[发明专利]一种小型化方向图可重构像素天线及应用方法

说明书

本发明提供一种小型化方向图可重构像素天线及应用方法，该天线包括基板、主辐射天线以及多个像素单元，相邻的像素单元之间采用开关单元进行水平连接、垂直连接以及斜角方向连接，开关单元包括水平设置的第一开关单元、垂直设置的第二开关单元、斜角方向设置的第三开关单元以及斜角方向设置的第四开关单元，第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元设于基板一面，第四开关单元设于基板另一面，多个像素单元按预设的排列规则进行排列以形成像素天线阵列，以调节方向图角度范围内天线的最大辐射方向。本发明的方法应用于上述的可重构像素天线。本发明在实现相同方向图角度调节范围的情况下，可以减少所需像素单元的数量，降低天线成本。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化方向图可重构像素天线及应用于该天线的方法。

背景技术

无线通信技术的快速发展对系统需求提出了更高要求，传统的单功能天线并不能很好的满足当前的需要，并成为制约系统性能发展的瓶颈。可重构天线的提出和发展给这些问题提供了很好的解决方案。可重构天线可以通过频率复用来增加系统的容量，并且能够解决通信中的极化失配的问题，从而提高通信质量。

目前，方向图可重构天线在无线通信领域有重要应用，目前通常有两种调节天线辐射方向图的技术方案。一是使用天线阵列和移相器组成相控阵天线，二是在天线设计中加入开关、可变电容等可变元器件，实现智能天线设计。像素天线是一种由主辐射天线、像素阵列和射频开关构成的智能天线，可以通过射频开关的开断实现可重构的天线工作频段、方向图和极化方式等辐射特性。

现有技术一(P.Lotfi,S.Soltani and R.D.Murch,Printed Endfire Beam-Steerable Pixel Antenna,in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.65,no.8,pp.3913-3923,Aug.2017,doi:10.1109/TAP.2017.2716399.)提出了一种方向图可重构的像素天线设计，工作在2.5GHz频段，在天线平面可以实现300°的最大辐射方向调节。天线设计为类八木天线的结构，主辐射天线是一对半波长阵子，阵子上方由5行6列的矩形像素阵列组成，横向和纵向的相邻像素单元之间用PIN二极管相连，用于调节天线的辐射方向。

现有技术主要存在的问题是在实现广角方向图调节时，需要依赖较多数量的像素单元，占用PCB面积较大，不利于小型化设计且成本较高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种在实现相同方向图角度调节范围的情况下，可以减少所需像素单元的数量，降低天线成本的小型化方向图可重构像素天线。

本发明的另一目的是提供一种在实现相同方向图角度调节范围的情况下，可以减少所需像素单元的数量，降低天线成本的小型化方向图可重构像素天线的应用方法。

为了实现上述主要目的，本发明提供的一种小型化方向图可重构像素天线，包括基板、设于所述基板上的主辐射天线以及设于所述基板上的多个像素单元，相邻的所述像素单元之间采用开关单元进行水平连接、垂直连接以及斜角方向连接，所述开关单元包括水平设置的第一开关单元、垂直设置的第二开关单元、斜角方向设置的第三开关单元以及斜角方向设置的第四开关单元，所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元设于所述基板一面，所述第四开关单元设于所述基板另一面，多个所述像素单元按预设的排列规则进行排列以形成像素天线阵列，以调节方向图角度范围内天线的最大辐射方向。

进一步的方案中，在像素天线阵列中，相邻且处于同一行的两个所述像素单元之间通过第一开关单元连接。

更进一步的方案中，在像素天线阵列中，相邻且处于同一列的两个所述像素单元之间通过第二开关单元连接。

更进一步的方案中，在像素天线阵列中，相邻且处于对角线的两个所述像素单元之间通过第三开关单元或第四开关单元连接。