[发明专利]基于双开口谐振环的多频方向图可重构天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，具体涉及一种方向图可重构天线。

背景技术

天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信系统中起到了举足轻重的作用，是无线通信系统中不可缺少的组成部分。随着高频卫星通信系统、雷达、无线通信系统，尤其是全球3G和4G网络建设的飞速发展，对天线的要求也越来越高。一方面，需要使天线能够工作在多个频带，具有多种工作模式并具有良好的传输性能。另一方面，又要减轻天线的重量、减小天线体积并降低成本。天线的主要功能分为两方面：一方面，天线可以将能量转换；另一方面，天线用来发射或者接收电磁波，形成空间无线互联。在无线通信应用领域中，为了提高信道的容量，展宽通信的带宽，增加系统的功能，在同一个系统中人们不得不应用多个用于发射和接收的天线。这样一来，多个天线之间的隔离问题又摆在了研究人员的眼前。可以说解决这样问题的方法有两种：一种是在多个天线之间加入隔离装置，但是系统的复杂性被大大的提高，而且隔离器会影响收发天线之间的信号强度；另一种方法是将多个天线融合为一种天线，使得一个天线能完成多项任务，这便是可重构天线。

可重构天线是利用单个天线，或者多个天线的天线阵，通过改变天线的物理尺寸来改变天线表面电流，从而实现天线性能的可重构，这种方法有别于多个不同的天线共用一个基本的物理模型。可重构天线按照功能分类可以分为频率可重构天线（其中包括实现多频带或者实现宽频带）、方向图可重构天线、极化可重构天线和多电磁参数可重构天线。通过改变可重构天线的结构可以实现天线的频率、方向图、极化方式等多种工作模式，有利于在通信的传输中实现多种性能的有效分集。但是，现有的可重构天线基于机械转轴的理念利用移相器实现方向图扫描，这种天线结构复杂，体积大，重量大，而且，这种天线在多个不同的频率下不能同时工作，如果应用某一个频率模式，另一个工作频率模式必须停止工作，否则两种模式将相互影响干扰，相互制约，不能满足天线在多个频带和多种工作模式下的传输性能的需要，通讯系统的功能受到限制。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的可重构天线结构复杂以及不能在多个不同的频率下同时工作的问题，进而提供一种基于双开口谐振环的多频方向图可重构天线。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的基于双开口谐振环的多频方向图可重构天线包括第一金属片、圆金属形馈电片、介质板、四个第二金属片、四个金属开口谐振环和八个开关，介质板的下表面附着有一层金属片，介质板的上表面的中部附着有圆形金属馈电片，四个金属开口谐振环阵列附着围绕于圆形金属馈电片的周围，所述每个金属开口谐振环为圆形的同心内外双环结构，每个金属开口谐振环的圆心附着有一个第二金属片，每个金属开口谐振环的内环具有两个内环开口，每个金属开口谐振环的外环具有两个外环开口，每个金属开口谐振环的两个内环开口和两个外环开口的开口方向均相同，每个金属开口谐振环的其中一个内环开口处设置有一个开关，每个金属开口谐振环的与另一个内环开口相邻的外环开口处设置有一个开关，每个金属开口谐振环上设置的两个开关导通时两个开关处的电流方向相反，所述每个开关均为能用外置电路来控制的变容二极管。

本发明的有益效果是：一、本发明利用加载二极管开关的形式，实现了方向图可重构特性，不同于以往的形式，这种加载二极管的双开口环结构可以更容易的实现方向图可重构，本发明天线远没有需要移相器的天线结构复杂，结构简单，体积小，重量轻，易于加工，由于相对剖面相对很低，容易大批量生产以及集成；

二、转换速度快，本发明使用是由外置的偏置电路来控制不同二极管的开与关，通过容值的变换实现方向图的微调，以及对天线谐振状态的调整，各个方向的波瓣扫描速度要远快于带有移相器结构的械转轴的速度；

三、本发明可实现方向图和频率同时可重构的天线。本发明能在7.5-7.8GHz和8.10-8.20GHz多个不同的频率下同时工作，不同频率的工作模式互不影响，互不干扰，在方向图可重构的情况下，同时实现了频率可重构，解决了现有的可重构天线在多个不同的频率不能同时工作的问题；

四、本发明的多频方向图可重构天线的单元结构基于左手介质中的双开口环结构。实现了天线的小型化设计，单元结构小型化40%。

附图说明