[发明专利]一种可重构辐射模式的天线系统

说明书

本发明涉及物联网领域的天线系统配置技术，其公开了一种可重构辐射模式的天线系统，解决传统物联网天线系统采用全向辐射模式存在的连接距离受限，而采用波束成形技术增加天线方向性方案存在的引入额外的插入损耗，增加系统成本的问题。该天线系统包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。本发明适用于物联网领域需要布置无线系统的场景。

技术领域

本发明涉及物联网领域的天线系统配置技术，具体涉及一种可重构辐射模式的天线系统。

背景技术

随着物联网的技术的发展，越来越多的联网设备融入到社会日常生产活动中。相比有线通信来说，无线通信由于具有不需要布线，组网方便的优势在物联网领域更受用户青睐。

目前，全向天线(如单极天线)是大多数物联网无线系统最常用的天线解决方案。这种天线的全向辐射模式局限了整个物联网系统的连接距离。物联网无线系统的另一种选择是通过在阵列天线中使用波束成形技术来增加天线的方向性来增加传输距离。这种技术通过控制馈送到天线阵列中的每个元件的信号的幅度和相位以获得不同形状的辐射图案。但是这种技术所采用的移相器和放大器会引入额外的插入损耗，并增加了系统的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种可重构辐射模式的天线系统，解决传统物联网天线系统采用全向辐射模式存在的连接距离受限，而采用波束成形技术增加天线方向性方案存在的引入额外的插入损耗，增加系统成本的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可重构辐射模式的天线系统，包括位于接地平面上的驱动元件和寄生元件组；所述寄生元件组包括分布于驱动元件周围的寄生元件，且每一个寄生元件由上下两部分组成，上部分和下部分之间以及下部分与接地平面之间均采用可控开关连接。

在本方案中，采用由通过可控开关连接的上、下两部分组成的寄生元件，并通过可控开关连接接地平面，从而可以通过控制与接地平面连接的可控开关实现寄生元件的开/关，并可以通过控制上下两部分之间的可控开关调节寄生元件的长度；由此可以根据实际需求选择不同分布位置的寄生元件形成反射子或导向子，从而获得不同的辐射模式，控制天线辐射的方向性，延长通信距离，也未产生额外的插入损耗，同时能够节约系统成本。

作为进一步优化，所述寄生元件组包括至少两组分布于驱动元件周围的寄生元件，所述至少两组寄生元件呈前后对应设置。

在本方案中，采用多组呈前后对应设置的寄生元件可以获得更多的导向子或反射子，从而获得更多的方向性和增益。

作为进一步优化，所述寄生元件组包括两组寄生元件，所述接地平面为方形接地平面，所述驱动元件设置于方形接地平面中心，所述两组寄生元件呈前后对应设置在方形接地平面的对角线上，由驱动元件到第一组寄生元件的距离为0.125λ₀，由驱动元件到第二组寄生元件的距离为0.25λ₀，λ₀表示自由空间波长。

在本方案中，为了同时兼顾增益和成本，采用两组寄生元件，而考虑到电磁波在空间传送及反射的特性，为了减小噪声干扰和能量损耗，获得最大增益，特设置两组寄生元件在方形接地屏幕的对角线上，并设置驱动元件到第一组寄生元件和第二组寄生元件的上述距离。

作为进一步优化，所述驱动元件为折叠偶极子天线，采用折叠偶极子天线作为驱动元件，具有增益高、频率覆盖宽、噪声低的优点。

作为进一步优化，所述可控开关为流体开关，采用流体开关，相比于其它电子开关可以降低系统成本，并且设计也更简单。

作为进一步优化，所述流体开关为外置式三维打印流体开关或中心导通式流体开关，采用这两种流体开关可以更加简便地实现寄生元件的控制，降低成本。