一种可重构辐射模式的天线系统技术方案

本发明专利技术涉及物联网领域的天线系统配置技术，其公开了一种可重构辐射模式的天线系统，解决传统物联网天线系统采用全向辐射模式存在的连接距离受限，而采用波束成形技术增加天线方向性方案存在的引入额外的插入损耗，增加系统成本的问题。该天线系统包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。本发明专利技术适用于物联网领域需要布置无线系统的场景。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构辐射模式的天线系统
本专利技术涉及物联网领域的天线系统配置技术，具体涉及一种可重构辐射模式的天线系统。
技术介绍
随着物联网的技术的发展，越来越多的联网设备融入到社会日常生产活动中。相比有线通信来说，无线通信由于具有不需要布线，组网方便的优势在物联网领域更受用户青睐。目前，全向天线(如单极天线)是大多数物联网无线系统最常用的天线解决方案。这种天线的全向辐射模式局限了整个物联网系统的连接距离。物联网无线系统的另一种选择是通过在阵列天线中使用波束成形技术来增加天线的方向性来增加传输距离。这种技术通过控制馈送到天线阵列中的每个元件的信号的幅度和相位以获得不同形状的辐射图案。但是这种技术所采用的移相器和放大器会引入额外的插入损耗，并增加了系统的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种可重构辐射模式的天线系统，解决传统物联网天线系统采用全向辐射模式存在的连接距离受限，而采用波束成形技术增加天线方向性方案存在的引入额外的插入损耗，增加系统成本的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可重构辐射模式的天线系统，包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。在本方案中，采用由通过可控开关连接的上、下两部分组成的寄生元件，并通过可控开关连接接地平面，从而可以通过控制与接地平面连接的可控开关实现寄生元件的开/关，并可以通过控制上下两部分之间的可控开关调节寄生元件的长度；由此可以根据实际需求选择不同分布位置的寄生元件形成反射子或导向子，从而获得不同的辐射模式，控制天线辐射的方向性，延长通信距离，也未产生额外的插入损耗，同时能够节约系统成本。作为进一步优化，所述寄生元件组包括至少两组分布于驱动元件周围的寄生元件，所述至少两组寄生元件呈前后对应设置。在本方案中，采用多组呈前后对应设置的寄生元件可以获得更多的导向子或反射子，从而获得更多的方向性和增益。作为进一步优化，所述寄生元件组包括两组寄生元件，所述接地平面为方形接地平面，所述驱动元件设置于方形接地平面中心，所述两组寄生元件呈前后对应设置在方形接地平面的对角线上，由驱动元件到第一组寄生元件的距离为0.125λ0，由驱动元件到第二组寄生元件的距离为0.25λ0，λ0表示自由空间波长。在本方案中，为了同时兼顾增益和成本，采用两组寄生元件，而考虑到电磁波在空间传送及反射的特性，为了减小噪声干扰和能量损耗，获得最大增益，特设置两组寄生元件在方形接地屏幕的对角线上，并设置驱动元件到第一组寄生元件和第二组寄生元件的上述距离。作为进一步优化，所述驱动元件为折叠偶极子天线，采用折叠偶极子天线作为驱动元件，具有增益高、频率覆盖宽、噪声低的优点。作为进一步优化，所述可控开关为流体开关，采用流体开关，相比于其它电子开关可以降低系统成本，并且设计也更简单。作为进一步优化，所述流体开关为外置式三维打印流体开关或中心导通式流体开关，采用这两种流体开关可以更加简便地实现寄生元件的控制，降低成本。本专利技术的有益效果是：采用由通过可控开关连接的上、下两部分组成的寄生元件，并通过可控开关连接接地平面，从而可以通过控制与接地平面连接的可控开关实现寄生元件的开/关，并可以通过控制上下两部分之间的可控开关调节寄生元件的长度；由此可以根据实际需求选择不同分布位置的寄生元件形成反射子或导向子，从而获得不同的辐射模式，控制天线辐射的方向性，延长通信距离，也未产生额外的插入损耗，同时能够节约系统成本，特别是采用流体开关作为可控开关，实现简便，成本低。附图说明图1是本专利技术实施例中的可重构辐射模式的天线系统结构示意图；图2(a)、2(b)、2(c)、2(d)分别为天线系统最大辐射方向为上、下、左、右时的辐射图案示意图；图3为多个导向子接通时的系统方位角辐射示意图；图4为多个反射子接通时的系统方位角辐射示意图；图5为通过切换不同的寄生元件作为导向子和反射子来抑制辐射模式示意图；图6(a)、6(b)分别为连接寄生元件上下部分的外置式三维打印流体开关和连接寄生元件下部分与接地平面的外置式三维打印流体开关的应用示意图；图7为中心导通式流体开关的应用示意图；图中，1为驱动元件；为寄生元件下部，为下部流体开关(寄生元件下部与接地平面连接的流体开关)；10a为外置式三维打印流体开关入口，10b外置式三维打印流体开关出口；为上部流体开关(寄生元件上部与下部连接的流体开关)，18a为中心导通式流体开关入口，18b为中心导通式流体开关出口；为寄生元件上部；34为接地平面。具体实施方式本专利技术旨在提出一种可重构辐射模式的天线系统，解决传统物联网天线系统采用全向辐射模式存在的连接距离受限，而采用波束成形技术增加天线方向性方案存在的引入额外的插入损耗，增加系统成本的问题。该天线系统，包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。在本专利技术中，采用由通过可控开关连接的上、下两部分组成的寄生元件，并通过可控开关连接接地平面，从而可以通过控制与接地平面连接的可控开关实现寄生元件的开/关，并可以通过控制上下两部分之间的可控开关调节寄生元件的长度；由此可以根据实际需求选择不同分布位置的寄生元件形成反射子或导向子，从而获得不同的辐射模式，控制天线辐射的方向性，延长通信距离，也未产生额外的插入损耗，同时能够节约系统成本，特别是采用流体开关作为可控开关，实现简便，成本低。下面结合附图及实施例对本专利技术的方案做进一步的描述。实施例：如图1所示，本实施例中，驱动元件1和寄生元件均位于接地平面34上，驱动元件1位于方形接地平面34中心，寄生元件分布于驱动元件四周；其中驱动元件1采用折叠偶极子天线，采用折叠偶极子天线作为驱动元件1，具有增益高、频率覆盖宽、噪声低的优点。为了同时兼顾增益和成本，本实施例中寄生元件有两组，而考虑到电磁波在空间传送及反射的特性，为了减小噪声干扰和能量损耗，获得最大增益，将两组寄生元件呈前后对应设置在方形接地平面1的对角线上，由驱动元件1到第一组寄生元件的距离为0.125λ0，由驱动元件1到第二组寄生元件的距离为0.25λ0，λ0表示自由空间波长。每个寄生元件由上、下两部分组成，上部分与下部分之间通过上部流体开关相连；下部分与接地平面34之间通过下部流体开关相连。本实施例中，可以通过控制下部流体开关的开/关来开启或关断寄生元件，通过控制上部流体开关的开/关来调节寄生元件的长度，通过调节寄生元件的长度来改变寄生元件的操作特性，即在寄生元件开启的情况下，若上部流体开关开启，则该寄生元件形成反射子，若上部流体开关关闭，则该寄生元件形成导向子。基于上述系统，可以根据需求通过控制不同位置的寄生元件的上部流体开关和下部流体开关来设置寄生元件为反射子或导向子，从而将天线系统的最大辐射方向切换至预定义方向，以延长通信距离；如图2(a)所示，当最上方的寄生元件开启并经流体开关设定为导向子，而最下方的寄生元件开启并经流体开关设定成反射子，此设置会将最大辐射方向由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构辐射模式的天线系统，其特征在于，包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。

【技术特征摘要】
1.一种可重构辐射模式的天线系统，其特征在于，包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。2.如权利要求1所述的一种可重构辐射模式的天线系统，其特征在于，所述寄生元件组包括至少两组分布于驱动元件周围的寄生元件，所述至少两组寄生元件呈前后对应设置。3.如权利要求2所述的一种可重构辐射模式的天线系统，其特征在于，所述寄生元件组包括两组寄生元件，所述接地平面为方形接地平面，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁坤，邱向东，柳影，丁旭阳，陈万涛，张志伟，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51