專利名稱：電壓控制自適應(yīng)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)通信用自適應(yīng)天線。
背景技術(shù)：
一般的定向天線不能根據(jù)需要自動(dòng)變換方向，為了能夠適應(yīng)用戶移動(dòng)等因素的要求，普通定向天線通過調(diào)整介質(zhì)層厚度和天線振子距離金屬反射板之間的距離來改變天線的波瓣，非常麻煩。電調(diào)諧定向天線采用信號(hào)相位(延時(shí))調(diào)整，來加強(qiáng)特定方向的信號(hào)或抑制特定方向的信號(hào)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前的智能天線則采用多個(gè)相同陣元，通過調(diào)整不同陣元天線信號(hào)的相位(延時(shí))來控制信號(hào)的合成相位，如圖2所示，通過改變不同線陣元中延時(shí)調(diào)整電路中的具體延時(shí)數(shù)值，得到不同相位的電波波束，從而使得不同空間位置的信號(hào)互相加強(qiáng)或者抵消。具體過程是將輸入的天線信號(hào)進(jìn)行高速采樣和計(jì)算以確定具體延時(shí)數(shù)值，這樣做的難度是采樣速度要求高，特別是針對(duì)通用的軟件無線電平臺(tái)，要求A/D和D/A越來越靠近高頻(天線)端，延時(shí)地調(diào)整等效位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，存儲(chǔ)量越大，可調(diào)延時(shí)的范圍也越大，實(shí)現(xiàn)難度也隨之增加，這個(gè)因素給軟件無線電的實(shí)現(xiàn)帶來困難。因此現(xiàn)有的智能天線的缺點(diǎn)是，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上需要采用高速的信號(hào)采樣和計(jì)算，相位(延時(shí))控制量容易受到影響，控制過程比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制過程比較簡單的電壓控制自適應(yīng)天線，以克服現(xiàn)有的智能天線在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上需要采用高速的信號(hào)采樣和計(jì)算，相位控制量容易受到影響，控制過程比較復(fù)雜的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案是它由N個(gè)天線陣元(A1～AN)和一個(gè)電波波束反射器10組成，電波波束反射器10設(shè)置在所有的天線陣元的側(cè)面，每個(gè)天線陣元由引向器1、可變介質(zhì)層體2、第一天線振子3、第二天線振子4、上電極5、下電極6和可調(diào)壓直流電源7組成，第一天線振子3固定在可變介質(zhì)層體2的朝向電波波束反射器10的側(cè)表面的上部，第二天線振子4固定在可變介質(zhì)層體2的朝向電波波束反射器10的側(cè)表面的下部，引向器1固定在可變介質(zhì)層體2的背向電波波束反射器10的側(cè)表面上，上電極5固定在可變介質(zhì)層體2的頂部，下電極6固定在可變介質(zhì)層體2的底部，可調(diào)壓直流電源7的兩個(gè)輸出端分別連接上電極5和下電極6，可變介質(zhì)層體2中上電極5和下電極6連線方向的壓電常數(shù)大于垂直于上電極5和下電極6連線方向的壓電常數(shù)。本發(fā)明的天線工作時(shí)，在第一天線振子3和第二天線振子4之間輸入發(fā)射信號(hào)并產(chǎn)生電磁波，在電波波束反射器10的反射作用下向外發(fā)射無線電波，由于每個(gè)天線陣元中都單獨(dú)設(shè)置了可調(diào)壓直流電源7，可調(diào)壓直流電源7通過上電極5和下電極6向可變介質(zhì)層體2施加電場，改變可變介質(zhì)層體2的介電常數(shù)，從而使得電波通過介質(zhì)的相位特性發(fā)生變化，通過這樣的方式等效為延時(shí)調(diào)整，最終改變了合成波束的方向。當(dāng)采用電壓控制之后，延時(shí)的控制不再需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而是通過介電常數(shù)的變化，改變電波的傳播速度，技術(shù)上同樣起到延時(shí)作用，但控制上非常容易實(shí)現(xiàn)，不再需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。因此，控制較傳統(tǒng)方式簡化。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、工作可靠，具有較大的推廣價(jià)值。


圖1和圖2是已有的天線結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖3和圖4具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由N個(gè)天線陣元(A1～AN)和一個(gè)電波波束反射器10組成，N個(gè)天線陣元(A1～AN)排列成一行，電波波束反射器10設(shè)置在所有的天線陣元的側(cè)面，每個(gè)天線陣元由引向器1、可變介質(zhì)層體2、第一天線振子3、第二天線振子4、上電極5、下電極6和可調(diào)壓直流電源7組成，第一天線振子3固定在可變介質(zhì)層體2的朝向電波波束反射器10的側(cè)表面的上部，第二天線振子4固定在可變介質(zhì)層體2的朝向電波波束反射器10的側(cè)表面的下部，引向器1固定在可變介質(zhì)層體2的背向電波波束反射器10的側(cè)表面上，上電極5固定在可變介質(zhì)層體2的頂部，下電極6固定在可變介質(zhì)層體2的底部，可調(diào)壓直流電源7的兩個(gè)輸出端分別連接上電極5和下電極6，可變介質(zhì)層體2中上電極5和下電極6連線方向的壓電常數(shù)大于垂直于上電極5和下電極6連線方向的壓電常數(shù)?？勺兘橘|(zhì)層體2的材料選用介電常數(shù)可變的非線性材料，例如液晶或等離子材料。由于對(duì)電波波束的控制方位需要有大的變化范圍，希望可變介質(zhì)層體2選用介電常數(shù)變化范圍大的材料，液晶和等離子材料等的介電常數(shù)隨著外加電壓的變化而變化，在控制電壓的作用下變化范圍較大。上電極5與下電極6之間距離越遠(yuǎn)，需要可調(diào)壓直流電源7輸出的控制電壓也越高。目前的小范圍覆蓋的微型天線，可以使用較低的控制電壓，就能滿足波束的掃描使用。例如，在民用通信中，工作在2G～3GHz頻段的天線，在單一振源方向性部做特定要求條件下，上電極5與下電極6之間的距離為10cm，同時(shí)可變介質(zhì)層體2使用的是液晶材料，可調(diào)壓直流電源7變化范圍大約幾十伏到900伏之間即可，此時(shí)介電常數(shù)的變化范圍可以從幾百到幾千(例如500到2000)?？紤]電磁波的傳播速度與介電常數(shù)的關(guān)系，做一個(gè)粗略估計(jì)，如果介電常數(shù)變化4倍，例如在上電極5與下電極6之間的距離10cm，可變介質(zhì)層體2的厚度為1cm的介質(zhì)層中，相位的差別大約π/2。這樣的波束掃描大約可以達(dá)到2π/3，從而得到不同的方向性。以上假設(shè)估算，沒有考慮頻段、天線尺寸、單一振源方向性等指標(biāo)的變化，針對(duì)具體天線，需要具體計(jì)算。
本發(fā)明將不同的定向天線進(jìn)行修改，在天線振子和引相器之間的介質(zhì)層上下端增加2個(gè)正負(fù)電極，通過對(duì)電極上直流電壓的改變，改變壓電介質(zhì)的介電常數(shù)，從而使得電波通過介質(zhì)的相位特性發(fā)生變化，最終改變了合成波束的方向，通過這樣的方式雖然等效為延時(shí)調(diào)整，但是控制過程和參數(shù)簡化。接受波束的方向控制與發(fā)射波束的方向控制相同?？紤]到對(duì)電場的敏感性需求，可變介質(zhì)層體2材料上使用非各相同性的介質(zhì)，使可變介質(zhì)層體2的介電常數(shù)敏感于上電極5與下電極6之間外加電壓的變化，而不敏感與垂直二者的方向。與傳統(tǒng)的天線相比，采用了傳統(tǒng)的信號(hào)估計(jì)方法，但是不需要對(duì)每個(gè)信號(hào)單獨(dú)調(diào)整延時(shí)，簡化了計(jì)算量。天線中的陣元數(shù)量n可變，通過調(diào)整n數(shù)值來改變天線的波瓣寬度，n越大，波瓣越窄，方向性越好。電壓的變化直接控制合成波瓣的角度。
權(quán)利要求
1.電壓控制自適應(yīng)天線，它由N個(gè)天線陣元(A1～AN)和一個(gè)電波波束反射器(10)組成，電波波束反射器(10)設(shè)置在所有的天線陣元的側(cè)面，其特征在于每個(gè)天線陣元由引向器(1)、可變介質(zhì)層體(2)、第一天線振子(3)、第二天線振子(4)、上電極(5)、下電極(6)和可調(diào)壓直流電源(7)組成，第一天線振子(3)固定在可變介質(zhì)層體(2)的朝向電波波束反射器(10)的側(cè)表面的上部，第二天線振子(4)固定在可變介質(zhì)層體(2)的朝向電波波束反射器(10)的側(cè)表面的下部，引向器(1)固定在可變介質(zhì)層體(2)的背向電波波束反射器(10)的側(cè)表面上，上電極(5)固定在可變介質(zhì)層體(2)的頂部，下電極(6)固定在可變介質(zhì)層體(2)的底部，可調(diào)壓直流電源(7)的兩個(gè)輸出端分別連接上電極(5)和下電極(6)，可變介質(zhì)層體(2)中上電極(5)和下電極(6)連線方向的壓電常數(shù)大于垂直于上電極(5)和下電極(6)連線方向的壓電常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制自適應(yīng)天線，其特征在于可變介質(zhì)層體(2)的材料選用液晶或等離子材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種移動(dòng)通信用自適應(yīng)天線。電壓控制自適應(yīng)天線由N個(gè)天線陣元和一個(gè)電波波束反射器10組成，10設(shè)置在天線陣元的側(cè)面，天線陣元由引向器1、可變介質(zhì)層體2、第一天線振子3、第二天線振子4、上電極5、下電極6和可調(diào)壓直流電源7組成，3和4固定在2的朝向10的側(cè)表面上，1固定在2的背向10的側(cè)表面上，5固定在2的頂部，6固定在2的底部，7的兩個(gè)輸出端分別連接5和6，2中5和6連線方向的壓電常數(shù)大于垂直其連線方向的壓電常數(shù)。7向2施加電場，改變2的介電常數(shù)，從而使得電波通過介質(zhì)的相位特性發(fā)生變化，最終改變了合成波束的方向。延時(shí)的控制不再需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，控制上非常容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01Q3/00GK1652400SQ20051000975
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者沙學(xué)軍, 顧學(xué)邁, 張中兆 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)