一种小型化方向图可重构像素天线及应用方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的方法应用于上述的可重构像素天线。本发明专利技术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。天线成本。天线成本。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化方向图可重构像素天线及应用方法


[0001]本专利技术涉及天线
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术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。
[0008]为了实现上述主要目的，本专利技术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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]更进一步的方案中，所述开关单元为金属，相邻的所述像素单元之间采用金属进行水平连接、垂直连接以及斜角方向连接。
[0013]更进一步的方案中，在短路时使用金属直接连接相邻的所述像素单元，引入了水平、垂直以及斜角方向的电流流动，产生水平、垂直以及斜角方向的辐射电场；在开路时则不连接金属，相邻的所述像素单元之间无电流流通。
[0014]更进一步的方案中，所述开关单元为射频开关，相邻的所述像素单元之间采用射频开关进行水平连接、垂直连接以及斜角方向连接。
[0015]更进一步的方案中，在短路时，接通射频开关，通过射频开关连接相邻的所述像素单元，引入了水平、垂直以及斜角方向的电流流动，产生水平、垂直以及斜角方向的辐射电场；在开路时则断开射频开关，相邻的所述像素单元之间无电流流通。
[0016]更进一步的方案中，所述第三开关单元、第四开关单元为
‑
45/+45度斜角方向设置的开关单元。
[0017]更进一步的方案中，所述可重构像素天线采用偶极天线或八木天线作为主辐射天线，并使用多个所述像素单元调节天线的辐射方向。
[0018]为了实现上述另一目的，本专利技术提供的一种小型化方向图可重构像素天线的应用方法，方向图可重构像素天线是采用上述的方向图可重构像素天线，所述方法包括以下步骤：提供一基板，将主辐射天线和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；将水平、垂直、斜角方向的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元设置在基板正面；将斜角方向的第四开关单元设置在基板背面，引入斜角方向的电流流动，进而产生斜角方向的辐射电场；将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；连接或断开开关单元，在输入不同的控制信号实现同一像素天线的不同辐射方向图，以调节方向图角度范围内天线的最大辐射方向。
[0019]由此可见，本专利技术通过改变像素天线的像素单元间连接方式，在实现相同方向图角度调节范围的情况下，减少所需像素单元的数量，在实现方向图可重构天线的小型化设计的同时，还可以降低天线成本。
[0020]进一步的，本专利技术在现有连接方式基础上增加第三种相邻像素单元间连接方式，即在斜角方向相邻的像素单元间添加开关以控制开断连接，通过增加像素单元之间的连接形式，可以有效增加感应电流的多样性和其产生的辐射电场的多样性，进而提升方向图的可重构性和天线性能。
[0021]所以，本专利技术通过改变像素天线的结构设计，在实现相同方向图调节角度的情况下，减小天线设计的尺寸同时降低成本。或者，在相同的天线尺寸设计下，提升方向图可重构像素天线的方向图角度调节性能。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例的原理图。
[0023]图2是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例中去掉金属或断开射频开关时PCB基板正面的结构示意图。
[0024]图3是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例中PCB基板正面的结构示意图。
[0025]图4是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例中去掉金属或断开射频开关时PCB基板背面的结构示意图。
[0026]图5是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例中PCB基板背面的结构示意图。
[0027]图6是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实施例中像素单元去掉或断开开关单元的结构示意图。
[0028]图7是本专利技术一种小型化方向图可重构像素天线实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的方向图可重构像素天线，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的方向图可重构像素天线，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的方向图可重构像素天线，其特征在于：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。5.根据权利要求1所述的方向图可重构像素天线，其特征在于：所述开关单元为金属，相邻的所述像素单元之间采用金属进行水平连接、垂直连接以及斜角方向连接。6.根据权利要求5所述的方向图可重构像素天线，其特征在于：在短路时使用金属直接连接相邻的所述像素单元，引入了水平、垂直以及斜角方向的电流流动，产生水平、垂直以及斜角方向的辐射电场；在开路时则不连接金属，相邻的所述像素单元之间无电流流通。7.根据权利要求1所述的方向图...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆丽雯，王梦丹，吕羽，宁磊，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：