[发明专利]一种波束方向可切换天线

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及带有PIN二极管开关的波束方向可切换的天线。

背景技术

由于越来越多的信息内容需要传输，现代通信系统对无线通信中的信息传输速率要求也越来越高，但是由于多径衰落的存在，数据传输速率随着信号传输距离的增加而减小。大量研究表明，恰当使用可切换波束的天线是一条解决此问题的途径。可切换波束天线能根据通信环境的变化实时改变发射和接收天线的波束方向，从而有效减弱噪声干扰，对抗多径衰落，提高信息传输速率。在车载、机载或者天线下方具有其他射频电路等应用场景下，天线应该避免辐射向下半空间，以减少对于其它微波电路的干扰。

文献“Compact Switched-Beam Antenna Employing a Four-Element Slot Antenna Array for Digital Home Applications（利用四元缝隙天线阵组成的紧凑波束可切换天线及其在数字家庭中的应用）”《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》[J].Sept.2008:2929–2936，Ming-Iu Lai，Tzung-YuWu，Jung-ChinHsieh，et al.设计了一种四角开槽的正方形波束方可切换天线（如图1）。该天线由绝缘介质基板及印制在其下方的金属地板、印制在绝缘介质基板上表面的控制电路、在金属地板四角开设的四个“L”形槽的发射体组成，馈电点位于天线正中心，采用同轴馈线从背面对天线进行馈电，馈电点四周焊接四个二极管，每个二极管的另一端都焊接在一端馈线上，馈线的另一端延伸至地板“L”形槽的上方，另外，该天线还设计了含二极管开关的直流偏置电路，通过切换开关，天线可以实现八种波束指向并覆盖天线地板所在平面，但由于发射体辐射角度的限制，该天线不能覆盖其正上方的部分圆锥形空间；由于该天线采用的是地板槽作为发射体，而槽天线固有的特性使其工作频带较窄，此天线的工作频带为100MHz，不能满足宽带通信的要求；另外，该天线的四个辐射槽均位于金属地板上，将对天线的上方和下方同时辐射能量，由于该天线采用的是背馈方式，信号处理模块位于天线的下方，天线对下半空间的辐射将会使信号处理模块等其他射频电路产生干扰甚至烧坏电路。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计出一种波束方向可切换天线，该天线利用位于本体上六组含控制电路及准八木天线的单元天线，并通过控制电路中六个PIN二极管开关的通断实现六个不同方向波束之间的切换，从而达到天线发射波束覆盖其上半空间、屏蔽对下半空间的辐射、增加工作带宽的目的。

本发明解决方案是采用正六边形绝缘介质基板底面及与其成相同夹角的六块梯形绝缘介质基板侧面围成的“碟形”天线本体代替背景技术中的正方形平板天线本体，从而使天线辐射能覆盖上半空间且屏蔽对下半空间的辐射；同时将准八木天线分设于各梯形绝缘介质基板上作为发射体、以代替背景技术中设于地板上的“L”形槽形发射体，从而增加天线的工作频带宽度。本发明在“碟形”天线本体中正六边形绝缘介质基板中心设置馈电点，在绝缘介质基板的下表面设置一金属地板、并将其上表面等分为以馈电点为中心的六个三角形区域；在每个三角形区域内的基板表面上分别设一控制电路，而在与对应于各三角形区域连接的梯形绝缘介质基板上分别设置一准八木天线，该准八木天线与对应三角形区域内的控制电路通过导线连接，控制电路同时通过隔直电容与馈电点连接、通过接地电感与金属地板连接，从而分别组成相对独立的单元天线；工作时分别通过控制单元天线中PIN二极管开关的通断实现各单元天线的转换。因而本发明波束方向可切换天线包括：天线本体、位于本体上的控制电路及发射体、同轴馈线，其特征在于：天线本体为正六边形绝缘介质基板底面及与其成相同夹角的六块梯形绝缘介质基板侧面围成的“碟形”天线本体，正六边形绝缘介质基板下表面设置一金属地板，上表面中心位置设置一馈电点，并将其上表面等分为以馈电点为中心的六个三角形区域；在每个三角形区域内的基板表面上分别设一控制电路，而在与对应于各三角形区域连接的梯形绝缘介质基板上分别设一发射体，该发射体采用准八木天线，该准八木天线与对应三角形区域内的控制电路通过导线连接，控制电路同时通过隔直电容与馈电点连接，从而分别组成相对独立的单元天线；同轴馈线由金属地板下方对天线馈电，其外导体与金属地板连接，内导体穿过金属地板与正六边形绝缘介质基板上表面的馈电点连接。