可重构天线及移动终端的制作方法

本发明涉及无线通信领域的天线技术，特别涉及一种可重构天线及使用所述可重构天线的移动终端。

背景技术：

在无线通信领域，小型化、多功能化、宽带化、大容量化等已成为业界所努力追求的方向。随着频谱资源日趋紧张、小区内用户数激涨和无线干扰源众多的问题越来越严重，传统的单功能天线也无法满足当今无线通信的需要。方向图可重构天线作为可重构天线的一个重要的分支，可以调整辐射波束，让辐射零点对准干扰源，而让辐射主波束方向对准目标用户，以此来减少干扰，提高安全性，降低误码率，提高信道容量以及节约能源，从而提升系统整体性能。而双极化天线是当前通信领域备受关注且应用广泛的一种天线。

自从在1996年的IEEE天线和传播年会上被列为一类研讨课题以来，具有双极化特性的可重构天线(简称双极化天线)已受到人们广泛研究。在合成孔径雷达系统方面，利用物质对不同极化的电磁波有着不同的散射特性，采用正交双极化工作模式可以获得充足的物质信息，从而有利于更好地区分和鉴别物质；在卫星通信系统方面，采用双极化天线可以在同一带宽内发射两种不同极化的信号，节约了频率资源，有效的提高了频谱利用率。此外，双极化天线还具有收发一体化、极化捷变的特点。而对于±45°的双线极化天线，在移动通信中有着极大的优势。双极化天线可以利用收发一体的特点来减少基站天线使用的数量，从而节约成本和减小基站天线的体积。除此之外，双极化天线还具有抑制干扰的能力，从而提高通信质量。

隔离度是双极化天线一项非常重要的参数，它表示端口之间相互耦合的强弱。在天线领域中，天线端口工作时受到其它端口影响越小越好，即端口之间隔离度越高越好。若端口之间的耦合很大，天线的能量可能辐射不出去，且会干扰其它端口发射的信号，同时会带来一系列的问题，严重可能导致天线无法正常工作。因此，如何提高天线的隔离度是为业界持续研发的方向。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种可重构天线及使用所述可重构天线的移动终端，所述可重构天线能够实现良好的隔离度。

第一方面，本发明提供一种可重构天线，包括依次层叠设置的馈电层、第一介质层、接地层及第二介质层。所述馈电层与所述接地层耦合。所述可重构天线还包括：设置在所述第二介质层之远离所述接地层一侧的激励单元、一对第一寄生单元和一对贴片。所述一对第一寄生单元沿着第一方向分布在所述激励单元的两侧且均与所述激励单元之间保持间隙，所述一对贴片沿着第二方向分布在所述激励单元的两侧且均与所述激励单元之间保持间隙，所述第一方向垂直于所述第二方向。所述一对第一寄生单元与所述接地层之间均通过短路组件和开关组件相连接，所述一对贴片用于提高所述可重构天线的隔离度。

本发明之第一方面，在激励单元的两侧沿第一方向设置一对第一寄生单元，用于实现波束偏转，对可重构天线的辐射方向图起到引向和反射的作用。但第一寄生单元的设置，使得激励贴片的电流分布不均匀，增强了可重构天线的端口之间的隔离度。本发明通过在激励单元的两侧设置沿第二方向分布(即与一对寄生单元正交分布)的一对贴片，可以使得激励单元上的电流分布更对称，能够提高可重构天线的隔离度，改善可重构天线的匹配和带宽。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，所述可重构天线还包括层叠设于所述激励单元之远离所述第二介质层的表面的第三介质层和第二寄生单元，所述第三介质层设于所述第二寄生单元和所述激励单元之间，所述第二寄生单元和所述激励单元尺寸相同，且均为金属贴片。

结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，所述贴片的面积小于所述激励单元的面积。

结合第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述一对第一寄生单元呈中心对称的多边形形状，所述一对贴片亦为呈中心对称的多边形形状。

结合第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述贴片的边长为所述激励单元的边长的0.1-0.8倍。

结合第二种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述一对第一 寄生单元和所述一对贴片均呈圆形。

结合第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述贴片的直径为所述激励单元的直径的0.1-0.8倍。

结合第二种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，所述短路组件包括连接在所述第一寄生单元和所述接地层之间的多个短路钉，所述多个短路钉以所述第一寄生单元的中心为圆心排列在一个圆周上；所述接地层上设有圆环形缝隙，所述圆环形缝隙的中心与所述第一寄生单元的中心在所述接地层上的正投影重合，所述开关组件包括多个开关元件，所述多个开关元件分布在所述圆环形缝隙中，所述多个开关元件位于所述多个短路钉的外围，通过控制所述多个开关元件的通断控制所述第一寄生单元与所述接地层之间的连接。

结合第二种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，所述接地层设有两个H形缝隙，所述两个H形缝隙与所述激励单元正对，所述馈电层通过所述两个H形缝隙，将信号耦合至所述激励单元。

结合第二种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，所述两个H形缝隙彼此正交设置，所述馈电层包括两条彼此正交设置的馈电微带线，每条所述馈电微带线均包括馈电端和耦合端，所述两个耦合端分别与所述两个H形缝隙正对。

第二方面，本发明提供一种可重构天线，包括依次层叠设置的馈电层、第一介质层、接地层及第二介质层，所述馈电层与所述接地层耦合，所述可重构天线还包括两个结构相同的天线单元。每个所述天线单元均包括：设置在所述第二介质层之远离所述接地层一侧的激励单元、一对第一寄生单元和一对贴片。所述一对第一寄生单元沿着第一方向分布在所述激励单元的两侧且均与所述激励单元之间保持间隙，所述一对贴片沿着第二方向分布在所述激励单元的两侧且均与所述激励单元之间保持间隙，所述第一方向垂直于所述第二方向。所述一对第一寄生单元与所述接地层之间均通过短路组件和开关组件相连接，所述一对贴片用于提高所述可重构天线的隔离度。所述两对贴片排列在一条直线上。

本发明之第二方面之可重构天线包括两个结构相同的天线单元并排或排列设置，每个天线单元中，在激励单元的两侧沿第一方向设置一对第一寄生单元，用于实现波束偏转，对可重构天线的辐射方向图起到引向和反射的作用。但第一寄生单元的设置，使得激励贴片的电流分布不均匀，增强了可重构天线的端 口之间的隔离度。本发明通过在激励单元的两侧设置沿第二方向分布(即与一对寄生单元正交分布)的一对贴片，可以使得激励单元上的电流分布更对称，能够提高可重构天线的隔离度，改善可重构天线的匹配和带宽。所述可重构天线的模式较多，有四种模式，通过贴片的设置，能够改善每一处模式下的可重构天线的隔离度。

结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，所述可重构天线还包括层叠设于所述激励单元之远离所述第二介质层的表面的第三介质层，每个所述天线单元均包括第二寄生单元，所述第三介质层设于所述第二寄生单元和所述激励单元之间，所述第二寄生单元和所述激励单元尺寸相同，且均为金属贴片。

结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，所述贴片的面积小于所述激励单元的面积。

结合第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述一对第一寄生单元呈中心对称的多边形形状，所述一对贴片亦为呈中心对称的多边形形状。

结合第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述贴片的边长为所述激励单元的边长的0.1-0.8倍。

结合第二种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述一对第一寄生单元和所述一对贴片均呈圆形。

结合第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述贴片的直径为所述激励单元的直径的0.1-0.8倍。

结合第二种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，所述短路组件包括连接在所述第一寄生单元和所述接地层之间的多个短路钉，所述多个短路钉以所述第一寄生单元的中心为圆心排列在一个圆周上；所述接地层上设有圆环形缝隙，所述圆环形缝隙的中心与所述第一寄生单元的中心在所述接地层上的正投影重合，所述开关组件包括多个开关元件，所述多个开关元件分布在所述圆环形缝隙中，所述多个开关元件位于所述多个短路钉的外围，通过控制所述多个开关元件的通断控制所述第一寄生单元与所述接地层之间的连接。

结合第二种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，所述接地层设有两个H形缝隙，所述两个H形缝隙与所述激励单元正对，所述馈电层通过所述两个H形缝隙，将信号耦合至所述激励单元。

结合第二种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，所述两个H形缝隙彼此正交设置，所述馈电层包括两条彼此正交设置的馈电微带线，每条所述馈电微带线均包括馈电端和耦合端，所述两个耦合端分别与所述两个H形缝隙正对。

第三方面，本发明提供一种移动终端，所述移动终端包括第二方面之任意一种可能的实施方式所述的可重构天线。

相对于现有技术，本发明通过在可重构天线之激励单元的两侧设置与寄生单元正交分布的贴片，可以使得激励单元上的电流分布更对称，能够提高可重构天线的隔离度，改善可重构天线的匹配和带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的可重构天线的俯视图。

图2是图1所示的可重构天线的侧视图。

图3是图1所示的可重构天线的另一方向的侧视图。

图4是本发明一种实施例提供的可重构天线的接地层上的开关组件分布的示意图。

图5至图8是本发明实施例提供的可重构天线分别在四种模式下、是否加载贴片状态下，所述可重构天线的反射系统曲线图。

图9至12是本发明实施例提供的可重构天线分别在四种模式下、是否加载贴片状态下，所述可重构天线的隔离度的曲线图。

图13和图14是本发明实施例提供的可重构天线在四种模式下、以及±45°双极化的辐射方向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进 行清楚地描述。

本发明涉及一种可重构天线，还提供一种使用所述可重构天线的移动终端，移动终端可以使用在雷达、航天、无线与卫星通信网络等领域。本发明涉及双极化方向图或重构天线阵列，基于八木天线原理和微带线原理设计。一种实施方式中，本发明之可重构天线包括两个天线单元，每个天线单元均为±45°双极化方向图可重构天线单元。当然本发明之可重构天线也可以只包括一个天线单元。具体结构介绍如下。

请参阅图1、图2和图3，图1是可重构天线的俯视图，图2是Y方向的侧视图，图3是X方向的侧视图，Y方向垂直于X方向。图2和图3所示，可重构天线包括依次层叠设置的馈电层23、第一介质层21、接地层22及第二介质层20，所述馈电层23与所述接地层22耦合，具体而言，本发明可以通过同轴探针馈电，也可以通过微带线馈电，本实施方式为微带线馈电，馈电层23为设于第一介质层21底面的金属馈电微带线，接地层22为设于第一介质层21顶面的金属薄层。馈电层23与接地层22的耦合方式可以为直接耦合，也可以为非接触式的馈电耦合，直接耦合是较传统的馈电方式，通过同轴线或微带线直接连接进行馈电；非接触式馈电耦合包括口径耦合馈电，本实施方式中，采用口径耦合馈电，在接地层22上设置缝隙，可以提高可重构天线的隔离度，详细的结构在下文会详细描述。

结合参阅图1、图2和图3，可重构天线包括并排或者并列设置的两个天线单元，两个天线单元的架构相同。第一天线单元包括设置在所述第二介质层20之远离所述接地层一侧的激励单元5、一对第一寄生单元1、2和一对贴片13。所述一对第一寄生单元1、2沿着第一方向(即X方向)分布在所述激励单元5的两侧且均与所述激励单元5之间保持间隙，所述一对贴片12沿着第二方向(即Y方向)分布在所述激励单元5的两侧且均与所述激励单元5之间保持间隙，所述第一方向垂直于所述第二方向。所述一对第一寄生单元1、2与所述接地层22之间均通过短路组件14和开关组件9、10相连接，所述一对贴片13用于提高所述可重构天线的隔离度。

第二天线单元包括设置在所述第二介质层20之远离所述接地层22一侧的激励单元7、一对第一寄生单元3、4和一对贴片13。所述一对第一寄生单元3、4沿着第一方向(即X方向)分布在所述激励单元7的两侧且均与所述激励单 元7之间保持间隙，这里的间隙范围在1mm-7mm之间，所述一对贴片13沿着第二方向(即Y方向)分布在所述激励单元7的两侧且均与所述激励单元7之间保持间隙，间隙范围在1mm-6mm之间，所述第一方向垂直于所述第二方向。所述一对第一寄生单元3、4与所述接地层22之间均通过短路组件14和开关组件11、12相连接，所述一对贴片13用于提高所述可重构天线的隔离度。

在激励单元5、7的两侧沿第一方向设置一对第一寄生单元1、2，用于实现波束偏转，对可重构天线的辐射方向图起到引向和反射的作用，具体而言，当开关组件导通时，第一寄生单元1、2与接地层22相连，第一寄生单元1、2的谐振频率高于对应的激励单元5、7，这时，第一寄生单元1、2起到引向作用，使得可重构天线的辐射方向图向第一寄生单元1、2偏转；当开关组件断开，第一寄生单元1、2的谐振频率低于对应的激励单元5、7，这时，第一寄生单元1、2起到反射作用，使得可重构天线的辐射方向图偏离所述第一寄生单元1、2。本发明通过两组开关组件的设置，能够实现四种方向图可重构模式。第一寄生单元1、2的设置，使得激励贴片5、7的电流分布不均匀，增强了可重构天线的端口之间的隔离度。本发明通过在激励单元5、7的两侧设置沿第二方向分布(即与一对寄生单元正交分布)的一对贴片13，可以使得激励单元5、7上的电流分布更对称，能够提高可重构天线的隔离度，改善可重构天线的匹配和带宽。

如图1所示，所述两对贴片13在Y方向上排列在一条直线上。四个第一寄生单元1、2、3、4排列在正方形的四个角上。

所述可重构天线还包括层叠设于所述激励单元5、7之远离所述第二介质层20的表面的第三介质层19和第二寄生单元6、8，所述第三介质层19设于所述第二寄生单元6、8和所述激励单元5、7之间，所述第二寄生单元6、8和所述激励单元5、7尺寸相同，且均为金属贴片，第二寄生单元6位于激励单元5的正上方且二者尺寸相同，第二寄生单元8位于激励单元7的正上方且二者尺寸相同。第二寄生单元6、8的作用是用于使得激励单元5、7的能量均衡至两侧的第一寄生单元1、2、3、4中。

本发明之贴片13的面积小于所述激励单元5、7的面积。一种实施方式中，所述激励单元5、7呈中心对称的多边形形状，所述一对贴片13亦为呈中心对称的多边形形状，本实施方式中，将正方形的金属薄片的四角被切换同样的大小就形成了激励单元5、7的形状，也可以说激励单元5、7呈八边形，八边形 的边长可以相等也可以不相等，只要满足呈中心对称就可以，激励单元5、7也可以为六边形、七边形等不同的形状；本实施方式中的贴片13呈正方形。所述贴片13的边长为所述激励单元5、7的边长的0.1-0.8倍。另一种实施方式中，所述激励单元5、7和所述一对贴片13均呈圆形。所述贴片13的直径为所述激励单元5、7的直径的0.1-0.8倍。第一寄生单元1、2、3、4的尺寸稍大于所述激励单元5、7的尺寸。

请参阅图4，以第一寄生单元1所对应的短路组件14为例对其结构进行说明，所有的短路组件14的结构都相同。所述短路组件14包括连接在所述第一寄生单元1和所述接地层22之间的多个短路钉，所述多个短路钉以所述第一寄生单元1的中心为圆心排列在一个圆周上，短路钉呈均匀分布在同一个圆周上，本实施方式中，每个第一寄生单元1、2、3、4上均设置8个短路钉。

所述接地层22上设有圆环形缝隙221，所述圆环形缝隙221的中心与所述第一寄生单元1的中心在所述接地层22上的正投影重合，圆环形缝隙221的数量与第一寄生单元的数量相同，且二者之间是一一对应的关系。

开关组件9、10、11、12对应设置圆环形缝隙221处。在每个所述开关组件9、10、11、12均包括多个开关元件W，在每一个开关组件9、10、11、12中，所述多个开关元件W分布在所述圆环形缝隙221中，本实施方式中，每个第一寄生单元1、2、3、4对应8个开关元件W。所述多个开关元件W位于所述多个短路钉的外围，通过控制所述多个开关元件W的通断控制所述第一寄生单元1、2、3、4与所述接地层22之间的连接。多个开关元件W分别与多个短路钉位于同一半径上。所述开关元件W为PIN二极管开关，通过偏置电路来控制开关元件的通断，就可以控制第一寄生单元1、2、3、4与接地层22之间的连通或断开。设置所述短路钉相当于对所述可重构天线引入电容或电阻。通过开关元件W的切换，可以控制第一寄生单元1、2、3、4对可重构天线的影响，通过对第一寄生单元1、2、3、4位置和尺寸的设计，可以使得第一寄生单元1、2、3、4对可重构天线的方向图起到引向作用或反射的作用，短路钉可以提高天线的谐振频率，当开关元件W断开时，第一寄生单元1、2、3、4与接地层22断开，谐振频率低，第一寄生单元1、2、3、4起到反射作用；当开关元件W导通，第一寄生单元1、2、3、4与接地层22连通，由于短路钉的设置，谐振频率升高，第一寄生单元1、2、3、4起引向作用。

请参阅图1，在每个天线单元中，所述接地层22设有两个H形缝隙24，可以通过蚀刻的方式形成两个H形缝隙24，所述两个H形缝隙24与所述激励单元正对，所述馈电层23通过所述两个H形缝隙24，将信号耦合至所述激励单元，激励起±45°的双极化电场。激励单元5正下方设两个H形缝隙24，激励单元7正下方亦设两个H形缝隙24。

在每个天线单元中，所述两个H形缝隙24彼此正交设置，所述馈电层23包括两条彼此正交设置的馈电微带线，馈电微带线呈条形。每条所述馈电微带线均包括馈电端和耦合端，所述两个耦合端分别与所述两个H形缝隙24正对。通过将两个H形缝隙24正交放置，扩大了两个H形缝隙24之间的间距，扩大了第一寄生单元之间的间距，能够提高隔离度。具体而言，两条正交的馈电微带线通过这两个H形缝隙24，在激励单元上激励形成正交的电场。如图1所示，可重构天线包括四个馈电端15、16、17、18，每个馈电端15、16、17、18所对应的馈电微带线的另一端均为耦合端(未标号)，耦合端分别与四个H形缝隙24相对。

根据阵列的辐射方向图的偏转方式以及开关组件的开合状态，可以将可重构天线的工作模式分为模式一、模式二、模式三和模式四。请参阅图5至图14，图5至图8是本发明实施例提供的可重构天线分别在四种模式下、是否加载贴片状态下，所述可重构天线的反射系统曲线图。图9至12是本发明实施例提供的可重构天线分别在四种模式下、是否加载贴片状态下，所述可重构天线的隔离度的曲线图。图13和图14是本发明实施例提供的可重构天线在四种模式下、以及±45°双极化的辐射方向图。

模式一：开关组件9和开关组件11的开关均闭合，开关组件10和开关组件12的开关均断开，即第一寄生单元1和第一寄生单元3与接地层22相连，谐振频率比激励单元偏高，起引向作用；第一寄生单元2和第一寄生单元4与接地层22断开，谐振频率比激励单元偏低，起反射作用。故可重构天线阵列的辐射方向图往Y轴的正方向偏转，波束最大偏转角为+25°左右。

模式二：所有开关组件9、10、11、12均闭合，即第一寄生单元1、2、3、4均与接地层22相连，谐振频率升高，起引向作用。可重构天线阵列的辐射方向图形成一个窄波束方向图，波束最大偏转角为0°左右。

模式三：开关组件9和开关组件11的开关均断开，开关组件10和开关组 件12的开关均闭合，即第一寄生单元1和第一寄生单元3与接地层22断开，谐振频率比激励单元偏低，起反射作用；第一寄生单元2和第一寄生单元4与接地层22相连接，谐振频率比激励单元偏高，起引向作用。故可重构天线阵列的辐射方向图往Y轴的负方向偏转，波束最大偏转角为-25°左右。

模式四：所有开关组件9、10、11、12的开关均断开，即第一寄生单元1、2、3、4均与接地层22断开，谐振频率降低，起反射作用。可重构天线阵列的辐射方向图形成一个宽波束方向图，波束最大偏转角为27°左右。

为了比较添加贴片13前后，可重构天线的匹配和隔离度效果，在图5至图8和图9至12中分别给出了可重构天线的两个端口的反射系数(S11和S22)以及两端口之间的隔离度参数(S21)的仿真结果。从图中可以明显看出，在激励单元两侧添加了贴片之后，四种模式的匹配都有所改善，且在要求的工作频段内，隔离度全部达到了20dB以上。而未添加贴片时，模式四的隔离度仅仅达到15dB。图中所给的是可重构天线的一个天线单元两个端口的情况，此时另外一个天线单元的两个端口都接匹配负载。

本发明之可重构天线在四种模式下，隔离度及各项性能指标都能够满足工作需要。

本发明提供的可重构天线，工作模式多，匹配性能好，增益较高，此外，还有体积小、易集成的优点，可以使用在WIFI热点、微基站等环境中。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。