CN209516012U - 一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，包括辐射单元、金属柱、地板、同轴线、阻抗匹配电路和控制天线工作模式的射频开关二极管，所述辐射单元包括内圆和外圆环，且均加载在上层介质基板的正面，所述地板加载在下层介质基板的背面，所述阻抗匹配电路加载在下层介质基板的正面，所述上层介质基板与下层介质基板之间通过支撑柱固定，用金属柱连接地板、阻抗匹配电路和辐射单元，所述天线采用同轴线馈电。该天线为低剖面紧凑型结构，易于制作、占用空间小，通过控制射频开关二极管的状态，天线可以实现全向辐射特性和定向辐射特性，在定向辐射情况下实现水平极化和垂直极化重构。
Description
技术领域
本实用新型涉及移动通信天线领域，特别涉及一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线。
背景技术
随着科学技术的进步，人们对信息的需求量前所未有地增加，使得通信技术得到突飞猛进地发展。作为通信领域的一个重要分支，无线通信因其摆脱了对物理传输线的依赖，在国防、民生等各个领域得到了广泛应用。而天线是无线电设备的信息出入口，天线性能的优劣直接影响整个无线通信系统的通信质量。
现如今无线通信逐步加速进入多功能、大容量、超宽带时代，现代无线通信系统迅猛的发展直接导致同一平台上的子系统数量越来越多，与此同时天线的数量也相应增加。随着同一平台上天线数量的增加，大体积、高成本、电磁兼容等问题也同步出现。为了解决这些问题，可重构天线被研发出来，它不仅满足无线通信的发展要求，而且结构简单体积小。相比于普通天线，可重构天线可以提高空间自由度以便于提高无线通信系统的系统容量，提高频谱利用率，改善通信系统的传输速率。
目前的可重构天线多是通过动态改变辐射单元或改变馈电电路的馈电路径两种方法实现可重构。前者将控制极化方式的射频开关置于辐射单元上，后者将可控射频开关设置于馈电结构上。目前大部分可重构天线都是平面定向可重构天线，较少全向/定向可重构天线。现有的全向/定向可重构天线大部分使用了较多的二极管开关，全向/定向可重构与极化可重构在同一个天线上实现的较少。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线。
本实用新型提供的一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，包括辐射单元、金属柱、地板、介质基板、同轴线、阻抗匹配电路和控制天线工作模式的3个射频开关二极管；所述介质基板包括上层介质基板和下层介质基板，所述辐射单元包括内圆和与内圆同心的外圆环，辐射单元加载在上层介质基板的正面，所述地板加载在下层介质基板的背面，所述阻抗匹配电路加载在下层介质基板的正面，所述上层介质基板通过支撑柱固定在下层介质基板上方，下层介质基板通过金属柱与内圆连接。本实用新型天线采用同轴线馈电，同轴线放置在下层介质基板的下面，且同轴线的内心连接金属柱，通过金属柱对辐射单元馈电；
所述3个射频开关二极管分别为：第一射频开关二极管、第二射频开关二极管和第三射频开关二极管；第一射频开关二极管和第二射频开关二极管分别加载在内圆与外圆环之间的缝隙上，第一射频开关二极管、第二射频开关二极管位置相差90°；第三射频开关二极管加载在阻抗匹配电路上；
当第一射频开关二极管闭合，第二射频开关二极管和第三射频开关二极管断开时，实现定向垂直极化工作方式；
当第二个射频开关二极管闭合，第一射频开关二极管和第三射频开关二极管断开时，实现定向水平极化工作方式；
当第三射频开关二极管闭合，第一射频开关二极管和第二射频开关二极管断开时，实现全向工作方式。
进一步的，所述辐射单元的内圆半径为10mm，所述内圆与外圆环之间的槽口距离为5mm。
进一步的，外圆环的半径为24.5mm。
进一步的，所述辐射单元通过金属柱与阻抗匹配电路连接，金属柱高度为8.8mm。
进一步的，所述支撑柱为绝缘塑料柱。
进一步的，所述上层介质基板通过4个支撑柱与下层介质基板连接。
进一步的，所述地板与辐射单元的距离为8.8mm。
进一步的，所述阻抗匹配电路为开路微带线，阻抗匹配电路给内圆馈电，从而产生全向垂直极化波。
进一步的，开路微带线的长度为13mm,宽为1.4mm,特征阻抗为50Ω，加载在下层介质基板的中心。在开路微带线上离下层介质基板的中心2mm的地方上加载第三射频开关二极管。这段微带线给辐射单元中的内圆馈电，产生全向垂直极化波，达到微带线匹配作用。
进一步的，辐射单元中的内圆由金属柱连接馈电，内圆的半径为10mm。
进一步的，上层介质基板加载的内圆和外圆环。在y轴方向上，内圆和外圆环通过y轴方向上的第一射频开关二极管连接，此时天线辐射定向垂直极。在x轴方向上，内圆和外圆环通过x轴方向上的第二射频开关二极管连接化，此时天线辐射定向水平极化，外圆环的半径为24.5mm。
加载于辐射单元上和阻抗匹配电路上的射频开关二极管是实现全向/定向方向图可重构与极化可重构的关键。通过合理控制开关，使得辐射单元可以改变其工作模式并且阻抗匹配电路在需要的时候通路实现匹配作用，对应实现全向模式、定向垂直极化、定向水平极化。
本实用新型的有益效果是：该天线为低剖面紧凑型结构，易于制作、占用空间小，通过控制射频开关二极管的状态，天线可以实现全向辐射特性和定向辐射特性，实现全向和定向方向图可重构；在定向辐射的情况下，通过控制辐射单元上的射频开关二极管的状态，可以实现垂直极化和水平极化可重构。三种工作模式均实现了2.35-2.64GHz的全频段覆盖，满足了尺寸小、全向/定向可重构和极化可重构的要求。
附图说明
图1是本实用新型天线的整体结构示意图；
图2是本实用新型天线的俯视图；
图3是本实用新型天线的正视图；
图4是本实用新型天线的阻抗匹配电路；
图5是本实用新型天线的带宽测试图；
图6是本实用新型天线的增益测试图；
图7a和图7b分别是本实用新型天线全向工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；
图8a和图8b分别是本实用新型天线定向垂直极化工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；
图9a和图9b分别是本实用新型天线定向水平极化工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；
其中：1-辐射单元，11-内圆，12-外圆环，2-金属柱,3-阻抗匹配电路，4-同轴线，5-地板，6-支撑柱，7-第一射频开关二极管，8-第二射频开关二极管，9-第三射频开关二极管，31-第一段阻抗匹配电路,32-第二段阻抗匹配电路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1所示，一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，包括辐射单元1、金属柱2、地板5、介质基板、同轴线4、阻抗匹配电路3和控制天线工作模式的射频开关二极管，所述3个射频开关二极管分别为：第一射频开关二极管7、第二射频开关二极管8和第三射频开关二极管9；所述介质基板有两层包括上层介质基板和下层介质基板，所述辐射单元1包括内圆11和与外圆环12，如图3所示，辐射单元1加载在上层介质基板的正面，所述地板5加载在下层介质基板的背面，所述阻抗匹配电路3加载在下层介质基板的正面，所述阻抗匹配电路3与金属柱2相连接，金属柱2放置在介质基板正中心，所述上层介质基板与下层介质基板之间通过4个支撑柱固定，用金属柱2连接地板5、阻抗匹配电路3和辐射单元1，本实用新型的天线采用同轴线馈电，同轴线放置在下层介质基板的下面，且同轴线的内心连接金属柱，通过金属柱对辐射单元馈电。
所述介质基板的上层介质基板和下层介质基板为厚度均为0.8mm、介电常数均为2.2、损耗正切均为0.0009的罗杰斯5880板材。辐射单元1加载在上层介质基板的正面，所述4个支撑柱均为绝缘塑料柱。
所述辐射单元1中的内圆11半径为10mm，所述外圆环12的半径为24.5mm。
所述金属柱2放置在上层介质基板和下层介质基板的中间，位于中心的位置，连接辐射单元1与阻抗匹配电路3，金属柱2高度为8.8mm，金属柱2的半径为1mm。
所述地板5与辐射单元1的距离为8.8mm，地板5的半径为0.56λ0，其中，λ0≈122.5mm，是中心频率2.45GHz所对应的自由空间波长。
所述支撑柱为绝缘塑料柱。
如图2是本天线的俯视图。第一射频开关二极管7和第二射频开关二极管8加载在辐射单元1的内圆11与外圆环12之间的缝隙上，这两个射频开关二极管位置相差90°。当第一射频开关二极管7闭合，另外两个射频开关二极管断开时，实现定向垂直极化工作方式。当第二射频开关二极管8闭合，另外两个射频开关二极管断开时，实现定向水平极化工作方式。
如图4所示是阻抗匹配电路3。第三射频开关二极管9加载在阻抗匹配电路3上，使阻抗匹配电路3分成第一段阻抗匹配电路31和第二段阻抗匹配电路32，所述阻抗匹配电路3为开路微带线，这段微带线的长度为13mm,宽为1.4mm,特征阻抗为50Ω，所述开路微带线是用于匹配天线工作在全向模式的回波损耗。阻抗匹配电路3上加载第三射频开关二极管9。当第三射频开关二极管9闭合，另外两个射频开关二极管断开时，帮助全向工作方式实现阻抗匹配，使之阻抗带宽落在2.35-2.64GHz。
如图5所示，当第一射频开关二极管7闭合，另外两个射频开关二极管断开时，实现定向垂直极化工作方式，此时的回波损耗参数为三角形△的曲线，天线带宽可覆盖2.3-2.7GHz；当第二射频开关二极管8闭合，另外两个射频开关二极管断开时，实现定向水平极化工作方式，此时的回波损耗参数为圆点的曲线，天线带宽可覆盖2.3-2.7 GHz；当第三射频开关二极管9闭合，另外两个射频开关二极管断开时，实现全向工作方式，此时的回波损耗参数为正方形的曲线，天线带宽可覆盖2.35-2.64 GHz。图6为天线在三种工作方式下的增益曲线图。
本实用新型采用3个射频二极管开关实现了全向/定向方向图可重构与极化可重构。7a和图7b分别为天线全向工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；图8a和图8b分别为天线定向垂直极化工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；图9a和图9b分别为天线定向水平极化工作方式在2.45GHz时xoz面和yoz面的方向图；该天线带宽可覆盖2.35-2.64 GHz、三种工作模式辐射方向图稳定，真正意义上实现了全向/定向方向图可重构与极化可重构。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，包括辐射单元、金属柱、地板、介质基板、同轴线、阻抗匹配电路和控制天线工作模式的3个射频开关二极管；所述介质基板包括上层介质基板和下层介质基板，所述辐射单元包括内圆和与内圆同心的外圆环，辐射单元加载在上层介质基板的正面，所述地板加载在下层介质基板的背面，所述阻抗匹配电路加载在下层介质基板的正面，所述上层介质基板通过支撑柱固定在下层介质基板上方，下层介质基板通过金属柱与内圆连接；所述同轴线位于下层介质基板的下面，且同轴线的内心连接金属柱，通过金属柱对辐射单元馈电。
2.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述3个射频开关二极管分别为：第一射频开关二极管、第二射频开关二极管和第三射频开关二极管；第一射频开关二极管和第二射频开关二极管分别加载在内圆与外圆环之间的缝隙上，第一射频开关二极管、第二射频开关二极管位置相差90°；第三射频开关二极管加载在阻抗匹配电路上。
3.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述内圆半径为10mm；所述内圆与外圆环之间的槽口距离为5mm。
4.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述外圆环的半径为24.5mm。
5.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述辐射单元通过金属柱与阻抗匹配电路连接，金属柱高度为8.8mm。
6.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述支撑柱为绝缘塑料柱。
7.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述上层介质基板通过4个支撑柱与下层介质基板连接。
8.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述地板与辐射单元的距离为8.8mm。
9.根据权利要求1所述的全向/定向方向图可重构与极化可重构天线，其特征在于，所述阻抗匹配电路为开路微带线，阻抗匹配电路给内圆馈电，从而产生全向垂直极化波。
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Cited By (2)
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