[发明专利]一种基于可调材料的方向图可重构天线

说明书

本发明提供了一种基于可调材料的方向图可重构天线，包括天线主辐射单元、两个天线寄生单元、介质基底、金属地和液晶电压偏置装置，寄生单元位于对称设置在天线主辐射单元的左右两侧，天线主辐射单元矩形贴片天线和同轴线馈电端口，同轴馈电端口内导体与天线主辐射单元贴片相连；天线寄生单元包括贴片天线和开路枝节，贴片天线由与天线主辐射单元大小一致的贴片开一个小型矩形缝隙构成，开路枝节由一矩形贴片和与其同样大小的液晶介质构成，液晶介质埋藏在开路枝节和金属地之间；液晶电压偏置系统在金属地和寄生单元贴片之间加上偏置电压；本发明的天线最大辐射方向可以随外加电压偏置，可用于接入点天线，具有方向图可调、成本低、无功耗等优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于可调材料的方向图可重构天线，该天线的最大辐射方向随所加电压偏置改变而改变。

背景技术

天线是一种用来发射或接收无线电波的部件，是无线通信系统中不可缺少的部分。随着无线通信的飞速发展，对天线的要求也越来越高。人们不仅要求天线能有多个工作模式，而且要求天线体积小，成本低。由于这样的需求，采用同一个天线或天线阵就能实现多个天线的功能，这种天线就是可重构天线。可重构天线按功能可分为频率可重构、方向图可重构、极化可重构和多电磁参数可重构天线。将可重构天线的结构改变，从而实现频率、方向图、极化方式等多个参数中一个或多个重构。这就使得同一天线或天线阵具有多种工作模式，有利于传输中实现多种有效的分集。所以，可重构天线将为下一代移动通信发挥重要作用。移动通信所使用的天线按工作区域可分为基站天线、接入点天线和终端天线。基站天线一般是多输入、多输出的多天线系统，具有能够快速切换，高增益的特点；接入点天线一般用于无线局域网接入点上，具有方向性可变，成本低，功耗低的特点；终端天线一般用在手机终端上，具有体积小，结构简单，功耗低的特点。本天线具有方向图可调、成本低、无功耗的优点，适用于接入点天线。

用于实现方向图可重构的可调材料主要包括两种，一种是石墨烯，它的电导率具有可调性；另一种是液晶，它的介电常数具有可调性。本发明中，以液晶为例实现方向图可重构。

液晶材料是位于固态和液态之间的物质形态，当液晶处于某种特定状态时，它会表现出各向异性的特点，即液晶的介电常数可以随外加偏置电压大小变化而改变。正是由于液晶材料具有各向异性的特点，使得液晶在微波，太赫兹甚至光频领域都有良好的物理特性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，利用液晶的介电常数随所外加偏置变化而变化的特点，本发明的目的是提供了一种基于可调材料的方向图可重构天线。本天线具有方向图可调、成本低、无功耗的优点，适用于接入点天线。

本发明是根据以下技术方案实现的:

一种基于可调材料的方向图可重构天线，其特征在于，包括天线主辐射单元、天线寄生单元、介质基底、金属地和液晶电压偏置装置，其中所述两个寄生单元位于对称设置在所述天线主辐射单元的左右两侧，所述天线主辐射单元矩形贴片天线和同轴线馈电端口，所述同轴馈电端口内导体与所述天线主辐射单元贴片相连，外导体与地相连；所述天线寄生单元包括贴片天线和一个开路枝节，其中所述贴片天线由一个与所述天线主辐射单元一样大小的贴片开一个小型矩形缝隙构成，所述开路枝节由一个矩形贴片和与其同样大小的液晶介质构成，液晶介质埋藏在开路枝节和金属地之间；所述液晶电压偏置系统在金属地和寄生单元金属贴片之间加上偏置电压；

天线主辐射单元与天线寄生单元之间发生共耦合，天线寄生单元也开始产生辐射，二者工作频率相同，天线阵的方向图视为以天线主辐射单元方向图作为基础乘以阵因子所得，其中阵因子由寄生单元上的电压分布决定，天线寄生单元上感应电压取决于开路枝节的电纳大小，当外加偏置电压不同，改变液晶介电常数，改变开路枝节的电纳，从而改变了天线阵的方向图，使得最大辐射方向发生改变。

上述技术方案中，所述液晶介质的型号为GT3-24002，介电常数变化范围是2.5～3.3。