[發明專利]具有六波束選擇性的平面型方向圖可重構方法及天線

有效

• 申請號: 201110267793.X
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102437423A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 蔡曉濤;王安國;馬寧;冷文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q3/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及無線通信中的天線，具體講，涉及具有六波束選擇性的平面型方向圖可重構天線。

背景技術

隨著無線通信技術的快速發展，具有多重特性的天線已經引起了大量關注。而可重構天線作為一種新型天線，更是成為了近些年來研究的熱點。可重構天線可以在一副天線上實現多副天線的功能，從而實現多種分集方式。作為可重構天線研究中的一個重要方面，方向圖可重構天線可以通過開關控制實現方向圖的選擇性切換，從而實現了多種環境下的空間資源的有效利用。方向圖可重構天線可以較好地改善系統增益，提高通信安全性，避免噪聲干擾。同時通過定向輻射、接收也可以節約系統能量[1-2]。

目前，國內外學者對于方向圖可重構天線已做了大量的研究。傳統的方向圖可重構天線設計大多是基于相控陣技術。但采用這種技術設計的天線一般體積較大，成本較高且設計過程較為復雜[3-4]。而具有對稱結構的平面型天線能夠在實現方向圖重構的同時保持其阻抗帶寬及頻率特性的穩定性，且設計成本較低，從而引起了天線設計者的廣泛研究[5-6]。

文獻[7]中，天線采用對稱結構，通過控制夾在中間單極子和兩邊開路線之間的二極管的通斷狀態，實現了兩種定向方向圖的切換。但該天線只能重構兩種方向圖，方向圖重構的可選擇次數較少。

文獻[8]中提到了一種帶有倒L寄生單元的低剖面方向圖可重構天線。天線由一個有源六邊形貼片單元和兩個加載開關的倒L形寄生單元組成。通過改變寄生單元上加載開關的通斷狀態，天線可以獲得兩種定向工作模式。這種天線尺寸較大且天線方向圖的重構次數較少。

文獻[9]中設計了一種帶有準扇形寄生單元的方向圖可重構天線。該天線由一個中心有源圓形貼片和周圍環繞的五個準扇形寄生貼片組成，通過控制中心貼片和寄生貼片之間開關的通斷狀態，天線在方位面可以獲得五個定向方向圖重構。雖然這種天線可以實現較多次方向圖重構，但天線的俯仰角方向圖的最大方向在45度，沒有處于水平面。此外，該天線是采用銅片的有無來代替開關的通斷，沒有采用實際的開關和控制電路。

發明內容

為克服現有技術的不足，提供一種能夠進行更多方向圖重構且更具實用性的天線，本發明采取的技術方案是，具有六波束選擇性的平面型方向圖可重構天線：由天線基板、輻射單元層和接地板層所構成，輻射單元層位于天線基板的一面，接地板層位于天線基板的另一面，輻射單元層是由位于中心的有源圓形貼片和周圍環繞的矩形寄生貼片組成，矩形寄生貼片用作主輻射單元，矩形寄生貼片通過帶線和微帶線與天線中心圓形單元相連，在微帶線中插入射頻PIN二極管，通過電路控制二極管的通斷狀態使環繞的矩形寄生貼片選擇性地向外輻射；天線的接地板層采用部分接地形式：接地板由中心圓形貼片和等角度間隔的矩形貼片連接而成，接地板上的矩形貼片的長度相對于輻射單元層的矩形貼片較長；天線基板為材料是聚四氟乙烯的圓盤形介質板。

天線基板為圓盤形，厚度為1.5mm，圓盤的半徑為30mm，基板采用介電常數為2.65的PTFE聚四氟乙烯材料。

所述天線，包括6個矩形寄生貼片，在每個矩形貼片與中心圓形貼片連接的微帶線中插入1個射頻PIN二極管，整個天線共插入6個二極管，每相鄰的兩個矩形寄生貼片采用兩個具有正極公共端的二極管，該公共端與中心圓形貼片之間連接一個電容，該公共端向外通過一個電感和一個電阻連接到單片機的正電壓Vcc上，從而使得這六個射頻二極管為共陽極二極管，每一個二極管的負極端通過一個電感連接到單片機的相應輸入輸出管腳。

一種具有六波束選擇性的平面型方向圖可重構方法，借助于具有六波束選擇性的平面型方向圖可重構天線實現，所述天線由天線基板、輻射單元層和接地板層所構成；輻射單元層位于天線基板的一面，接地板層位于天線基板的另一面；輻射單元層是由位于中心的有源圓形貼片和周圍環繞的矩形寄生貼片組成，矩形寄生貼片用作主輻射單元，矩形寄生貼片通過帶線和微帶線與天線中心圓形單元相連，在微帶線中插入射頻PIN二極管，通過電路控制二極管的通斷狀態使環繞的矩形寄生貼片選擇性地向外輻射；天線的接地板層采用部分接地形式：接地板由中心圓形貼片和等角度間隔的矩形貼片連接而成，接地板上的矩形貼片的長度相對于輻射單元層的矩形貼片較長；天線基板為材料是聚四氟乙烯的圓盤形；所述方法包括下列步驟：

在進行偏置電路控制時，先開始按微處理器復位鍵進行微處理器的初始化，然后根據需要選擇6個定向波束按鍵和1個掃描按鍵的一個按鍵，通過微處理器中模塊控制二極管通斷，決定天線需要的工作模式。

本發明具有如下技術效果：