可重構天線及移動終端的製作方法

2023-09-24 00:39:40 2

本發明涉及無線通信領域的天線技術，特別涉及一種可重構天線及使用所述可重構天線的移動終端。

背景技術：

在無線通信領域，小型化、多功能化、寬帶化、大容量化等已成為業界所努力追求的方向。隨著頻譜資源日趨緊張、小區內用戶數激漲和無線幹擾源眾多的問題越來越嚴重，傳統的單功能天線也無法滿足當今無線通信的需要。方向圖可重構天線作為可重構天線的一個重要的分支，可以調整輻射波束，讓輻射零點對準幹擾源，而讓輻射主波束方向對準目標用戶，以此來減少幹擾，提高安全性，降低誤碼率，提高信道容量以及節約能源，從而提升系統整體性能。而雙極化天線是當前通信領域備受關注且應用廣泛的一種天線。

自從在1996年的IEEE天線和傳播年會上被列為一類研討課題以來，具有雙極化特性的可重構天線(簡稱雙極化天線)已受到人們廣泛研究。在合成孔徑雷達系統方面，利用物質對不同極化的電磁波有著不同的散射特性，採用正交雙極化工作模式可以獲得充足的物質信息，從而有利於更好地區分和鑑別物質；在衛星通信系統方面，採用雙極化天線可以在同一帶寬內發射兩種不同極化的信號，節約了頻率資源，有效的提高了頻譜利用率。此外，雙極化天線還具有收發一體化、極化捷變的特點。而對於±45°的雙線極化天線，在移動通信中有著極大的優勢。雙極化天線可以利用收發一體的特點來減少基站天線使用的數量，從而節約成本和減小基站天線的體積。除此之外，雙極化天線還具有抑制幹擾的能力，從而提高通信質量。

隔離度是雙極化天線一項非常重要的參數，它表示埠之間相互耦合的強弱。在天線領域中，天線埠工作時受到其它埠影響越小越好，即埠之間隔離度越高越好。若埠之間的耦合很大，天線的能量可能輻射不出去，且會干擾其它埠發射的信號，同時會帶來一系列的問題，嚴重可能導致天線無法正常工作。因此，如何提高天線的隔離度是為業界持續研發的方向。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種可重構天線及使用所述可重構天線的移動終端，所述可重構天線能夠實現良好的隔離度。

第一方面，本發明提供一種可重構天線，包括依次層疊設置的饋電層、第一介質層、接地層及第二介質層。所述饋電層與所述接地層耦合。所述可重構天線還包括：設置在所述第二介質層之遠離所述接地層一側的激勵單元、一對第一寄生單元和一對貼片。所述一對第一寄生單元沿著第一方向分布在所述激勵單元的兩側且均與所述激勵單元之間保持間隙，所述一對貼片沿著第二方向分布在所述激勵單元的兩側且均與所述激勵單元之間保持間隙，所述第一方向垂直於所述第二方向。所述一對第一寄生單元與所述接地層之間均通過短路組件和開關組件相連接，所述一對貼片用於提高所述可重構天線的隔離度。

本發明之第一方面，在激勵單元的兩側沿第一方向設置一對第一寄生單元，用於實現波束偏轉，對可重構天線的輻射方向圖起到引向和反射的作用。但第一寄生單元的設置，使得激勵貼片的電流分布不均勻，增強了可重構天線的埠之間的隔離度。本發明通過在激勵單元的兩側設置沿第二方向分布(即與一對寄生單元正交分布)的一對貼片，可以使得激勵單元上的電流分布更對稱，能夠提高可重構天線的隔離度，改善可重構天線的匹配和帶寬。

結合第一方面，在第一種可能的實施方式中，所述可重構天線還包括層疊設於所述激勵單元之遠離所述第二介質層的表面的第三介質層和第二寄生單元，所述第三介質層設於所述第二寄生單元和所述激勵單元之間，所述第二寄生單元和所述激勵單元尺寸相同，且均為金屬貼片。

結合第一方面，在第二種可能的實施方式中，所述貼片的面積小於所述激勵單元的面積。

結合第二種可能的實施方式，在第三種可能的實施方式中，所述一對第一寄生單元呈中心對稱的多邊形形狀，所述一對貼片亦為呈中心對稱的多邊形形狀。

結合第三種可能的實施方式，在第四種可能的實施方式中，所述貼片的邊長為所述激勵單元的邊長的0.1-0.8倍。

結合第二種可能的實施方式，在第五種可能的實施方式中，所述一對第一 寄生單元和所述一對貼片均呈圓形。

結合第五種可能的實施方式，在第六種可能的實施方式中，所述貼片的直徑為所述激勵單元的直徑的0.1-0.8倍。

結合第二種可能的實施方式，在第七種可能的實施方式中，所述短路組件包括連接在所述第一寄生單元和所述接地層之間的多個短路釘，所述多個短路釘以所述第一寄生單元的中心為圓心排列在一個圓周上；所述接地層上設有圓環形縫隙，所述圓環形縫隙的中心與所述第一寄生單元的中心在所述接地層上的正投影重合，所述開關組件包括多個開關元件，所述多個開關元件分布在所述圓環形縫隙中，所述多個開關元件位於所述多個短路釘的外圍，通過控制所述多個開關元件的通斷控制所述第一寄生單元與所述接地層之間的連接。

結合第二種可能的實施方式，在第八種可能的實施方式中，所述接地層設有兩個H形縫隙，所述兩個H形縫隙與所述激勵單元正對，所述饋電層通過所述兩個H形縫隙，將信號耦合至所述激勵單元。

結合第二種可能的實施方式，在第九種可能的實施方式中，所述兩個H形縫隙彼此正交設置，所述饋電層包括兩條彼此正交設置的饋電微帶線，每條所述饋電微帶線均包括饋電端和耦合端，所述兩個耦合端分別與所述兩個H形縫隙正對。

第二方面，本發明提供一種可重構天線，包括依次層疊設置的饋電層、第一介質層、接地層及第二介質層，所述饋電層與所述接地層耦合，所述可重構天線還包括兩個結構相同的天線單元。每個所述天線單元均包括：設置在所述第二介質層之遠離所述接地層一側的激勵單元、一對第一寄生單元和一對貼片。所述一對第一寄生單元沿著第一方向分布在所述激勵單元的兩側且均與所述激勵單元之間保持間隙，所述一對貼片沿著第二方向分布在所述激勵單元的兩側且均與所述激勵單元之間保持間隙，所述第一方向垂直於所述第二方向。所述一對第一寄生單元與所述接地層之間均通過短路組件和開關組件相連接，所述一對貼片用於提高所述可重構天線的隔離度。所述兩對貼片排列在一條直線上。

本發明之第二方面之可重構天線包括兩個結構相同的天線單元並排或排列設置，每個天線單元中，在激勵單元的兩側沿第一方向設置一對第一寄生單元，用於實現波束偏轉，對可重構天線的輻射方向圖起到引向和反射的作用。但第一寄生單元的設置，使得激勵貼片的電流分布不均勻，增強了可重構天線的端 口之間的隔離度。本發明通過在激勵單元的兩側設置沿第二方向分布(即與一對寄生單元正交分布)的一對貼片，可以使得激勵單元上的電流分布更對稱，能夠提高可重構天線的隔離度，改善可重構天線的匹配和帶寬。所述可重構天線的模式較多，有四種模式，通過貼片的設置，能夠改善每一處模式下的可重構天線的隔離度。

結合第二方面，在第一種可能的實施方式中，所述可重構天線還包括層疊設於所述激勵單元之遠離所述第二介質層的表面的第三介質層，每個所述天線單元均包括第二寄生單元，所述第三介質層設於所述第二寄生單元和所述激勵單元之間，所述第二寄生單元和所述激勵單元尺寸相同，且均為金屬貼片。

結合第二方面，在第二種可能的實施方式中，所述貼片的面積小於所述激勵單元的面積。

結合第二種可能的實施方式，在第三種可能的實施方式中，所述一對第一寄生單元呈中心對稱的多邊形形狀，所述一對貼片亦為呈中心對稱的多邊形形狀。

結合第三種可能的實施方式，在第四種可能的實施方式中，所述貼片的邊長為所述激勵單元的邊長的0.1-0.8倍。

結合第二種可能的實施方式，在第五種可能的實施方式中，所述一對第一寄生單元和所述一對貼片均呈圓形。

結合第五種可能的實施方式，在第六種可能的實施方式中，所述貼片的直徑為所述激勵單元的直徑的0.1-0.8倍。

結合第二種可能的實施方式，在第七種可能的實施方式中，所述短路組件包括連接在所述第一寄生單元和所述接地層之間的多個短路釘，所述多個短路釘以所述第一寄生單元的中心為圓心排列在一個圓周上；所述接地層上設有圓環形縫隙，所述圓環形縫隙的中心與所述第一寄生單元的中心在所述接地層上的正投影重合，所述開關組件包括多個開關元件，所述多個開關元件分布在所述圓環形縫隙中，所述多個開關元件位於所述多個短路釘的外圍，通過控制所述多個開關元件的通斷控制所述第一寄生單元與所述接地層之間的連接。

結合第二種可能的實施方式，在第八種可能的實施方式中，所述接地層設有兩個H形縫隙，所述兩個H形縫隙與所述激勵單元正對，所述饋電層通過所述兩個H形縫隙，將信號耦合至所述激勵單元。

結合第二種可能的實施方式，在第九種可能的實施方式中，所述兩個H形縫隙彼此正交設置，所述饋電層包括兩條彼此正交設置的饋電微帶線，每條所述饋電微帶線均包括饋電端和耦合端，所述兩個耦合端分別與所述兩個H形縫隙正對。

第三方面，本發明提供一種移動終端，所述移動終端包括第二方面之任意一種可能的實施方式所述的可重構天線。

相對於現有技術，本發明通過在可重構天線之激勵單元的兩側設置與寄生單元正交分布的貼片，可以使得激勵單元上的電流分布更對稱，能夠提高可重構天線的隔離度，改善可重構天線的匹配和帶寬。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明一種實施例提供的可重構天線的俯視圖。

圖2是圖1所示的可重構天線的側視圖。

圖3是圖1所示的可重構天線的另一方向的側視圖。

圖4是本發明一種實施例提供的可重構天線的接地層上的開關組件分布的示意圖。

圖5至圖8是本發明實施例提供的可重構天線分別在四種模式下、是否加載貼片狀態下，所述可重構天線的反射系統曲線圖。

圖9至12是本發明實施例提供的可重構天線分別在四種模式下、是否加載貼片狀態下，所述可重構天線的隔離度的曲線圖。

圖13和圖14是本發明實施例提供的可重構天線在四種模式下、以及±45°雙極化的輻射方向圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進 行清楚地描述。

本發明涉及一種可重構天線，還提供一種使用所述可重構天線的移動終端，移動終端可以使用在雷達、航天、無線與衛星通信網絡等領域。本發明涉及雙極化方向圖或重構天線陣列，基於八木天線原理和微帶線原理設計。一種實施方式中，本發明之可重構天線包括兩個天線單元，每個天線單元均為±45°雙極化方向圖可重構天線單元。當然本發明之可重構天線也可以只包括一個天線單元。具體結構介紹如下。

請參閱圖1、圖2和圖3，圖1是可重構天線的俯視圖，圖2是Y方向的側視圖，圖3是X方向的側視圖，Y方向垂直於X方向。圖2和圖3所示，可重構天線包括依次層疊設置的饋電層23、第一介質層21、接地層22及第二介質層20，所述饋電層23與所述接地層22耦合，具體而言，本發明可以通過同軸探針饋電，也可以通過微帶線饋電，本實施方式為微帶線饋電，饋電層23為設於第一介質層21底面的金屬饋電微帶線，接地層22為設於第一介質層21頂面的金屬薄層。饋電層23與接地層22的耦合方式可以為直接耦合，也可以為非接觸式的饋電耦合，直接耦合是較傳統的饋電方式，通過同軸線或微帶線直接連接進行饋電；非接觸式饋電耦合包括口徑耦合饋電，本實施方式中，採用口徑耦合饋電，在接地層22上設置縫隙，可以提高可重構天線的隔離度，詳細的結構在下文會詳細描述。

結合參閱圖1、圖2和圖3，可重構天線包括並排或者並列設置的兩個天線單元，兩個天線單元的架構相同。第一天線單元包括設置在所述第二介質層20之遠離所述接地層一側的激勵單元5、一對第一寄生單元1、2和一對貼片13。所述一對第一寄生單元1、2沿著第一方向(即X方向)分布在所述激勵單元5的兩側且均與所述激勵單元5之間保持間隙，所述一對貼片12沿著第二方向(即Y方向)分布在所述激勵單元5的兩側且均與所述激勵單元5之間保持間隙，所述第一方向垂直於所述第二方向。所述一對第一寄生單元1、2與所述接地層22之間均通過短路組件14和開關組件9、10相連接，所述一對貼片13用於提高所述可重構天線的隔離度。

第二天線單元包括設置在所述第二介質層20之遠離所述接地層22一側的激勵單元7、一對第一寄生單元3、4和一對貼片13。所述一對第一寄生單元3、4沿著第一方向(即X方向)分布在所述激勵單元7的兩側且均與所述激勵單 元7之間保持間隙，這裡的間隙範圍在1mm-7mm之間，所述一對貼片13沿著第二方向(即Y方向)分布在所述激勵單元7的兩側且均與所述激勵單元7之間保持間隙，間隙範圍在1mm-6mm之間，所述第一方向垂直於所述第二方向。所述一對第一寄生單元3、4與所述接地層22之間均通過短路組件14和開關組件11、12相連接，所述一對貼片13用於提高所述可重構天線的隔離度。

在激勵單元5、7的兩側沿第一方向設置一對第一寄生單元1、2，用於實現波束偏轉，對可重構天線的輻射方向圖起到引向和反射的作用，具體而言，當開關組件導通時，第一寄生單元1、2與接地層22相連，第一寄生單元1、2的諧振頻率高於對應的激勵單元5、7，這時，第一寄生單元1、2起到引向作用，使得可重構天線的輻射方向圖向第一寄生單元1、2偏轉；當開關組件斷開，第一寄生單元1、2的諧振頻率低於對應的激勵單元5、7，這時，第一寄生單元1、2起到反射作用，使得可重構天線的輻射方向圖偏離所述第一寄生單元1、2。本發明通過兩組開關組件的設置，能夠實現四種方向圖可重構模式。第一寄生單元1、2的設置，使得激勵貼片5、7的電流分布不均勻，增強了可重構天線的埠之間的隔離度。本發明通過在激勵單元5、7的兩側設置沿第二方向分布(即與一對寄生單元正交分布)的一對貼片13，可以使得激勵單元5、7上的電流分布更對稱，能夠提高可重構天線的隔離度，改善可重構天線的匹配和帶寬。

如圖1所示，所述兩對貼片13在Y方向上排列在一條直線上。四個第一寄生單元1、2、3、4排列在正方形的四個角上。

所述可重構天線還包括層疊設於所述激勵單元5、7之遠離所述第二介質層20的表面的第三介質層19和第二寄生單元6、8，所述第三介質層19設於所述第二寄生單元6、8和所述激勵單元5、7之間，所述第二寄生單元6、8和所述激勵單元5、7尺寸相同，且均為金屬貼片，第二寄生單元6位於激勵單元5的正上方且二者尺寸相同，第二寄生單元8位於激勵單元7的正上方且二者尺寸相同。第二寄生單元6、8的作用是用於使得激勵單元5、7的能量均衡至兩側的第一寄生單元1、2、3、4中。

本發明之貼片13的面積小於所述激勵單元5、7的面積。一種實施方式中，所述激勵單元5、7呈中心對稱的多邊形形狀，所述一對貼片13亦為呈中心對稱的多邊形形狀，本實施方式中，將正方形的金屬薄片的四角被切換同樣的大小就形成了激勵單元5、7的形狀，也可以說激勵單元5、7呈八邊形，八邊形 的邊長可以相等也可以不相等，只要滿足呈中心對稱就可以，激勵單元5、7也可以為六邊形、七邊形等不同的形狀；本實施方式中的貼片13呈正方形。所述貼片13的邊長為所述激勵單元5、7的邊長的0.1-0.8倍。另一種實施方式中，所述激勵單元5、7和所述一對貼片13均呈圓形。所述貼片13的直徑為所述激勵單元5、7的直徑的0.1-0.8倍。第一寄生單元1、2、3、4的尺寸稍大於所述激勵單元5、7的尺寸。

請參閱圖4，以第一寄生單元1所對應的短路組件14為例對其結構進行說明，所有的短路組件14的結構都相同。所述短路組件14包括連接在所述第一寄生單元1和所述接地層22之間的多個短路釘，所述多個短路釘以所述第一寄生單元1的中心為圓心排列在一個圓周上，短路釘呈均勻分布在同一個圓周上，本實施方式中，每個第一寄生單元1、2、3、4上均設置8個短路釘。

所述接地層22上設有圓環形縫隙221，所述圓環形縫隙221的中心與所述第一寄生單元1的中心在所述接地層22上的正投影重合，圓環形縫隙221的數量與第一寄生單元的數量相同，且二者之間是一一對應的關係。

開關組件9、10、11、12對應設置圓環形縫隙221處。在每個所述開關組件9、10、11、12均包括多個開關元件W，在每一個開關組件9、10、11、12中，所述多個開關元件W分布在所述圓環形縫隙221中，本實施方式中，每個第一寄生單元1、2、3、4對應8個開關元件W。所述多個開關元件W位於所述多個短路釘的外圍，通過控制所述多個開關元件W的通斷控制所述第一寄生單元1、2、3、4與所述接地層22之間的連接。多個開關元件W分別與多個短路釘位於同一半徑上。所述開關元件W為PIN二極體開關，通過偏置電路來控制開關元件的通斷，就可以控制第一寄生單元1、2、3、4與接地層22之間的連通或斷開。設置所述短路釘相當於對所述可重構天線引入電容或電阻。通過開關元件W的切換，可以控制第一寄生單元1、2、3、4對可重構天線的影響，通過對第一寄生單元1、2、3、4位置和尺寸的設計，可以使得第一寄生單元1、2、3、4對可重構天線的方向圖起到引向作用或反射的作用，短路釘可以提高天線的諧振頻率，當開關元件W斷開時，第一寄生單元1、2、3、4與接地層22斷開，諧振頻率低，第一寄生單元1、2、3、4起到反射作用；當開關元件W導通，第一寄生單元1、2、3、4與接地層22連通，由於短路釘的設置，諧振頻率升高，第一寄生單元1、2、3、4起引向作用。

請參閱圖1，在每個天線單元中，所述接地層22設有兩個H形縫隙24，可以通過蝕刻的方式形成兩個H形縫隙24，所述兩個H形縫隙24與所述激勵單元正對，所述饋電層23通過所述兩個H形縫隙24，將信號耦合至所述激勵單元，激勵起±45°的雙極化電場。激勵單元5正下方設兩個H形縫隙24，激勵單元7正下方亦設兩個H形縫隙24。

在每個天線單元中，所述兩個H形縫隙24彼此正交設置，所述饋電層23包括兩條彼此正交設置的饋電微帶線，饋電微帶線呈條形。每條所述饋電微帶線均包括饋電端和耦合端，所述兩個耦合端分別與所述兩個H形縫隙24正對。通過將兩個H形縫隙24正交放置，擴大了兩個H形縫隙24之間的間距，擴大了第一寄生單元之間的間距，能夠提高隔離度。具體而言，兩條正交的饋電微帶線通過這兩個H形縫隙24，在激勵單元上激勵形成正交的電場。如圖1所示，可重構天線包括四個饋電端15、16、17、18，每個饋電端15、16、17、18所對應的饋電微帶線的另一端均為耦合端(未標號)，耦合端分別與四個H形縫隙24相對。

根據陣列的輻射方向圖的偏轉方式以及開關組件的開合狀態，可以將可重構天線的工作模式分為模式一、模式二、模式三和模式四。請參閱圖5至圖14，圖5至圖8是本發明實施例提供的可重構天線分別在四種模式下、是否加載貼片狀態下，所述可重構天線的反射系統曲線圖。圖9至12是本發明實施例提供的可重構天線分別在四種模式下、是否加載貼片狀態下，所述可重構天線的隔離度的曲線圖。圖13和圖14是本發明實施例提供的可重構天線在四種模式下、以及±45°雙極化的輻射方向圖。

模式一：開關組件9和開關組件11的開關均閉合，開關組件10和開關組件12的開關均斷開，即第一寄生單元1和第一寄生單元3與接地層22相連，諧振頻率比激勵單元偏高，起引向作用；第一寄生單元2和第一寄生單元4與接地層22斷開，諧振頻率比激勵單元偏低，起反射作用。故可重構天線陣列的輻射方向圖往Y軸的正方向偏轉，波束最大偏轉角為+25°左右。

模式二：所有開關組件9、10、11、12均閉合，即第一寄生單元1、2、3、4均與接地層22相連，諧振頻率升高，起引向作用。可重構天線陣列的輻射方向圖形成一個窄波束方向圖，波束最大偏轉角為0°左右。

模式三：開關組件9和開關組件11的開關均斷開，開關組件10和開關組 件12的開關均閉合，即第一寄生單元1和第一寄生單元3與接地層22斷開，諧振頻率比激勵單元偏低，起反射作用；第一寄生單元2和第一寄生單元4與接地層22相連接，諧振頻率比激勵單元偏高，起引向作用。故可重構天線陣列的輻射方向圖往Y軸的負方向偏轉，波束最大偏轉角為-25°左右。

模式四：所有開關組件9、10、11、12的開關均斷開，即第一寄生單元1、2、3、4均與接地層22斷開，諧振頻率降低，起反射作用。可重構天線陣列的輻射方向圖形成一個寬波束方向圖，波束最大偏轉角為27°左右。

為了比較添加貼片13前後，可重構天線的匹配和隔離度效果，在圖5至圖8和圖9至12中分別給出了可重構天線的兩個埠的反射係數(S11和S22)以及兩埠之間的隔離度參數(S21)的仿真結果。從圖中可以明顯看出，在激勵單元兩側添加了貼片之後，四種模式的匹配都有所改善，且在要求的工作頻段內，隔離度全部達到了20dB以上。而未添加貼片時，模式四的隔離度僅僅達到15dB。圖中所給的是可重構天線的一個天線單元兩個埠的情況，此時另外一個天線單元的兩個埠都接匹配負載。

本發明之可重構天線在四種模式下，隔離度及各項性能指標都能夠滿足工作需要。

本發明提供的可重構天線，工作模式多，匹配性能好，增益較高，此外，還有體積小、易集成的優點，可以使用在WIFI熱點、微基站等環境中。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。