一种极化可重构天线及通信设备的制作方法

1.本发明实施例涉及天线技术领域，特别是涉及一种极化可重构天线及通信设备。


背景技术：

2.随着无线通信系统朝向高集成度、多功能化的方向发展，传统的单功能天线无法满足天线的使用需求。极化可重构天线的提出和发展提供了很好的解决方案。
3.不同极化状态的天线可应用于不同领域，例如，圆极化天线因其具备抗干扰特性被应用于卫星或雷达领域，垂直极化或水平极化天线被应用于终端消费电子领域，45度极化天线被应用于基站领域等等。因此，极化可重构天线可以实现切换到不同的极化状态，进而使得极化可重构天线适用于多种场景。此外，极化可重构天线对实现极化分集尤为重要，通过在同一频段采用不同的极化方式(如左旋圆极化、右旋圆极化或线极化)可以有效缓和多径衰落损耗、实现频分复用，进而增加信道容量、改善链路质量，同时也能减小系统尺寸。
4.目前，极化可重构天线的整体结构复杂，例如，极化可重构天线由于具有多个极化，通常采用可重构馈电网络实现天线的极化可重构，因此，导致极化可重构天线的整体结构复杂。
5.因此，急需一种结构简单、无需复杂馈电、低成本的极化可重构天线。


技术实现要素：

6.本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种极化可重构天线及通信设备，能够简化结构、降低成本。
7.为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：一种极化可重构天线，包括基板、馈电模组和天线模组；基板设有相对的第一表面和第二表面，第一表面设有馈电缝隙，第一表面定义有平行于第一表面的第一方向、沿第一方向顺时针偏移第一角度的第二方向和沿第一方向逆时针偏移第二角度的第三方向；馈电模组设置于第二表面，馈电模组与馈电缝隙耦合；天线模组包括第一辐射元件和若干具有金属孔的第二辐射元件，第一辐射元件和若干第二辐射元件均设置于第一表面，并覆盖馈电缝隙，第二辐射元件的金属孔用于收容金属柱，进而控制第二辐射元件的辐射；其中，沿第一方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成线极化介质谐振器，沿第二方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成右旋圆极化介质谐振器，沿第三方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成左旋圆极化介质谐振器。
8.可选的，还包括控制模组，控制模组包括若干金属柱；一金属柱插接于一金属孔，金属柱用于抑制第二辐射元件的辐射，进而实现控制天线模组的极化状态；其中，当天线模组处于线极化状态时，若干金属柱分别插接于第二方向和第三方向的若干金属孔内，当天线模组处于右旋圆极化状态时，若干金属柱分别插接于第一方向和第三方向的若干金属孔内，当天线模组处于左旋圆极化状态时，若干金属柱子分别插接于第一方向和第二方向的
若干金属孔内。
9.可选的，第二辐射元件靠近第一辐射元件的一端为弧形设置。
10.可选的，第一辐射元件设有若干凸出部，一凸出部靠近一第二辐射元件的弧形面。
11.可选的，凸出部设置为三角形。
12.可选的，第一角度和第二角度均为40度。
13.可选的，馈电模组包括具有t型分支的微带线，微带线设置于第二表面，微带线的分支在第一表面上的投影与馈电缝隙垂直相交。
14.可选的，微带线为共面波导传输线。
15.可选的，还包括若干隔离柱，若干隔离柱均埋设于基板，并且若干隔离柱环绕包围微带线。
16.为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种通信设备，包括上述的极化可重构天线。
17.本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过沿第一方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成线极化介质谐振器，沿第二方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成右旋圆极化介质谐振器，沿第三方向，一第二辐射元件、第一辐射元件和一第二辐射元件于同一直线上形成左旋圆极化介质谐振器，即通过第一辐射元件和若干第二辐射元件分别于第一方向、第二方向和第三方向上形成有线极化、右旋圆极化和左旋圆极化的介质谐振器，进而使得天线具有实现不同极化状态的介质谐振器，从而通过金属孔收容金属柱实现控制天线模组的极化状态，无需复杂的馈电模组，有效简化天线的整体结构，降低成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1是本发明实施例中的极化可重构天线的整体结构示意图一；
20.图2是本发明实施例中的极化可重构天线的整体结构的爆炸图；
21.图3是本发明实施例中的极化可重构天线的整体结构示意图二；
22.图4是本发明实施例中的极化可重构天线的整体结构示意图三；
23.图5是本发明实施例中的极化可重构天线的线极化工作状态的金属柱安装示意图；
24.图6是本发明实施例中的极化可重构天线的右旋圆极化工作状态的金属柱安装示意图；
25.图7是本发明实施例中的极化可重构天线的左旋圆极化工作状态的金属柱安装示意图；
26.图8是本发明实施例中的极化可重构天线的处于不同的第一角度或第二角度时的轴比带宽图；
27.图9是本发明实施例中的极化可重构天线的3种极化工作状态的s参数图；
28.图10是本发明实施例中的极化可重构天线的3种极化工作状态的轴比带宽图。
29.图中：1基板、10第一表面、11第二表面、12馈电缝隙、2馈电模组、20微带线、3天线模组、30第一辐射元件、300凸出部、31第二辐射元件、310金属孔、4控制模组、40金属柱、5隔离柱。
具体实施方式
30.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.请参阅图1至图10，一种极化可重构天线，包括基板1、馈电模组2和天线模组3；基板1设有相对的第一表面10和第二表面11，第一表面10设有馈电缝隙12，第一表面10定义有平行于第一表面10的第一方向、沿第一方向顺时针偏移第一角度的第二方向和沿第一方向逆时针偏移第二角度的第三方向；馈电模组2设置于第二表面11，馈电模组2与馈电缝隙12耦合；天线模组3包括第一辐射元件30和若干具有金属孔310的第二辐射元件31，第一辐射元件30和若干第二辐射元件31均设置于第一表面10，并覆盖馈电缝隙12，第二辐射元件31的金属孔310用于收容金属柱40，进而控制第二辐射元件31的辐射。
34.一实施例中，对于上述天线的整体结构，具体如下：基板1为矩形基本，设有第一金属层、第二金属层和天线地，其中，第一金属层涂覆于第一表面10，第二金属层涂覆于第二表面11，天线地设置于第一表面10，馈电缝隙12为矩形馈电缝隙12，并且馈电缝隙12于第一表面10贯穿天线地。请参阅图4，馈电模组2包括具有t型分支的微带线20，其中，微带线20为共面波导传输线，微带线20设置于第二表面11，微带线20的t型分支在第一表面10上的投影与馈电缝隙12垂直相交，即微带线20的t型分支在天线地上的投影与馈电缝隙12垂直相交，进而实现馈电。天线包括第一辐射元件30和若干第二辐射元件31，其中，沿第一方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上排布，并且形成线极化介质谐振器，进而使得天线模组3能够辐射线极化波束，沿第二方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上排布，并且形成右旋圆极化介质谐振器，进而使得天线模组3能够辐射右旋圆极化波束，沿第三方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上排布，并且形成左旋圆极化介质谐振器，进而使得天线模组3能够辐射左旋圆极化波束，综上所述，即第一辐射元件30和若干第二辐射元件
31分别于第一方向、第二方向和第三方向上形成有线极化、右旋圆极化和左旋圆极化的介质谐振器。
35.工作时，请参阅图5至图7，通过控制不同方向的第二辐射元件31的金属孔310，进而实现控制天线模组3的极化状态，例如，通过控制第一方向的第二辐射元件31的金属孔310，实现控制天线模组3辐射线极化波束，通过控制第二方向的第二辐射元件31的金属孔310，实现控制天线模组3辐射右旋圆极化波束，通过控制第三方向的金属孔310，实现控制天线模组3辐射左旋圆极化波束。需要说明的是，对于上述天线模组3的极化状态，为了避免你三种极化状态辐射时的相互影响，因此，三种极化状态在工作时只能存在一种，即天线模组3工作时只能辐射线极化波束、右旋圆极化波束和左旋圆极化波束中的一种。
36.一实施例中，请参阅图9，图示为天线模组3三种极化状态下的s参数结果，由图可知，天线模组3三种极化状态下的工作频带范围均覆盖12-15ghz，因此，本技术中极化可重构天线可应用于ku波段微信通信。
37.对于上述如何通过金属孔310实现控制天线模组3的极化状态，请参阅图1至图7，还包括控制模组4，控制模组4包括若干金属柱40；一金属柱40插接于一金属孔310，金属柱40用于抑制第二辐射元件31的辐射，进而实现控制天线模组3的极化状态。
38.一实施例中，金属孔310设置于第二辐射元件31靠近第一辐射元件30的一端，金属孔310为圆柱形通孔，金属柱40为圆柱形柱子，通过金属柱40插入金属孔310内，并且金属柱40的底部与涂覆于第一表面10的第一金属层抵接，即可实现抑制第二辐射元件31的辐射，进而实现控制天线模组3的极化状态，具体如下：当天线模组3处于线极化状态时，若干金属柱40分别插接于第二方向和第三方向的若干金属孔310内，此时，插接于第二方向和第三方向的若干金属柱40分别抑制第二方向和第三方向的第二辐射元件31的辐射，第一方向上的第一辐射元件30和第二辐射元件31共同作用并辐射线极化波束。当天线模组3处于右旋圆极化状态时，若干金属柱40分别插接于第一方向和第三方向的若干金属孔310内，此时，插接于第一方向和第三方向的若干金属柱40分别抑制第一方向和第三方向的第二辐射元件31的辐射，第二方向上的第一辐射元件30和第二辐射元件31共同作用并辐射右旋圆极化波束。当天线模组3处于左旋圆极化状态时，若干金属柱40子分别插接于第一方向和第二方向的若干金属孔310内，此时，插接于第一方向和第二方向的若干金属柱40分别抑制第一方向和第二方向的第二辐射元件31的辐射，第三方向上的第一辐射元件30和第二辐射元件31共同作用并辐射左旋圆极化波束。
39.进一步的，对于上述第二辐射元件31，请参阅图1至图3，第二辐射元件31靠近第一辐射元件30的一端为弧形设置。
40.一实施例中，第二辐射元件31设有第一端和第二端，第一端为半圆形，即具有弧形面，第二端为矩形，由于若干第二辐射元件31于第一方向、第二方向和第三方向上均有排布，因此，为了避免不同方向上的第二辐射元件31的第一端发生碰撞，或为了避免第二辐射元件31的第一端发生接触并产生影响，通过第二辐射元件31的第一端设置为半圆形，可使不同方向上的第二辐射元件31的第一端之间产生间隙，进而有效避免不同方向上的第二辐射元件31的第一端之间发生碰撞或发生接触并产生影响。
41.进一步的，对于上述第一辐射元件30，请参阅图1至图3，第一辐射元件30设有若干凸出部300，一凸出部300靠近一第二辐射元件31的弧形面。
42.一实施例中，第一辐射元件30的数量为一个，第二辐射元件31的数量为六个，因此，第一辐射元件30对应第二辐射元件31设有六个凸出部300。此外，由于六个凸出部300分布于第一辐射元件30的不同方向上，因此，为了避免不同凸出部300之间发生碰撞并造成冲突，凸出部300设置为三角形，并且三角形凸出部300的其中一角在空间上靠近第二辐射元件31的弧形面，通过凸出部300在空间上靠近第二辐射元件31，有利于整体天线模组3的整体辐射，进而有利于增强天线的整体辐射强度。
43.进一步的，对于上述第二方向和第三方向相对于第一方向的偏移角度，请参阅图3，定义第一角度和第二角度均为θ，θ的范围为30度≤≤50度，其中，θ具体为40度，即第一角度和第二角度均为40度。
44.一实施例中，第一辐射元件30和第二辐射元件31通过旋转或偏移角度排布可以实现辐射圆极化波束，即将第一辐射元件30和第二辐射元件31排布于第二方向或第三方向可以实现辐射圆极化波束，而通过旋转或偏移不同的角度，可使第一辐射元件30和第二辐射元件31形成的介质谐振器具有不同的轴比带宽，即可使天线具有不同的轴比带宽。
45.请参阅图8，图示为不同θ时，第一辐射元件30和第二辐射元件31形成的介质谐振器的轴比带宽，对于介质谐振器的轴比带宽的得出方法，具体如下：图示中的y轴为天线的轴比，在y轴的3db处引出一条平行于x轴的直线，该直线与轴比曲线的两个交点的差值为轴比带宽。其中，当旋转角度为30度时，介质谐振器的轴比频带范围为12.4-13.2ghz和14.1-15.1ghz，即轴比带宽为0.8ghz和1ghz，当旋转角度为40度时，介质谐振器的轴比频带范围为12.6-15.3ghz，即轴比带宽为2.7ghz，当旋转角度为50度时，介质谐振器的轴比频带范围为12.9-13.8ghz和14.8-15.4ghz，即轴比带宽为0.9ghz和0.6ghz。因此，本技术中，第一辐射元件30和第二辐射元件31形成的介质谐振器的旋转角度为40度，即第一角度和第二角度均为40度，有利于介质谐振器具备更佳的轴比带宽，进而提高天线的抗干扰能力，从而有利于天线的使用。
46.进一步的，请参阅图1至图3，还包括若干隔离柱5，若干隔离柱5均埋设于基板1，并且若干隔离柱5环绕包围微带线20，其中，若干隔离柱5均为圆柱形金属，若干隔离柱5环绕形成t型设置，埋设于基板1的介质层，形成封闭腔体，抑制能量泄露。
47.本发明实施例通过沿第一方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上形成线极化介质谐振器，沿第二方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上形成右旋圆极化介质谐振器，沿第三方向，一第二辐射元件31、第一辐射元件30和一第二辐射元件31于同一直线上形成左旋圆极化介质谐振器，即通过第一辐射元件30和若干第二辐射元件31分别于第一方向、第二方向和第三方向上形成有线极化、右旋圆极化和左旋圆极化的介质谐振器，进而使得天线具有实现不同极化状态的介质谐振器，从而通过金属孔310收容金属柱40实现控制天线模组3的极化状态，无需复杂的馈电模组2，有效简化天线的整体结构，降低成本。
48.本发明又提供通信设备实施例，通信设备包括上述的极化可重构天线，对于极化可重构天线的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。
49.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种极化可重构天线，其特征在于，包括：基板，设有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有馈电缝隙，所述第一表面定义有平行于第一表面的第一方向、沿第一方向顺时针偏移第一角度的第二方向和沿第一方向逆时针偏移第二角度的第三方向；馈电模组，设置于所述第二表面，所述馈电模组与所述馈电缝隙耦合；天线模组，包括第一辐射元件和若干具有金属孔的第二辐射元件，所述第一辐射元件和若干第二辐射元件均设置于所述第一表面，并覆盖所述馈电缝隙，所述第二辐射元件的金属孔用于收容金属柱，进而控制第二辐射元件的辐射；其中，沿所述第一方向，一所述第二辐射元件、所述第一辐射元件和一所述第二辐射元件于同一直线上形成线极化介质谐振器，沿所述第二方向，一所述第二辐射元件、所述第一辐射元件和一所述第二辐射元件于同一直线上形成右旋圆极化介质谐振器，沿所述第三方向，一所述第二辐射元件、所述第一辐射元件和一所述第二辐射元件于同一直线上形成左旋圆极化介质谐振器。2.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于，还包括控制模组，所述控制模组包括若干金属柱；一所述金属柱插接于一所述金属孔，所述金属柱用于抑制所述第二辐射元件的辐射，进而实现控制所述天线模组的极化状态；其中，当所述天线模组处于线极化状态时，所述若干金属柱分别插接于所述第二方向和第三方向的若干金属孔内，当所述天线模组处于右旋圆极化状态时，所述若干金属柱分别插接于所述第一方向和第三方向的若干金属孔内，当所述天线模组处于左旋圆极化状态时，所述若干金属柱子分别插接于所述第一方向和第二方向的若干金属孔内。3.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于，所述第二辐射元件靠近所述第一辐射元件的一端为弧形设置。4.根据权利要求3所述的极化可重构天线，其特征在于，所述第一辐射元件设有若干凸出部，一所述凸出部靠近一所述第二辐射元件的弧形面。5.根据权利要求4所述的极化可重构天线，其特征在于，所述凸出部设置为三角形。6.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于，所述第一角度和第二角度均为40度。7.根据权利要求1所述的极化可重构天线，其特征在于，所述馈电模组包括具有t型分支的微带线，所述微带线设置于所述第二表面，所述微带线的分支在所述第一表面上的投影与所述馈电缝隙垂直相交。8.根据权利要求7所述的极化可重构天线，其特征在于，所述微带线为共面波导传输线。9.根据权利要求7所述的极化可重构天线，其特征在于，还包括若干隔离柱，所述若干隔离柱均埋设于所述基板，并且所述若干隔离柱环绕包围所述微带线。10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的极化可重构天线。

技术总结
本发明实施例涉及天线技术领域，公开了一种极化可重构天线，包括基板、馈电模组和天线模组；基板设有相对的第一表面和第二表面，第一表面设有馈电缝隙及定义有第一方向、第二方向和第三方向；馈电模组设置于第二表面，并与馈电缝隙耦合；天线模组包括第一辐射元件和若干具有金属孔的第二辐射元件，第一辐射元件和若干第二辐射元件均设置于第一表面，并覆盖馈电缝隙；其中，第一辐射元件和若干第二辐射元件分别于第一方向、第二方向和第三方向上形成有线极化、右旋圆极化和左旋圆极化的介质谐振器。通过上述方式，本发明实施例能够通过金属孔收容金属柱实现控制天线模组的极化状态，进而无需复杂的馈电模组，从而简化天线的整体结构，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：赵伟
受保护的技术使用者：深圳市信维通信股份有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/21