本实用新型涉及一种天线，尤其是一种方向图可重构天线及通信设备，属于天线技术领域。
背景技术：
由于可用的空间资源和频谱资源是有限的，随着通信技术的发展，近年来不断涌现出各类无线电技术与应用，使得原本就珍贵的频谱资源变得越来越紧缺，可是人们对频谱的需求在日益增长，所以大容量，多功能，小型化已经是天线发展的重要方向了。可重构天线作为一种新型天线，与传统的只能实现单一固定性能模式的天线相比，它具有多功能和易实现分集应用等优势。
方向图的可重构特性可以使信号对准目标用户，从而避开干扰源以抑制信号干扰，节约系统能量，提高通信系统的安全性和保密性，因此方向图可重构有很高的研究价值和广泛的应用前景。目前大部分方向图可重构都是利用在天线中引入PIN二极管或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可重构。
技术实现要素：
本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足之处，提供一种方向图可重构天线，该天线具有在H面全向和定向的切换功能以及在E面方向切换功能，在此基础上还具有结构简单、方向图前后比较高、定向性较好、可重构带宽较宽、成本低和易加工等优点，可以很好地应用于2.4GWIFI频段、无线通信、军民用雷达、智能武器制导领域。
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：
方向图可重构天线，包括介质基板、第一辐射贴片、第二辐射贴片和馈电探针；
所述第一辐射贴片设置在介质基板上表面，包括两个阶梯阻抗谐振器贴片和第一偶极子单元，两个阶梯阻抗谐振器贴片对称分布在介质基板上表面的两侧，均加载有开关；
所述第二辐射贴片设置在介质基板下表面，包括第二偶极子单元，第二偶极子单元在介质基板上表面的投影与第一偶极子单元对称；
所述馈电探针的两端分别与第一偶极子单元、第二偶极子单元连接。
进一步的，所述介质基板的截面形状为矩形，介质基板的尺寸为60mm×52mm×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，每个阶梯阻抗谐振器贴片包括三条依次连接的微带线，每两条相邻的微带线之间加载有一个开关。
进一步的，所述开关为射频二极管开关。
进一步的，每个阶梯阻抗谐振器贴片的三条微带线中，两边微带线的尺寸相同，两边微带线的长度均小于中间微带线的长度，且两边微带线的宽度均大于中间微带线的宽度。
进一步的，每个阶梯阻抗谐振器贴片的三条微带线中，两边微带线的长度均为0.1λ0～0.12λ0，中间微带线的长度为0.13λ0～0.15λ0，其中λ0为天线中心频率所对应自由空间的波长。
进一步的，所述第一偶极子单元和第二偶极子单元均呈矩形条状。
进一步地，所述第一偶极子单元和第二偶极子单元的长度均为0.16λ0～0.18λ0。
进一步的，所述第一辐射贴片还包括两个环形枝节和两个L形枝节，两个环形枝节和两个L形枝节分别与第一偶极子单元连接；
所述第二辐射贴片还包括两个环形枝节和两个L形枝节，两个环形枝节和两个L形枝节分别与第二偶极子单元连接。
进一步的，所述第一辐射贴片的两个环形枝节和第二辐射贴片的两个环形枝节的长度均为6mm～10mm。
进一步地，所述第一辐射贴片的两个环形枝节和第二辐射贴片的两个环形枝节均呈矩形环状。
进一步的，所述第一辐射贴片的两个L形枝节和第二辐射贴片的两个L形枝节的长度均为0.16λ0～0.18λ0，其中λ0为天线中心频率所对应自由空间的波长。
进一步的，所述介质基板上设有过孔，所述过孔可使馈电探针穿过。
进一步的，所述馈电探针采用同轴线，同轴线第一端的外表面与第一偶极子单元连接，同轴线第二端的内芯穿过介质基板与第二偶极子单元连接。
进一步的，所述同轴线的特征阻抗为50Ω，同轴线内芯的半径为0.35mm。
本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
通信设备，包括上述的方向图可重构天线。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型天线在介质基板上表面设置两个阶梯阻抗谐振器(Stepped-Impedance-Resonators，SIR)贴片和一个偶极子单元，以及在介质基板下表面设置一个偶极子，通过两个偶极子单元与两个阶梯阻抗谐振器贴片结合的方式可以实现方向图的重构，并且两个阶梯阻抗谐振器贴片均加载有开关，通过控制开关的导通与断开，可同时在H面进行定向和全向的切换，在E面进行方向的切换，即可以对H面和E面的方向图进行重构，区别于其他类型天线，用阶梯阻抗谐振器来作为反射器，相较其它类型的天线，具有结构简单，易于制作，尺寸小的优点。
2、本实用新型天线通过在介质基板上、下表面各加载两个环形枝节和两个L形枝节，能够有效地提高天线的前后比，前后比最高可达到25dB，可重构带宽达到15％。
3、本实用新型天线的介质基板采用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1的方向图可重构天线的透视结构图。
图2为本实用新型实施例1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图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1的方向图可重构天线前后比随频率的变化。
其中，1-介质基板，2-馈电探针，3-第一阶梯阻抗谐振器贴片，301-第一微带线，302-第二微带线，303-第三微带线，304-第一开关，305-第二开关，4-第二阶梯阻抗谐振器贴片，401-第四微带线，402-第五微带线，403-第六微带线，404-第三开关，405-第四开关，5-第一偶极子单元，6-第二偶极子单元，7-第一环形枝节，8-第二环形枝节，9-第一L形枝节，10-第二L形枝节，11-第三环形枝节，12-第四环形枝节，13-第三L形枝节，14-第四L形枝节。
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1：
如图1所示，本实施例提供了一种方向图可重构天线，该天线包括介质基板1、第一辐射贴片、第二辐射贴片和馈电探针2，第一辐射贴片设置在介质基板1上表面(正面)，具体蚀刻在介质基板1上表面，第二辐射贴片设置在介质基板下表面(背面)，具体蚀刻在介质基板2下表面，馈电探针2的两端分别与第一辐射贴片、第二辐射贴片连接。
所述介质基板1的截面形状为矩形，截面的长度为60mm，宽度为52mm，高度为0.8mm，也就是说其整体尺寸为60mm×52mm×0.8mm，介质基板1上设有过孔(金属过孔)，可使馈电探针2穿过。
进一步地，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。
所述第一辐射贴片包括第一阶梯阻抗谐振器贴片3、第二阶梯阻抗谐振器贴片4和第一偶极子单元5，所述第二辐射贴片包括第二偶极子单元6，第一阶梯阻抗谐振器贴片3和第二阶梯阻抗谐振器贴片4对称分布在介质基板1上表面的上、下两侧，均加载有开关，第一偶极子单元5布置在介质基板1上表面的长度方向中线位置上，第二偶极子单元6布置在介质基板1下表面的长度方向中线位置上，且第二偶极子单元6在介质基板1上表面的投影与第一偶极子单元5左右对称，通过两个偶极子单元与两个阶梯阻抗谐振器贴片结合的方式可以实现方向图的重构，并且两个阶梯阻抗谐振器贴片均加载有开关，通过控制开关的导通与断开，可同时在H面进行定向和全向的切换，在E面进行方向的切换，即可以对H面和E面的方向图进行重构。
进一步地，第一阶梯阻抗谐振器贴片3包括三条依次连接的微带线，三条微带线分别为第一微带线301、第二微带线302和第三微带线303，其中第一微带线301和第二微带线302布置在左右两边，第三微带线303布置在中间，第一微带线301和第二微带线302的尺寸相同，第一微带线301和第二微带线302的长度小于第三微带线303的长度，且第一微带线301和第二微带线302的宽度大于第三微带线303的宽度，具体地，第一微带线301和第二微带线302的长度均为0.12λ0，第三微带线303的长度为0.13λ0，其中λ0为天线中心频率所对应自由空间的波长，本实施例的中心频率为2.3GHz，第一微带线301与第三微带线303之间加载有第一开关304，第二微带线302与第三微带线303之间加载有第二开关305。
进一步地，第二阶梯阻抗谐振器贴片4也包括三条依次连接的微带线，三条微带线分别为第四微带线401、第五微带线402和第六微带线403，其中第四微带线401和第五微带线402布置在左右两边，第六微带线403布置在中间，第四微带线401和第五微带线402的尺寸相同，第四微带线401和第五微带线402的长度小于第六微带线403的长度，且第四微带线401和第五微带线402的宽度大于第六微带线403的宽度，具体地，第四微带线401和第五微带线402的长度与第一微带线301和第二微带线302的长度相同，也为0.12λ0，第六微带线403的长度与第三微带线303的长度相同，也为0.13λ0，第四微带线401与第六微带线403之间加载有第三开关404，第五微带线402与第六微带线403之间加载有第四开关405。
本实施例的第一开关304、第二开关305、第三开关404和第四开关405均采用射频二极管开关，通过控制第一开关304和第二开关305的闭合(导通)与断开，以及控制第三开关404和第四开关405的闭合(导通)与断开，可同时在H面进行定向和全向的切换，在E面进行方向的切换，即可以对H面和E面的方向图进行重构。
进一步地，第一偶极子单元5和第二偶极子单元6均呈矩形条状，且第一偶极子单元5和第二偶极子单元6的长度均为0.17λ0，可见第一偶极子单元5和第二偶极子单元6的长度大于第一阶梯阻抗谐振器贴片3和第二阶梯阻抗谐振器贴片4中单条微带线的长度。
优选地，第一辐射贴片还包括第一环形枝节7、第二环形枝节8、第一L形枝节9和第二L形枝节10，第二辐射贴片还包括第三环形枝节11、第四环形枝节12、第三L形枝节13和第四L形枝节14，第一环形枝节7和第二环形枝节8对称分布在第一偶极子单元5的上、下两侧，并分别与第一偶极子单元5连接，第一L形枝节9和第二L形枝节10也对称分布在第一偶极子单元5的上、下两侧，并分别与第一偶极子单元5连接，第三环形枝节11和第四环形枝节12对称分布在第二偶极子单元6的上、下两侧，并分别与第二偶极子单元6连接，第三L形枝节13和第四L形枝节14也对称分布在第二偶极子单元6的上、下两侧，并分别与第二偶极子单元6连接，其中第三环形枝节11在介质基板1上表面的投影与第一环形枝节7左右对称，第四环形枝节12在介质基板1上表面的投影与第二环形枝节8左右对称，第三L形枝节13在介质基板1上表面的投影与第一L形枝节9左右对称，第四L形枝节14在介质基板1上表面的投影与第二L形枝节10左右对称，通过在介质基板上、下表面各加载两个环形枝节和两个L形枝节，能够有效地提高天线的前后比。
进一步地，第一环形枝节7、第二环形枝节8、第三环形枝节11和第四环形枝节12均呈矩形环状，第一环形枝节7、第二环形枝节8、第三环形枝节11和第四环形枝节12的长度均为8mm。
进一步地，第一L形枝节9、第二L形枝节10、第三L形枝节13和第四L形枝节14均具有竖直段和水平段，其中第一L形枝节9和第二L形枝节10的竖直段一端分别与第一偶极子单元5连接，另一端与各自的水平段连接，第三L形枝节13和第四L形枝节14的竖直段一端与第二偶极子单元6连接，另一端与各自的水平段连接，可以理解，第一L形枝节9实际上由正L形结构顺时针旋转90度得到，第二L形枝节10实际上由倒L形结构逆时针旋转90度得到，第三L形枝节11实际上由倒L形结构顺时针旋转90度得到，第四L形枝节12实际上由正L形结构逆时针旋转90度得到。
更进一步地，第一L形枝节9、第二L形枝节10、第三L形枝节13和第四L形枝节14的长度均为0.17λ0，可见与第一偶极子单元5、第二偶极子单元6的长度相同。
所述馈电探针2具有第一端以及与第一端相反的第二端，其中第一端为上端，第二端为下端，第一端与第一偶极子单元5连接，第二端与第二偶极子单元6连接；优选地，馈电探针2采用特征阻抗为50Ω的同轴线，该同轴线的内芯半径为0.35mm，同轴线第一端的外表面与第一偶极子单元5连接，同轴线第二端的内芯穿过介质基板与第二偶极子单元6连接，具体地，同轴线第一端的外表面通过馈电端口与第一偶极子单元5连接，同轴线第二端的内芯穿过介质基板后通过馈电端口与第二偶极子单元6连接。
上述实施例中，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片均采用金属材料制成，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和8所示，从图2中可以看出本实施例的天线在模式一频段的-10dB阻抗带宽为2.15GHz～2.58GHz；从图5中可以看出本实施例的天线在模式二频段的-10dB阻抗带宽为2.15GHz～2.58GHz；从图8中可以看出本实施例的天线在模式三频段的-10dB阻抗带宽为2.25GHz～2.67GHz。
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，当天线处于模式二时(见下表1)，天线工作频段和方向图如图6和图7所示，当天线处于模式三时(见下表1)，天线工作频段和方向图如图9和图10所示，图11是天线前后比随频率变化的曲线图，鉴于模式一与模式二对称，故只给出其中一种模式的曲线图，从图中可以看出天线前后比在10dB以上以上频段为2.15GHz～2.5GHz，带宽15％，最高前后比可达到25dB，定向性较好，可重构带宽较宽，相对比同类型天线，平均增益为5.3dB。
表1方向图可重构天线各个模式的状态
实施例2：
本实施例的主要特点是：第一微带线301、第二微带线302、第四微带线401和第五微带线402的长度均为0.1λ0，第三微带线303和第六微带线403的长度均为0.15λ0，第一偶极子单元5和第二偶极子单元6的长度均为0.16λ0，第一环形枝节7、第二环形枝节8、第三环形枝节11和第四环形枝节12的长度均为6mm，第一L形枝节9、第二L形枝节10、第三L形枝节13和第四L形枝节14的长度均为0.16λ0。其余同实施例1。
实施例3：
本实施例的主要特点是：第一微带线301、第二微带线302、第四微带线401和第五微带线402的长度均为0.11λ0，第三微带线303和第六微带线403的长度均为0.14λ0，第一偶极子单元5和第二偶极子单元6的长度均为0.18λ0，第一环形枝节7、第二环形枝节8、第三环形枝节11和第四环形枝节12的长度均为10mm，第一L形枝节9、第二L形枝节10、第三L形枝节13和第四L形枝节14的长度均为0.18λ0。其余同实施例1。
综上所述，本实用新型天线具有尺寸小、结构简单、无反射板、定向性较好、可重构带宽较宽等优点，且可同时在H面进行定向和全向的切换，在E面进行方向的切换，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。