專利名稱：電壓控制自適應天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種移動通信用自適應天線。
背景技術：
一般的定向天線不能根據(jù)需要自動變換方向，為了能夠適應用戶移動等因素的要求，普通定向天線通過調(diào)整介質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相位(延時)調(diào)整，來加強特定方向的信號或抑制特定方向的信號，其基本結構如圖1所示。目前的智能天線則采用多個相同陣元，通過調(diào)整不同陣元天線信號的相位(延時)來控制信號的合成相位，如圖2所示，通過改變不同線陣元中延時調(diào)整電路中的具體延時數(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互相加強或者抵消。具體過程是將輸入的天線信號進行高速采樣和計算以確定具體延時數(shù)值，這樣做的難度是采樣速度要求高，特別是針對通用的軟件無線電平臺，要求A/D和D/A越來越靠近高頻(天線)端，延時地調(diào)整等效位數(shù)據(jù)的存儲，存儲量越大，可調(diào)延時的范圍也越大，實現(xiàn)難度也隨之增加，這個因素給軟件無線電的實現(xiàn)帶來困難。因此現(xiàn)有的智能天線的缺點是，在技術實現(xiàn)上需要采用高速的信號采樣和計算，相位(延時)控制量容易受到影響，控制過程比較復雜。

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天線，以克服現(xiàn)有的智能天線在技術實現(xiàn)上需要采用高速的信號采樣和計算，相位控制量容易受到影響，控制過程比較復雜的缺陷。本發(fā)明的技術方案是它由N個天線陣元(A1～AN)和一個電波波束反射器10組成，電波波束反射器10設置在所有的天線陣元的側面，每個天線陣元由引向器1、可變介質層體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固定在可變介質層體2的朝向電波波束反射器10的側表面的上部，第二天線振子4固定在可變介質層體2的朝向電波波束反射器10的側表面的下部，引向器1固定在可變介質層體2的背向電波波束反射器10的側表面上，上電極5固定在可變介質層體2的頂部，下電極6固定在可變介質層體2的底部，可調(diào)壓直流電源7的兩個輸出端分別連接上電極5和下電極6，可變介質層體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，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，由于每個天線陣元中都單獨設置了可調(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向可變介質層體2施加電場，改變可變介質層體2的介電常數(shù)，從而使得電波通過介質的相位特性發(fā)生變化，通過這樣的方式等效為延時調(diào)整，最終改變了合成波束的方向。當采用電壓控制之后，延時的控制不再需要數(shù)據(jù)存儲，而是通過介電常數(shù)的變化，改變電波的傳播速度，技術上同樣起到延時作用，但控制上非常容易實現(xiàn)，不再需要存儲大量數(shù)據(jù)。因此，控制較傳統(tǒng)方式簡化。本發(fā)明結構簡單、設計合理、工作可靠，具有較大的推廣價值。


圖1和圖2是已有的天線結構示意圖，圖3是本發(fā)明的結構示意圖，圖4是圖3的俯視圖。
具體實施例方式下面結合圖3和圖4具體說明本實施方式。本實施方式由N個天線陣元(A1～AN)和一個電波波束反射器10組成，N個天線陣元(A1～AN)排列成一行，電波波束反射器10設置在所有的天線陣元的側面，每個天線陣元由引向器1、可變介質層體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固定在可變介質層體2的朝向電波波束反射器10的側表面的上部，第二天線振子4固定在可變介質層體2的朝向電波波束反射器10的側表面的下部，引向器1固定在可變介質層體2的背向電波波束反射器10的側表面上，上電極5固定在可變介質層體2的頂部，下電極6固定在可變介質層體2的底部，可調(diào)壓直流電源7的兩個輸出端分別連接上電極5和下電極6，可變介質層體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|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。由于對電波波束的控制方位需要有大的變化范圍，希望可變介質層體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，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，同時可變介質層體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，此時介電常數(shù)的變化范圍可以從幾百到幾千(例如500到2000)。考慮電磁波的傳播速度與介電常數(shù)的關系，做一個粗略估計，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，可變介質層體2的厚度為1cm的介質層中，相位的差別大約π/2。這樣的波束掃描大約可以達到2π/3，從而得到不同的方向性。以上假設估算，沒有考慮頻段、天線尺寸、單一振源方向性等指標的變化，針對具體天線，需要具體計算。
本發(fā)明將不同的定向天線進行修改，在天線振子和引相器之間的介質層上下端增加2個正負電極，通過對電極上直流電壓的改變，改變壓電介質的介電常數(shù)，從而使得電波通過介質的相位特性發(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]到對電場的敏感性需求，可變介質層體2材料上使用非各相同性的介質，使可變介質層體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)的信號估計方法，但是不需要對每個信號單獨調(diào)整延時，簡化了計算量。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。
權利要求
1.電壓控制自適應天線，它由N個天線陣元(A1～AN)和一個電波波束反射器(10)組成，電波波束反射器(10)設置在所有的天線陣元的側面，其特征在于每個天線陣元由引向器(1)、可變介質層體(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)固定在可變介質層體(2)的朝向電波波束反射器(10)的側表面的上部，第二天線振子(4)固定在可變介質層體(2)的朝向電波波束反射器(10)的側表面的下部，引向器(1)固定在可變介質層體(2)的背向電波波束反射器(10)的側表面上，上電極(5)固定在可變介質層體(2)的頂部，下電極(6)固定在可變介質層體(2)的底部，可調(diào)壓直流電源(7)的兩個輸出端分別連接上電極(5)和下電極(6)，可變介質層體(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)權利要求1所述的電壓控制自適應天線，其特征在于可變介質層體(2)的材料選用液晶或等離子材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種移動通信用自適應天線。電壓控制自適應天線由N個天線陣元和一個電波波束反射器10組成，10設置在天線陣元的側面，天線陣元由引向器1、可變介質層體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的側表面上，1固定在2的背向10的側表面上，5固定在2的頂部，6固定在2的底部，7的兩個輸出端分別連接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的相位特性發(fā)生變化，最終改變了合成波束的方向。延時的控制不再需要數(shù)據(jù)存儲，控制上非常容易實現(xiàn)。
文檔編號H01Q3/00GK1652400SQ20051000975
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權日2005年2月18日
發(fā)明者沙學軍, 顧學邁, 張中兆 申請人:哈爾濱工業(yè)大學