专利摘要

本实用新型公开了一种频率和方向图混合可重构天线及通信设备，所述天线包括介质基板和辐射结构，所述辐射结构设置在介质基板的正面；所述辐射结构包括凹形贴片、第一竖形贴片、第二竖形贴片、第三竖形贴片、第一地板和第二地板，所述第一竖形贴片和第二竖形贴片对称设置在凹形贴片的两侧，所述第三竖形贴片与凹形贴片的闭合端相连；所述第一地板和第二地板对称设置在第三竖形贴片的两侧，形成共面波导，所述第一地板与第一竖形贴片之间加载有第一开关，所述第二地板与第二竖形贴片之间加载有第二开关。本实用新型具有频段和方向图重构特性混合重构、开关数较少、成本低和易加工等优点。

权利要求

1.一种频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：包括介质基板和辐射结构，所述辐射结构设置在介质基板的正面；

所述辐射结构包括凹形贴片、第一竖形贴片、第二竖形贴片、第三竖形贴片、第一地板和第二地板，所述第一竖形贴片和第二竖形贴片对称设置在凹形贴片的两侧，所述第三竖形贴片与凹形贴片的闭合端相连；所述第一地板和第二地板对称设置在第三竖形贴片的两侧，形成共面波导；所述第一地板与第一竖形贴片之间加载有第一开关，所述第二地板与第二竖形贴片之间加载有第二开关。

2.根据权利要求1所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述凹形贴片的开口端两边分别加载有第一枝节组和第二枝节组，所述第一枝节组与第二枝节组对称。

3.根据权利要求2所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一枝节组包括第一枝节和第二枝节，所述第一枝节的尺寸大于第二枝节的尺寸；

所述第二枝节组包括第三枝节和第四枝节，所述第三枝节的尺寸大于第四枝节的尺寸；

所述第一枝节与第三枝节对称，所述第二枝节与第四枝节对称。

4.根据权利要求3所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一枝节和第三枝节的长度为1.1mm～1.3mm，宽度为0.8mm～1mm；所述第二枝节和第四枝节的长度为2.8mm～3mm，宽度为1mm～1.4mm。

5.根据权利要求1所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述凹形贴片的两个竖直部分别开有第一矩形缝隙和第二矩形缝隙，凹形贴片的闭合端开有第三矩形缝隙，所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙竖向设置，且第一矩形缝隙与第二矩形缝隙对称，所述第三矩形缝隙横向设置，且第三矩形缝隙的尺寸大于第一矩形缝隙、第二矩形缝隙的尺寸。

6.根据权利要求5所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙的长度为4mm～6mm，宽度为0.8mm～1.2mm，所述第三矩形缝隙的长度为16mm～20mm，宽度为1.8mm～2.2mm。

7.根据权利要求1所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一地板上开有第一L形缝隙和第一倒L形缝隙，所述第二地板上开有第二L形缝隙和第二倒L形缝隙，所述第一L形缝隙与第二L形缝隙对称，第一倒L形缝隙与第二倒L形缝隙对称。

8.根据权利要求7所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一L形缝隙和第二L形缝隙的宽度为0.9mm～1.2mm，竖直部长度为3.6mm～4.2mm，水平部长度为4.5mm～5.5mm；

所述第一倒L形缝隙和第二倒L形缝隙的宽度为1.3mm～1.7mm，竖直部长度为9mm～11mm，水平部长度为7.5mm～8.5mm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的频率和方向图混合可重构天线，其特征在于：所述第一竖形贴片和第二竖形贴片的长度为14.8mm～15mm，宽度为1.4mm～1.6mm；

所述第一地板和第二地板的长度为14mm～16mm，宽度为18mm～19mm。

10.一种通信设备，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的频率和方向图混合可重构天线。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天线，尤其是一种频率和方向图混合可重构天线及通信设备，属于天线技术领域。

背景技术

天线的方向图特性和频率特性都非常重要，目前由于频谱资源的紧张，所以在同一天线上可通过少数的开关实现多频段的切换显得尤为重要，增加频谱的复用度。而为有效对抗多径衰落，提高通信性能，有效减弱噪声干扰，方向图可重构这一特性显得尤为重要。方向图的重构可以改变发射和接收天线的方向，实现了多天线的功能，不再朝着单一方向辐射，可以根据需要随时改变方向，有效的减少不必要的噪声干扰，将方向图重构和频率重构的特性结合在同一个天线上从而实现多功能性，所以混合可重构天线非常具有研究意义、实用价值以及广泛的应用前景。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种频率和方向图混合可重构天线及通信设备，该天线具有频段和方向图重构特性混合重构、开关数较少、成本低和易加工等优点。

本实用新型的目的在于提供一种频率和方向图混合可重构天线。

本实用新型的另一目的在于提供一种通信设备。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种频率和方向图混合可重构天线，包括介质基板和辐射结构，所述辐射结构设置在介质基板的正面；

所述辐射结构包括凹形贴片、第一竖形贴片、第二竖形贴片、第三竖形贴片、第一地板和第二地板，所述第一竖形贴片和第二竖形贴片对称设置在凹形贴片的两侧，所述第三竖形贴片与凹形贴片的闭合端相连；所述第一地板和第二地板对称设置在第三竖形贴片的两侧，形成共面波导；所述第一地板与第一竖形贴片之间加载有第一开关，所述第二地板与第二竖形贴片之间加载有第二开关。

进一步的，所述介质基板的横截面形状为正方形，介质基板的尺寸为40mm×40mm×0.8mm。

进一步的，所述介质基板采用FR4介质板材，相对介电常数为3.8，损耗角正切值为0.02。

进一步的，所述第一开关和第二开关均为PIN二极管开关。

进一步的，所述凹形贴片的开口端两边分别加载有第一枝节组和第二枝节组，所述第一枝节组与第二枝节组对称。

进一步的，所述第一枝节组包括第一枝节和第二枝节，所述第一枝节的尺寸大于第二枝节的尺寸；

所述第二枝节组包括第三枝节和第四枝节，所述第三枝节的尺寸大于第四枝节的尺寸；

所述第一枝节与第三枝节对称，所述第二枝节与第四枝节对称。

进一步的，所述第一枝节和第三枝节的长度为1.1mm～1.3mm，宽度为0.8mm～1mm；所述第二枝节和第四枝节的长度为2.8mm～3mm，宽度为1mm～1.4mm。

进一步的，所述凹形贴片的两个竖直部分别开有第一矩形缝隙和第二矩形缝隙，凹形贴片的闭合端开有第三矩形缝隙，所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙竖向设置，且第一矩形缝隙与第二矩形缝隙对称，所述第三矩形缝隙横向设置，且第三矩形缝隙的尺寸大于第一矩形缝隙、第二矩形缝隙的尺寸。

进一步的，所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙的长度为4mm～6mm，宽度为0.8mm～1.2mm，所述第三矩形缝隙的长度为16mm～20mm，宽度为1.8mm～2.2mm。

进一步的，所述第一地板上开有第一L形缝隙和第一倒L形缝隙，所述第二地板上开有第二L形缝隙和第二倒L形缝隙，所述第一L形缝隙与第二L形缝隙对称，第一倒L形缝隙与第二倒L形缝隙对称。

进一步的，所述第一L形缝隙和第二L形缝隙的宽度为0.9mm～1.2mm，竖直部长度为3.6mm～4.2mm，水平部长度为4.5mm～5.5mm；

所述第一倒L形缝隙和第二倒L形缝隙的宽度为1.3mm～1.7mm，竖直部长度为9mm～11mm，水平部长度为7.5mm～8.5mm。

进一步的，所述第一竖形贴片和第二竖形贴片的长度为14.8mm～15mm，宽度为1.4mm～1.6mm；

所述第一地板和第二地板的长度为14mm～16mm，宽度为18mm～19mm。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种通信设备，包括上述的频率和方向图混合可重构天线。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型天线的两个地板与两个竖形贴片之间分别加载有开关，通过使用两个开关，可实现三个频段的切换以及四种方向图的切换，四种方向图的切换即为在H面全向和定向的切换，以及在E面方向切换，实现了频段和方向图混合可重构，在此基础上该天线还具有开关数较少、成本低和易加工等优点，可以很好地应用于无线通信、军民用雷达、智能武器制导领域。

2、本实用新型天线通过采用共面波导馈电以及类单极子的凹形辐射贴片，对比同类型天线，带宽明显增加，两个开关断开的模式一实现25％带宽，其中一个开关断开、另一个开关闭合的模式二和模式三实现5％带宽，两个开关闭合的模式四实现8％带宽。

3、本实用新型天线的介质基板都是采用FR4介质板，在介质材料的选择方面可以降低很大的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线的正面结构图。

图2为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式一时的反射系数仿真图。

图3为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式一时在E面辐射场方向图。

图4为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式一时在H面辐射场方向图。

图5为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式二时的反射系数仿真图。

图6为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式二时在E面辐射场方向图。

图7为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式二时在H面辐射场方向图。

图8为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式三时的反射系数仿真图；

图9为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式三时在E面辐射场方向图。

图10为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式三时在H面辐射场方向图。

图11为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式四时的反射系数仿真图；

图12为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式四时在E面辐射场方向图。

图13为本实用新型实施例的频率和方向图混合可重构天线处于模式四时在H面辐射场方向图。

其中，1-介质基板，2-凹形贴片，3-第一竖形贴片，4-第二竖形贴片，5-第三竖形贴片，6-第一地板，7-第二地板，8-第一开关，9-第二开关，10-第一枝节，11-第二枝节，12-第三枝节，13-第四枝节，14-第一矩形缝隙，15-第二矩形缝隙，16-第三矩形缝隙，17-第一L形缝隙，18-第一倒L形缝隙，19-第一倒L形缝隙，20-第二倒L形缝隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例：

改变天线方向图和频率特性可以利用在天线的辐射体或天线馈电结构中引入PIN二极管、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)微电子机械系统等射频开关，通过此方法来控制天线上分布的电流从而实现方向图和频率可重构，运用该方法来实现具有结构简单、体积小以及成本低的优势，而本实施例提供了一种频率和方向图混合可重构天线，并在辐射结构中引入PIN二极管开关。

如图1所示，本实施例的频率和方向图混合可重构天线包括介质基板1和辐射结构，辐射结构蚀刻在介质基板1的正面。

所述介质基板1的截面形状为正方形，介质基板1的四条边长度为40mm，厚度为0.8mm，也就是说其整体尺寸为40mm×40mm×0.8mm。

进一步地，所述介质基板1采用廉价的FR4介质板材，相对介电常数为3.8，损耗角正切值为0.02，在介质材料的选择方面可以降低很大的成本。

所述辐射结构包括凹形贴片2、第一竖形贴片3、第二竖形贴片4、第三竖形贴片5、第一地板6和第二地板7，其中凹形贴片2具有为开口端、闭合端和两个竖直部，开口端为上端，闭合端为下端，两个竖直部分别在左右两边；第一竖形贴片3、第二竖形贴片4和第三竖形贴片4即为竖向矩形贴片，其中第一竖形贴片3和第二竖形贴片4左右对称设置在凹形贴片2的两侧，第三竖形贴片4与凹形贴片的闭合端相连，具体与凹形贴片2的闭合端中间位置相连；第一地板6和第二地板7左右对称设置在第三竖形贴片5的两侧，形成共面波导，以采用微带馈电的方式为天线馈电；第一地板6与第一竖形贴片3之间加载有第一开关8，第二地板7与第二竖形贴片4之间加载有第二开关9，本实施例的第一开关8和第二开关9为PIN二极管开关，通过使用第一开关8和第二开关9，可实现三个频段的切换以及四种方向图的切换，第一开关8和第二开关9断开时，实现模式一，第一开关8断开、第二开关9闭合时，实现模式二，第一开关8闭合、第二开关9断开时，实现模式三，第一开关8和第二开关9闭合时，实现模式四。

本实施例中，第一竖形贴片3和第二竖形贴片4的长度为14.9mm，宽度为1.5mm；第一地板6和第二地板7的长度为15mm，宽度为18.5mm。

所述凹形贴片2的开口端两边分别加载有第一枝节组和第二枝节组，第一枝节组与第二枝节组对称；进一步地，第一枝节组包括第一枝节10和第二枝节11，第二枝节组包括第三枝节12和第四枝节13，第一枝节10与第三枝节12对称，第二枝节11与第四枝节13对称，即第一枝节10与第三枝节12尺寸一致，第二枝节11与第四枝节13尺寸一致，且第一枝节10、第三枝节12的尺寸大于第二枝节11、第四枝节13的尺寸。

本实施例中，第一枝节10与第三枝节12的长度为2.9mm，宽度为1.2mm，第二枝节和第四枝节的长度为1.1mm，宽度为1mm。

进一步地，凹形贴片2的两个竖直部分别挖去一个小矩形缝隙，分别为第一矩形缝隙14和第二矩形缝隙15，凹形贴片2的闭合端挖去一个大矩形缝隙，为第三矩形缝隙16，第一矩形缝隙14和第二矩形缝隙15竖向设置，且第一矩形缝隙14与第二矩形缝隙15对称，即第一矩形缝隙14和第二矩形缝隙15的尺寸一致，第三矩形缝隙16横向设置，其大于第一矩形缝隙14、第二矩形缝隙15的尺寸，通过第一矩形缝隙14、第二矩形缝隙15和第三矩形缝隙16可以为了调节模式二和模式三的阻抗匹配。

本实施例中，第一矩形缝隙14和第二矩形缝隙15的长度为5mm，宽度为1.2mm，第三矩形缝隙16的长度为18mm，宽度为2mm。

进一步地，第一地板6上挖去一个小L形缝隙和一个倒L形缝隙，分别为第一L形缝隙17和第一倒L形缝隙18；第二地板7上挖去一个小L形缝隙和一个倒L形缝隙，分别为第二L形缝隙19和第二倒L形缝隙20，第一L形缝隙17与第二L形缝隙18对称，即第一L形缝隙17和第二L形缝隙18的尺寸相同，第一倒L形缝隙19与第二倒L形缝隙20对称，即第一倒L形缝隙19与第二倒L形缝隙20的尺寸相同，通过第一L形缝隙17、第二L形缝隙19、第一倒L形缝隙18和第二倒L形缝隙20，可以使模式四产生有效辐射，以及调节阻抗匹配。

本实施例中，所述第一L形缝隙17和第二L形缝隙18均具有竖直部和水平部，竖直部和水平部的宽度相同，均为1.1mm，竖直部的长度为3.9mm，水平部的长度为5mm；第一倒L形缝隙和第二倒L形缝隙均具有竖直部和水平部，竖直部和水平部的宽度相同，均为1.5mm，竖直部的长度为10mm，水平部长度为8mm。

上述实施例中，所述辐射结构采用金属材料制成，金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

如图2、图5、图8和图11所示，从图2中可以看出该天线在模式一频段的-10dB阻抗带宽为3.34GHz～4.23GHz；从图5中可以看出该天线在模式二频段的-10dB阻抗带宽为3.78GHz～4.26GHz；从图8中可以看出该天线在模式三频段的-10dB阻抗带宽为3.8GHz～4.26GHz；从图11中可以看出该天线在模式四频段的-10dB阻抗带宽为5.37GHz～5.63GHz。

通过控制开关的状态，可以实现方向图可重构。当天线处于模式一时(见下表1)，天线工作频段和方向图如图3和图4所示(仅取了其中一个频点)，当天线处于模式二时(见下表1)，天线工作方向图如图6和图7所示(仅取了其中一个频点)，当天线处于模式3时(见下表1)，天线工作方向图如图9和图10所示(仅取了其中一个频点)，当天线处于模式4时(见下表1)，天线工作方向图如图12和图13所示(仅取了其中一个频点)。

表1天线各个模式的状态

综上所述，本实用新型天线具有尺寸小、宽频带、开关数少、结构简单的优点，使用两个开关可实现三个频段的切换，以及实现在H面全向和定向的切换以及在E面的方向图的切换，适用于各种通信设备，如无线通信设备(手机、平板电脑等)、军民用雷达设备、智能武器制导设备等。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

频率和方向图混合可重构天线及通信设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。