一种谐振分辨率可调天线

摘要

本发明公开一种谐振分辨率可调天线，包括介质基板、天线馈电模块、谐振阵列模块、以及若干微机械开关，天线馈电模块以及谐振阵列模块均设置于介质基板上，谐振阵列模块由N个周期性单元(N为正整数)组成，N个周期性单元从天线馈电模块开始并沿天线长度方向依次排列，每个单元由对称设置的J型超材料子结构组成，微机械开关控制每个单元的状态。本发明所述谐振分辨率可调天线可以根据需求选择合适的周期性单元数，以及调控不同进制位权重的单元状态，对该天线的谐振频率分辨率进行精细调控，该种天线能满足机械学习多状态的需求，进而实现智能选择谐振频率的功能，能适应未来通信设备智能化的趋势。

权利要求

1.一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：包括介质基板、天线馈电模块、谐振模块、以及若干微机械开关，所述天线馈电模块以及谐振模块均设置于介质基板上，所述谐振模块由N个天线子单元组成，N为正整数，N个天线子单元通过天线馈电模块馈电，并且N个天线子单元从靠近天线馈电模块向远离天线馈电模块的方向依次排列，每个所述天线子单元由对称设置的J型超材料子结构组成，微机械开关控制每个天线子单元的启闭状态；所述介质基板为FR4基板；所述天线馈电模块和谐振模块的总长度为(23.7+5.5N)mm，总宽度为26mm，总高度为2.5mm，每个天线子单元的长度为5.5mm，每个所述J型超材料子结构通过并联设置的n/2个微机械开关进行控制，n为大于等于4的偶数，所述天线的工作进制数a可以为2、3、

4……2n中的任意一种，a为正整数，所述N个天线子单元包括aN种不同的谐振频率状态。

2.根据权利要求1所述一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：所述微机械开关为MEMS开关。

3.根据权利要求1所述一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：所述超材料由铬(Cr)与铜(Cu)组成。

4.根据权利要求3所述一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：所述铬(Cr)的厚度为

0.2um，铜(Cu)的厚度为1.5um。

5.根据权利要求1所述一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：所述谐振分辨率可调天线的工作频率为4.24GHz-5.18GHz。

说明书

一种谐振分辨率可调天线

技术领域

[0001] 本发明属于天线技术领域，具体涉及一种应用于智能通信前端、物联网及机器学习的谐振分辨率可调天线。

背景技术

[0002] 随着5G通信技术的发展，智能生活普及在家家户户中，越来越多的技术都在追求智能化，尤其是机械学习技术的出现，加速了通信系统的智能化。天线作为5G通信的关键部
件，需要适应多变的环境以及更小的设计空间。

[0003] 为了提高信息容量和天线对环境的适应度，就需要对其进行可重构的设计，可编程天线就是天线重构的方式之一，在单一的天线上，设置多种状态来使天线有不同的谐振
状态，且该种状态适用于机械学习。

[0004] 现在已有的谐振天线存在以下缺陷：

[0005] 1)现有的谐振天线对谐振频率的调控没有权重和进制的概念；

[0006] 2)现有的谐振天线无法在不改变天线结构的情况下调控谐振分辨率；

[0007] 3)现有的谐振天线大多无法满足智能生活的需求，无法根据需求情况实时改变谐振分辨率；

[0008] 4)现有的谐振天线对于谐振状态的调节过于粗略，无法对不同的谐振状态进行精细的调节，即频率可调的分辨率低。

[0009] 综上，现在已有的谐振天线不能在单一结构上获得可调的谐振分辨率来满足不同的通信需要，不能智能化且不适应机械学习对于谐振状态精细调节的多状态需求。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种谐振分辨率可调天线，解决了现有技术中谐振天线对谐振频率的调控没有权重和进制的概念、频率可调的分辨率低、不能智能化
且不适应机械学习对于谐振状态精细调节的多状态需求的技术问题。

[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：一种谐振分辨率可调天线，其特征在于：包括介质基板、天线馈电模块、谐振阵列模块、以及若干微机械开关，所述天线馈电模
块以及谐振阵列模块均设置于介质基板上，所述谐振阵列模块由N个周期性单元(N为正整
数)组成，N个周期性单元从天线馈电模块开始并沿天线长度方向依次排列，每个所述单元
由对称设置的J型超材料子结构组成，微机械开关控制每个单元的开闭状态。通过微机械开
关可以获得精细的谐振频率状态的调控。

[0012] 优选的，每个所述单元设置有n个微机械开关(n为正整数)，所述天线的工作进制数a(a为整数)可以为2～2n进制中的任意一种。微机械开关可以控制单元实现多个谐振频
率状态，每个单元的谐振频率状态的个数定义为天线的工作进制数。

[0013] 优选的，所述N个周期性单元包括aN种不同的谐振频率状态。

[0014] 优选的，所述介质基板为FR4基板。

[0015] 优选的，所述微机械开关为MEMS开关。

[0016] 优选的，所述超材料由铬(Cr)与铜(Cu)两相组成。

[0017] 优选的，所述铬(Cr)的厚度为0.2um，铜(Cu)的厚度为1.5um。

[0018] 优选的，所述天线的长度为(23.7+5.5N)mm，天线的宽度为26mm，天线的高度为2.5mm。

[0019] 优选的，所述天线的工作频率为4.24GHz-5.18GHz。

[0020] 本发明的有益效果：本发明公开一种谐振分辨率可调天线，包括介质基板、天线馈电模块、谐振阵列模块、以及若干微机械开关，谐振阵列模块由N个周期性单元(N为正整数)
组成，N个周期性单元从天线馈电模块开始并沿天线长度方向依次排列，微机械开关可以控
制单元的启闭状态以获得多个谐振频率状态；此外，各个单元对谐振频率调控的权重随该
单元远离天线馈电模块的程度而降低，即被调控的单元距离天线馈电模块端越近，其状态
的改变对天线谐振频率调控的影响越大，反之，则越小；且随着周期性单元数的增加，该天
线的谐振频率状态会以指数函数形式增加，同时保持相同的工作频段。因此，本发明所述谐
振分辨率可调天线可以根据需求选择合适的周期性单元数，以及调控不同进制位权重的单
元启闭状态，对该天线的谐振频率分辨率进行调控，获得期望的谐振频率，在保持天线整体
结构不变的条件下，可实现对天线谐振频率的精细控制。该种天线能满足机械学习多状态
的需求，进而实现智能选择谐振频率的功能，能适应未来通信设备智能化的趋势。相比已有
的天线，本发明超材料谐振分辨率可调天线具有谐振分辨率控制方便、结构简单、实用性
高，适用范围广的优点。

附图说明

[0021] 图1为含1个单元的谐振分辨率可调天线的结构示意图；

[0022] 图2为含2个单元的谐振分辨率可调天线的结构示意图；

[0023] 图3为含3个单元的谐振分辨率可调天线的结构示意图；

[0024] 图4为含4个单元的谐振分辨率可调天线的结构示意图；

[0025] 图5为多个单元与天线馈电模块的结构示意图；

[0026] 图6为微机械开关的结构示意图；

[0027] 图7为含1个单元的二进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0028] 图8为含2个单元的二进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0029] 图9为含3个单元的二进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0030] 图10为含4个单元的二进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0031] 图11为含1个单元的三进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0032] 图12为含2个单元的三进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0033] 图13为含3个单元的三进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0034] 图14a-c为含4个单元的三进制谐振分辨率可调天线的谐振频率状态图；

[0035] 图15为谐振分辨率可调天线的分辨率随单元个数变化曲线；

[0036] 图中附图标记，10-天线馈电模块；11-介质基板；12-微机械开关；13-单元，13.1-J型超材料子结构。

具体实施方式

[0037] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。

[0038] 实施例：

[0039] 一种谐振分辨率可调天线，包括介质基板11、天线馈电模块10、谐振阵列模块、以及微机械开关12。天线馈电模块10和谐振阵列模块均设置于介质基板11上。其中，天线馈电
模块10包含阻抗匹配以及微带线馈电。谐振阵列模块由N个周期性单元13(N为正整数)组
成，N个周期性单元13从天线馈电模块10端开始并沿天线长度方向依次排列。每个单元由对
称设置的J型超材料子结构13.1组成，微机械开关12控制每个单元13的启闭状态。通过微机
械开关可以实现精细的谐振频率状态调控。

[0040] 本实施例中，一种谐振分辨率可调天线，包括FR4基板11、天线馈电模块10、谐振阵列模块、以及MEMS开关12。天线馈电模块10设置于FR4基板11的左端，谐振阵列模块由多个
周期性单元13排列构成。谐振阵列模块中的多个周期性单元13从天线馈电模块10端开始并
沿天线长度方向依次排列。单元对于谐波频率调控的权重随该单元远离天线馈电模块端的
程度而降低，即被调控的单元距离天线馈电模块端越近，其谐振频率状态的改变对天线谐
振频率调控的影响越大，反之被调控的单元距离天线馈电模块端越远，则其谐振频率状态
的改变对天线谐振频率调控的影响越小。谐振阵列模块中单元13的个数可以为1个、2个、3
个、4个、甚至为多个，如图1～5所示。随着单元数的增加，该天线的谐振频率状态会以指数
函数形式增加，同时各个单元保持相同的工作频段。本实施例中，每个单元13设置有4个微
机械开关12，微机械开关12控制每个单元13的启闭状态从而获得多种谐振频率状态。本实
施例中，一个单元13中4个微机械开关12控制该单元13启闭状态后获得的谐振频率状态可
以为2～16个中的任意一个，每个单元的谐振频率状态个数定义为天线的工作进制数，即天
线的工作进制数可以为二进制至十六进制中的任意一种。单元由对称设置的J型超材料子
结构13.1组成，超材料由铬(Cr)与铜(Cu)两相组成，其中铬(Cr)的厚度为0.2um，铜(Cu)的
厚度为1.5um。

[0041] 本实施例中以MEMS为微机械开关，如图6所示，微机械开关是基于微制造技术，属于微米级的技术范畴。本发明通过控制MEMS开关来控制单元的启闭状态，从而获得不同的
谐振频率状态。N个周期性单元包括aN种不同的谐振频率状态。其中，a为天线的进制数，由
每个单元的谐振频率状态的个数决定，本实施例中，a可以为二进制～十六进制的任意一
种。谐振分辨率可调天线的长度为(23.7+5.5N)mm，天线的宽度为26mm，天线的高度为
2.5mm，即每增加一个单元，天线的长度增加5.5mm。因此，含有一个单元的谐振分辨率可调
天线的长度为29.2mm，宽度为26mm，高度为2.5mm；含有两个单元的谐振分辨率可调天线的
长度为34.7mm，宽度为26mm，高度为2.5mm。含有三个单元的谐振分辨率可调天线的长度为
40.2mm，宽度为26mm，高度为2.5mm。含有四个单元的谐振分辨率可调天线的长度为45.7mm，
宽度为26mm，高度为2.5mm。本发明所述谐振分辨率可调天线的工作频率为4.24GHz-
5.18GHz。本发明是一种小尺寸芯片天线，易于使用在各种智能生活中。

[0042] 本实施例中，我们选择了单元数为1-4、进制数分别为二进制或三进制的谐振分辨率可调天线，各个天线的谐振频率状态如图所示。具体的，对于二进制的谐振分辨率可调天
线，即MEMS开关控制天线中每个单元的谐振频率状态有两种，“0”表示介质基板上单个单元
的MEMS开关均处于关闭状态，即“0000”；“1”表示介质基板上的单个单元的MEMS开关均处于
打开状态，即“1111”。对于1个单元二进制的谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有
21种，分别为“0”、“1”，对应单元中4个MEMS开关的启闭状态分别为“0000”、“1111”，谐振频率状态如图7所示；对于2个单元二进制的谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有22
种，分别为“00”、“01”、“10”、“11”，对应各个单元中4个MEMS开关的启闭状态分别为“0000-
0000”、“0000-1111”、“1111-0000”、“1111-1111”，谐振频率状态如图8所示；对于3个单元二进制的谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有23种，分别为“000”、“001”、“010”、
“011”、“100”、“101”、“110”、“111”，对应各个单元中4个MEMS开关的启闭状态分别为“0000-
0000-0000”、“0000-0000-1111”、“0000-1111-0000”、“0000-1111-1111”、“1111-0000-
0000”、“1111-0000-1111”、“1111-1111-0000”、“1111-1111-1111”，谐振频率状态如图9所示；对于4个单元二进制谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有24种，为“0000”、
“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“1000”、“1001”、“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、“1111”，对应各个单元中4个MEMS开关的启闭状态分别为“0000-
0000-0000-0000”、“0000-0000-0000-1111”、“0000-0000-1111-0000”、“0000-0000-1111-
1111”、“0000-1111-0000-0000”、“0000-1111-0000-1111”、“0000-1111-1111-0000”、
“0000-1111-1111-1111”、“1111-0000-0000-0000”、“1111-0000-0000-1111”、“1111-0000-
1111-0000”、“1111-0000-1111-1111”、“1111-1111-0000-0000”、“1111-1111-0000-1111”、“1111-1111-1111-0000”、“1111-1111-1111-1111”，谐振频率状态如图10所示。对于三进制
的谐振频率状态，即天线上每个单元有三种状态，“0”表示介质基板上单个单元的MEMS开关
处于关闭状态，即“0000”；“1”表示介质基板上单个单元的MEMS开关处于中间状态，即
“0101”，表示单个单元的第一个、第三个MEMS开关处于关闭状态，而第二个、第四个MEMS开
关处于打开状态；“2”表示介质基板上单个单元的MEMS开关处于打开状态，即“1111”。对于1
个单元三进制的谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有31种，分别为“0”、“1”、“2”，对应单元中4个MEMS开关的启闭状态分别为“0000”、“0101”、“1111”，谐振频率状态如图11
所示；对于2个单元三进制的谐振分辨率可调天线，其谐振频率状态总共有32种，分别为
“00”、“01”、“02”、“10”、“11”、“12”、“20”、“21”、“22”，对应单元中4个MEMS开关的启闭状态在此不一一列举，其谐振频率状态如图12所示；对于3个单元二进制的谐振分辨率可调天
线，其谐振频率状态总共有33种，分别为“000”、“001”、“002”、“010”、“011”、“012”、“020”、“021”、“022”、“100”、“101”、“102”、“110”、“111”、“112”、“120”、“121”、“122”、“200”、“201”、“202”、“210”、“211”、“212”、“220”、“221”、“222”，对应单元中4个MEMS开关的启闭状态在此不一一列举，其谐振频率状态如图13所示；对于4个单元二进制的谐振分辨率可调天
线，其谐振频率状态总共有34种，为“0000”、“0001”、“0002”、“0010”、“0011”、“0012”、“0020”、“0021”、“0022”、“0100”、“0101”、“0102”、“0110”、“0111”、“0112”、“0120”、“0121”、“0122”、“0200”、“0201”、“0202”、“0210”、“0211”、“0212”、“0220”、“0221”、“0222”、“1000”、“1001”、“1002”、“1010”、“1011”、“1012”、“1020”、“1021”、“1022”、“1100”、“1101”、“1102”、“1110”、“1111”、“1112”“1120”、“1121”、“1122”、“1200”、“1201”、“1202”、“1210”、“1211”、“1212”、“1220”、“1221”、“1222”、“2000”、“2001”、“2002”、“2010”、“2011”、“2012”、“2020”、“2021”、“2022”、“2100”、“2101”、“2102”、“2110”、“2111”、“2112”、“2120”、“2121”、“2122”、“2200”、“2201”、“2202”、“2210”、“2211”、“2212”、“2220”、“2221”、“2222”，对应单元中4个MEMS开关的启闭状态在此不一一列举，其谐振频率状态如图14a-c所示。本发明利用MEMS开
关来控制谐振频率状态，即可以在单一天线上实现多个谐振频率的精细调控，并且利用
MEMS开关根据实际需求实现对周期性多个单元的分辨率进行实时调控，包括对工作进制和
权重的准确选择，契合机械学习，具有多状态的可编程性，以实现更高的实用性和可靠性。
本发明天线谐振分辨率与单元个数之间的关系如图15所示。

[0043] 与已有的谐振天线现有技术中不能精细地控制天线的谐振状态、无法匹配于机械学习、无法根据实时需求调控谐振分辨率、无法调控天线工作进制和权重相比，本发明分辨
率可调天线具有以下优点：

[0044] 1)本发明通过控制MEMS开关来控制天线工作的权重和进制，进而智能调控天线的分辨率；

[0045] 2)本发明对于谐振频率状态的改变分辨率高，能进行谐振频率状态的精细调节；

[0046] 3)本发明在不改变天线结构的情况下实现对谐振分辨率的调控；

[0047] 4)本发明通过MEMS开关实现谐振频率的多状态调控，根据需求情况实时改变谐振分辨率，适用于机械学习，并以此实现可编程的智能化通信需求。

[0048] 综上，本发明利用MEMS开关来控制周期性单元的谐振频率状态，可实现多种不同的谐振频率并对天线的谐振分辨率实现实时调控，契合机械学习技术，即利用机械学习来
学习多状态的特点，进而实现针对于特定场景的精确状态调控。针对已有的天线不能精细
地控制天线的谐振状态、无法匹配于机械学习、无法根据实时需求调控谐振分辨率、无法调
控天线工作进制和权重，本发明使用MEMS开关对天线的谐振状态进行精细调控，根据实时
需求调控谐振分辨率并调控天线工作进制和权重，应用面广。

[0049] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。