基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线及设计方法

摘要

本发明公开了基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线及设计方法，其中天线包括介质底板和单极天线，所述单极天线位于所述介质底板顶面中心位置；所述介质底板顶面还包括一个矩形地和四组分支，所述矩形地位于所述介质底板顶面中心位置，所述分支分别对称位于所述矩形地四周位置，且四组所述分支和所述矩形地分别通过设有的四组开关相连，并形成一个完整的天线地，通过控制所述闪电形分支与所述矩形地之间的所述开关的工作状态，进而实现天线地在结构上的重构；本发明结构更简单、成本更低、外形小、损耗低、无需额外馈电网络，可为拥挤复杂的城市无线通信环境提供更有效的解决方案。

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体为基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线及设计方法。

背景技术

当前，5G建设正在高速发展。可重构天线作为5G智慧城市不可或缺的一部分，可以通过改变其配置来适应不同的无线通信需求，如不同的工作频率、不同的辐射方向等。可重构天线的概念提出于20世纪60年代。可重构是指多天线阵列中各阵元之间的关系是可以根据实际情况灵活可变的，而非固定的。它主要是通过调整状态可变器件，实现天线性能的可重构。

与传统的固定结构天线相比，可重构天线具有更高的灵活性和适应性，可以在不同的应用场景中发挥不同的作用，如提高通信质量、增强抗干扰能力、扩大覆盖范围等。可重构天线具有多种功能和应用，可以帮助我们更好地应对不同的通信需求，并在第六代移动通信技术(6G)等未来通信网络系统中作为加速器承担更重要的任务。利用天线重构机制实现方向图可重构是可重构天线研究的一个重要方面。方向图可重构天线可以提高系统增益和通信安全性。同时，得益于定向辐射和波束扫描的可重构方向图的优点，通信系统的接收部分也可以降低功耗。

目前，传统的固定天线结构灵活性较差，天线结构复杂，增大了天线整体的体积和重量，同时加大了天线加工的难度。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明提供了一种外形小、损耗低、成本低、结构简单、无需额外馈电网络的基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线及设计方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线，包括介质底板和单极天线，所述单极天线位于所述介质底板顶面中心位置；

所述介质底板顶面还包括一个矩形地和四组分支，所述矩形地位于所述介质底板顶面中心位置，所述分支分别对称位于所述矩形地四周位置，且四组所述分支和所述矩形地分别通过设有的四组开关相连，并形成一个完整的天线地。

优选的，所述单极天线作为辐射部分。

优选的，所述分支呈闪电形分布在所述介质底板顶部表面四周位置。

优选的，所述矩形地为单层偶极贴片，且所述矩形地四周边角通过所述开关与所述分支一端相连。

优选的，四组所述开关分别包括开关1、开关2、开关3以及开关4，且所述开关1、开关2、开关3以及开关4分别与四周的所述分支一端相连。

优选的，所述开关组成包括PIN二极管、隔直电容、Pad以及电感。

一种基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线的设计方法，包括：

通过控制所述闪电形分支与所述单层偶极贴片作为矩形地之间的所述开关的工作状态，进而实现天线地在结构上的重构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明已有专利相比，本发明设计结构更简单、成本更低、外形小、损耗低、无需额外馈电网络，同时天线的带宽、峰值增益和辐射效率具有更突出的优势。

2、本发明具有低剖面、宽带和分集辐射等优点，可为拥挤复杂的城市无线通信环境提供更有效的解决方案。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线一视角的结构示意图；

图2是本发明基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线的俯视图；

图3是本发明基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线的多种模式示意图；

图中标号：1、介质底板；2、单极天线；3、矩形地；4、分支。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1和图2所示，基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线，包括介质底板1和单极天线2，所述单极天线2作为辐射部分，所述单极天线2位于所述介质底板1顶面中心位置；

介质底板1顶面还包括一个矩形地3和四组分支4，所述矩形地3位于所述介质底板1顶面中心位置，所述矩形地3为单层偶极贴片，且所述矩形地3四周边角通过所述开关与所述分支4一端相连，所述分支4分别对称位于所述矩形地3四周位置，且四组所述分支4和所述矩形地3分别通过设有的四组开关相连，并形成一个完整的天线地，其中，四组所述开关分别包括开关1、开关2、开关3以及开关4，且所述开关1、开关2、开关3以及开关4分别与四周的所述分支4一端相连，所述开关组成包括PIN二极管、隔直电容、Pad以及电感。

一种基于可重构地板宽带低剖面方向图多样性天线的设计方法：通过控制所述闪电形分支4与所述单层偶极贴片作为矩形地3之间设有的开关的工作状态，进而实现天线地在结构上的重构。

具体通过控制4个PIN二极管的开闭，进而实现12种以上的差异化辐射方向图，同时仍然保持了大带宽特性，在1.2GHz以上的工作带宽下，也获得了不低于58％的辐射效率和高达4.5dBi的天线增益。

如图3所示，差异化辐射方向图包括以下情况：

模式0：开关1、开关2、开关3以及开关4均关闭；

模式1：开关1打开，开关2、开关3以及开关4均关闭；

模式2：开关2打开，开关1、开关3以及开关4均关闭；

模式3：开关3打开，开关1、开关2以及开关4均关闭；

模式4：开关4打开，开关1、开关2以及开关3均关闭；

模式5：开关1和开关2打开，开关3和开关4关闭；

模式6：开关3和开关4打开，开关1和开关2关闭；

模式7：开关1和开关4打开，开关2和开关3关闭；

模式8：开关2和开关3打开，开关1和开关4关闭；

模式9：开关2和开关4打开，开关1和开关3关闭；

模式10：开关1和开关3打开，开关2和开关4关闭；

模式11：开关1、开关2、开关3以及开关4均打开；

可统计为如上表所示，包括12种不同模式下的开关情况。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。