面辐射，使其在口径上产生合适的场分布，以形成所需的高增益波束，常用的馈源包括：喇叭，偶极子，贴片，渐变开槽天线(tapered slot antenna，TSA)等。
参见图2，图2是本申请提供的第一极化可重构天线板的示意图。第一极化可重构天线板包括上印刷电路板(printed circuit board，PCB)1，液晶介质层2，下PCB板3，液晶介质层2设置在上PCB板1和下PCB板2之间。
第一极化可重构天线板的上PCB板1包括上介质基片12、上导体层，上导体层设置于上介质基片12的上表面，例如该上导体层包括金属敷铜层11和金属敷铜层13。下PCB板3包括下介质基片32、下导体层，例如该下导体层包括金属敷铜层31和金属敷铜层33，下导体层设置于下介质基片32的上表面。其中，金属敷铜层11与上介质基片12，形成第一可重构天线板的天线辐射结构，该天线辐射结构是形成天线功能的主体结构，用于发射和接收电磁波。金属敷铜层31与下介质基片32，形成第一可重构天线板的移相网络结构，用于给天线单元提供相位补偿，要求移相网络具有360度的相位变化能力。
参见图3，图3是本申请提供的第二极化可重构天线板的示意图。第二极化可重构天线板包括上PCB板4，液晶介质层5，下PCB板6，液晶介质层5设置在上PCB板4和下PCB板5之间。
第二极化可重构天线板的上PCB板4包括上介质基片42、上导体层，上导体层设置于上介质基片42的上表面，该上导体层包括金属敷铜层41和金属敷铜层43。下PCB板6包括下介质基片62、下导体层，该下导体层包括金属敷铜层61和金属敷铜层63，下导体层设置于下介质基片62的上表面。其中，金属敷铜层41与上介质基片42，形成第二极化可重构天线板的天线辐射结构，金属敷铜层61与下介质基片62，形成第二极化可重构天线板的移相网络结构。
由图2和图3可以看出，第一极化可重构天线板和第二极化可重构天线板的结构设置是完全相同的，不同之处在于第一极化可重构天线板的导体层为条状导体的金属敷铜层11、31，而第二极化可重构天线板的导体层为点阵状的金属敷铜层41、61。
参见图4，图4是第一极化可重构天线板与第二极化可重构天线板的控制电路的示意图。其中，第一极化可重构天线板的上导体层和下导体层构成液晶介质层2的第一控制电路，第一控制电路用于通过控制液晶介质层2的电压，来改变第一极化可重构天线板的反射与透射功率比值。第二极化可重构天线板的上导体层和下导体层构成液晶介质层2的第二控制电路，第二控制电路用于通过控制液晶介质层5的电压，来改变第二极化可重构天线板的反射与透射功率比值。例如，以第一极化可重构天线板将接收到的电磁波分离出水平极化分量，第二极化可重构天线板将接收到的电磁波分离出垂直极化分量为例，通过第一控制电路和第二控制电路电压分别控制两个天线板的反射与透射功率比值，从而调整分离出来的水平极化分量与垂直极化分量的反射功率比值，之后可将调整后的水平极化分量与垂直极化分量矢量合成为线极化。
可以理解，该天线组件根据上述两块天线板在不同电压下的不同反射与透射功率比值，可以实现任意角度的线极化。
可以理解，该天线组件中的第二极化可重构天线板具有反射和透射两个功能，可以覆盖天线的正反两个方向，从而增大天线的覆盖面积。
参见图5，图5是本申请提供的另一种天线组件的示意图。图5所示的天线组件与图4所示的天线组件的不同之处在于，图5所示的天线组件是在图4所示的天线组件的上方设置了液晶介质200(即第二液晶介质层的一例)，且液晶介质层200的下方为第一可重构极化天线板的天线辐射结构，液晶介质层200只对单一极化具有移相功能，并且移相量受液晶介质层200两端电压的控制，液晶介质层200根据自己两端的电压大小生成不同的移相量，该移相量用于改变分离后的水平极化分量和垂直极化分量的相位。从而在图4所示的天线组件可以改变两个极化可重构天线板的透射与反射功率比值的基础上，再通过改变两个极化分量的相位，不仅可以实现线极化，还可以实现圆极化和椭圆极化。
可选的，当液晶介质层200产生0度或者180度移相时，该天线是一个线极化天线，调整水平极化分量和垂直极化分量的反射功率比值，水平极化分量和垂直极化分量可以根据不同的反射功率比值合成任意角度线极化。
可选的，当液晶介质层200产生90度移相，并且，水平极化和垂直极化的反射功率相等时，水平极化分量和垂直极化分量可以合成圆极化。
可选的，当液晶介质层200不产生0度，90度，180度移相，水平极化分量和垂直极化分量可以合成椭圆极化。
可选的，当液晶介质层200产生90度移相，并且，水平极化和垂直极化的反射功率不相等时，水平极化分量和垂直极化分量可以合成椭圆极化。
可选的，本申请中的天线组件也可以包括多个极化可重构天线板，多个极化可重构天线板可以将电磁波分离为多个极化分量，通过改变多个极化分量的反射功率和/相位，从而将调整后多个极化分量进行矢量合成，实现多种极化方式。
本申请实施例还提供一种卫星，该卫星设置有本申请实施例中的天线组件。
本申请实施例还提供一种车辆，该车辆设置有本申请实施例中的天线组件，当本申请提供的天线组件应用于车辆时，可以实现通过多种极化方式接收对应的电磁波信号，从而提高车辆系统的接收功率。
应理解，图1-图5所示的天线组件中的各个部件的结构以及部件之间的连接关系仅为示意性说明，任何可替换的与每个部件所起的作用相同的部件的结构都在本申请实施例的保护范围内。
本申请中描述的各个实施例可以为独立的方案，也可以根据内在逻辑进行组合，这些方案都落入本申请的保护范围中。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本申请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、相互结合和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种天线组件，其特征在于，包括:
两块天线板，其中一块天线板放置于另一块天线板的上方，所述两块天线板的极化方式垂直正交，且用于将接收到的电磁波分离为水平极化分量和垂直极化分量，所述天线板包括上介质基片、下介质基片、上导体层、下导体层、第一液晶介质层，所述第一液晶介质层设置在所述上介质基片和所述下介质基片之间，所述上导体层设置于所述上介质基片的上表面，所述上导体层与所述上介质基片形成天线辐射结构，所述下导体层设置于所述下介质基片的上表面，所述下导体层与所述下介质基片形成移相网络结构，所述上导体层和所述下导体层构成所述第一液晶介质层的控制电路，所述控制电路用于通过控制所述第一液晶介质层的电压，来改变所述天线板的反射与透射功率比值；
所述天线组件根据所述两块天线板不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量进行矢量合成。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述水平极化分量和垂直极化分量矢量合成为线极化。
3.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述线极化为任意角度的线极化。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的天线组件，其特征在于，所述天线组件还包括：
第二液晶介质层，所述第二液晶介质层设置于所述两块天线板的上方，且所述液晶介质层的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述第二液晶介质层根据所述第二液晶介质层两端的电压大小生成不同的移相量，所述移相量用于改变所述两块天线板对应的极化分量的相位。
5.根据权利要求4所述的天线组件，其特征在于，包括：
当所述移相量为0°或180°时，所述天线组件根据所述两块天线板对应的极化分量的不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成线极化；
当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值相同时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成圆极化；
当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值不相同时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化；
当所述移相量不为0°、90°、180°时，所述天线组件将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化。
6.一种天线，其特征在于，所述天线包括:
两块天线板，馈源，所述两块天线板中一块天线板放置于另一块天线板的上方，所述两块天线板的极化方式垂直正交，所述天线馈源用于将接收电磁波，所述两块天线板用于将所述电磁波分离为水平极化分量和垂直极化分量，所述天线板包括上介质基片、下介质基片、上导体层、下金导体层、第一液晶介质层，所述第一液晶介质层设置在所述上介质基片和所述下介质基片之间，所述上导体层设置于所述上介质基片的上表面，所述上导体层与所述上介质基片形成天线辐射结构，所述下导体层设置于所述下介质基片的上表面，所述下导体层与所述下介质基片形成移相网络结构，所述馈源设置于所述两块天线板的上方，且所述馈源的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述上导体层和所述下导体层构成所述第一液晶介质层的控制电路，所述控制电路用于通过控制所述第一液晶介质层的电压，来改变所述天线板的反射与透射功率比值；
所述天线组件根据所述两块天线板不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量进行矢量合成。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述水平极化分量和垂直极化分量矢量合成为线极化。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述线极化为任意角度的线极化。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的天线，其特征在于，所述天线还包括：
第二液晶介质层，所述第二液晶介质层设置于所述两块天线板的上方，且所述液晶介质层的下方为所述两块天线板中的一块天线板的天线辐射结构，所述第二液晶介质层根据所述第二液晶介质层两端的电压大小生成不同的移相量，所述移相量用于改变所述两块天线板对应的极化分量的相位。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，包括：
当所述移相量为0°或180°时，所述天线根据所述两块天线板对应的极化分量的不同的反射与透射功率比值，将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成线极化；
当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值相同时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成圆极化；
当所述移相量为90°且所述两块天线板对应的极化分量的反射与透射功率比值不相同时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化；
当所述移相量不为0°、90°、180°时，所述天线将所述水平极化分量和所述垂直极化分量合成椭圆极化。
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