目前,，各種通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一是大容量、多功能,、超寬帶,。通過提高系統(tǒng)容量、增加系統(tǒng)功能,、擴展系統(tǒng)帶寬,，一方面可以滿足日益膨脹的實際需求，另一方面也可以降低系統(tǒng)成本。而天線作為各種無線通信系統(tǒng)的前端,，其性能對于通信系統(tǒng)整體功能具有重要的影響,，因此也相應的對其提出了諸如多頻、寬帶,、小型化等要求,。
隨著無線通信系統(tǒng)的日益復雜化，單一的傳統(tǒng)天線已經(jīng)不能滿足要求,。而多天線設計雖然可以滿足新一代無線通信系統(tǒng)對天線的高要求,，但是，天線數(shù)目的增多,，會使設備成本,、天線的空間布局等問題凸顯出來。特別是在手持移動設備上,，由于空間有限,，使得多天線的設計異常困難。
在這種情況下,，可重構(gòu)天線就具有非常明顯的優(yōu)勢,。它可在不改變天線的尺寸和結(jié)構(gòu)的情況下在天線的方向圖、工作頻率,、極化特性等方面實現(xiàn)重構(gòu),，從而使一個天線能夠?qū)崿F(xiàn)多個天線的功能，適應移動終端不同的應用環(huán)境和要求,。
在天線的方向圖可重構(gòu)方面,，目前的研究主要集中在采用八木形式的結(jié)構(gòu)上。即通過開關(guān)控制來改變反射器或引向器的有效諧振長度,，從而實現(xiàn)反射或者引向作用,，使天線的輻射方向發(fā)生變化。但是,，這種方式需要多個天線,。故在手持終端有限的空間下，采用這種方式有很大的困難,。另外,，在天線極化方式可重構(gòu)方面，研究的重點也是單貼片的天線,，即通過在天線上開槽或者采用多條饋線,，并在不同位置安裝開關(guān)來改變開關(guān)的狀態(tài)從而實現(xiàn)極化方式的變化，但是,，這種天線的面積較大,，同時采用多條饋線的結(jié)構(gòu)太復雜,，都不適用于實際的移動設備。
本文提出了一種用于手持移動設備的可重構(gòu)天線．該天線在適當位置安裝了RF-PIN開關(guān),，可通過直流控制電路控制開關(guān)的通斷,，以使天線以兩種正交的線極化方式工作，同時也使天線的方向圖發(fā)生變化,，從而實現(xiàn)極化方式和方向圖的重構(gòu),。該天線結(jié)構(gòu)緊湊，面積小,，易于制造,，并具有在同一終端安裝多個天線來實現(xiàn)MIMO(多輸入多輸出系統(tǒng))的潛力，故在移動終端中有良好的應用價值,。
天線可以與手持設備電路板集成在一起,，安裝在電路板的左上角，其結(jié)構(gòu)和RF-PIN開關(guān)控制電路示意圖如圖1所示,。
天線結(jié)構(gòu)和RF-PIN開關(guān)控制電路示意圖
通常的天線版圖位于介質(zhì)基片的底面,，控制電路位于基片的頂面，圖l中的D1,、D2為兩個RF-PIN開關(guān),；Cl、C2為旁路電容,，對高頻信號短路,；L1、L2為電感,，對高頻信號開路,。二極管和電容通過通孔與底面的天線連接。該天線基片采用厚度為0．8 mm,，介電常數(shù)為4．4的FR4材料,。水平與垂直的兩個微帶結(jié)構(gòu)通過RF-PIN開關(guān)與電路板地相連，中間的微帶為饋線,，并通過同軸電纜直接饋電,。微帶天線的諧振頻率主要取決于微帶線的長度，在一般情況下,，在介電常數(shù)為εeff的基片上,，微帶線的波導波長約為：
微帶線的波導波長公式
兩種工作狀態(tài)下天線S11曲線
由于兩種工作狀態(tài)下，天線的接地端不同,，因此,，天線的有效輻射部分也有所不同。當處于X模式時,，天線結(jié)構(gòu)中垂直部分的微帶線接地,，因此，天線的輻射部分應該為水平部分的微帶,，天線也相應工作在水平極化方式,。圖3所示為天線在2.44 GHz時的射頻電流分布圖。
天線在2.44 GHz時的射頻電流分布圖
從圖3可以看出,，射頻電流主要集中在天線水平方向的微帶線上(這印證了前面的分析),。但同時，在中間部分的微帶以及天線其他部分也存在射頻電流,，因此,，天線仍會輻射部分垂直極化波。圖4所示為天線的兩種極化波在XY及YZ平面的方向圖,。
天線的兩種極化波在XY及YZ平面的方向圖
圖4中,，Theta表示水平極化方波，Phi表示垂直極化波,，從圖中可以看出,，在XY平面上，水平極化波的平均增益比垂直極化波高35 dB以上,，而在YZ平面上,，水平極化波具有良好的全向性，且平均增益比垂直極化波高約10 dB,，因此可以判斷,，水平極化波能量遠大于垂直極化波能量，天線工作在水平極化方式下,。
當處于Y模式下時,，天線結(jié)構(gòu)中水平部分的微帶線接地，因此,，垂直部分的微帶線是天線的有效輻射體,，此時天線也相應工作在垂直極化方式下。圖3(b)所示為模式Y(jié)下天線在2．4 GHz的射頻電流分布圖,，從圖中可以看出,，此時的射頻電流主要集中在天線垂直方向的微帶線上，天線此時工作在垂直極化方式下,。圖5所示為該模式下天線兩種極化波在XY和YZ平面的方向圖,。
天線在Y模式下的天線兩種極化波在XY和YZ平面的方向圖
從圖5中可以看出，在XY平面上,，垂直極化波的最大增益比水平極化波高37 dBi,，同時在YZ平面上，垂直極化波也有良好的全向性,。其最大增益比水平極化波高12 dB,，說明在該模式下,，天線可良好地輻射垂直極化波，而交叉極化分量很低,。
事實上,，在兩種工作模式下，天線的總體方向圖會發(fā)生顯著變化,。在YZ和XZ兩個平面上,。天線方向圖具有良好的全向性，能盡可能的接受各個方向的來波信號,；而在XY平面上,，天線在兩種狀態(tài)下的方向圖顯著不同，最大輻射方向會發(fā)生明顯改變,，并且在這個輻射平面上可以實現(xiàn)良好的互補,。故在實際應用中，應根據(jù)信號波的方向和強度的不同,，來實時改變天線狀態(tài),，調(diào)整方向圖的最大輻射方向，以有效地提高天線信號的信噪比,，提高通信速率和系統(tǒng)容量,。
仿真結(jié)果表明，在兩種狀態(tài)下,，該天線的-10 dB帶寬均可達到240 MHz,。而且通過開關(guān)狀態(tài)的切換，還可以使天線在水平和垂直線極化方式之間切換,，并使天線輻射方向圖的主瓣方向也偏轉(zhuǎn)150°,。