CN100592656C - 一种基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有三面阵波束切换智能天线的“扇区-波束”两级结构所造成的天线阵需使用移相器及复杂的PIN开关阵列等缺陷，提供了一种基于正多面体智能天线的波束形成及切换方法。该方法利用正多面体形成的环形天线阵，由逻辑控制电路对上位机发出的指令进行译码，并将译码信号发送到驱动电路，驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，驱动射频开关选通或关断相应的传输馈线及与其相连的天线单元；射频信号同时到达各个选通的微带天线单元，经过相干叠加，在正多面体外接圆法向方向形成同相波束。本发明方法不需移相器或延迟线，且阵列结构及电路结构均采用对称形式，从而解决了非结构对称天线阵波束的不一致性，提高了天线系统的整体性能。

Description

一种基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法

技术领域

本发明涉及一种智能天线系统的波束形成及切换方法，特别涉及一种基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法。

背景技术

在无线通信天线系统中，智能天线系统主要分为四大类：扇区化天线系统、波束切换天线系统、波束形成天线系统和分集天线系统。其中，扇区化天线系统和波束切换天线系统的“智能”层次较低，对无线通信系统用户容量的增加能力和通信质量的提高能力均有限，但这两种系统的成本低，且易于实现。波束形成天线系统和分集天线系统的“智能”层次则相对较高，是智能天线技术研究领域的热点。目前已经提出了大量的用于智能天线的自适应算法，但由于这些算法复杂度和硬件处理速度的限制，迄今还很难找到一种既能在恶劣的环境下有效工作，又能使信号得到实时处理的实用的自适应算法。因此，人们将注意力逐渐转移到了波束切换智能天线的实现上来。

波束切换天线系统是在覆盖范围内产生多个不同指向的窄波束，每一时刻仅选择一个波束覆盖范围进行通信。其中，每个波束可以由单个有向天线单元(如喇叭口天线)产生，也可以由多个天线单元组成天线阵产生。波束切换智能天线的“智能性”主要体现在其波束切换要受到波束选择方法的控制，具体而言，在波束切换系统中，波束选择方法首先要确定用户处于哪个波束中，然后将开关切换到具有最佳接收性能的那个波束。

若波束切换天线系统的每个波束由天线阵列产生，则可以获得比全向天线大的多的阵列增益，从而提高网络覆盖范围，降低网络设备的功率。为了使用有限的天线单元产生尽可能多的波束，每个天线单元会被用于产生不同的空间波束，这就需要对不同的天线单元进行开关控制，依据不同的波束方向控制其相位。多个天线单元的开关(PIN)形成了波束切换系统的开关阵列，其实现过程既可以在射频端完成，也可以置于中频或者基带进行，但通常情况下，在射频端实现波束切换的复杂度和成本较低。射频开关最主要的两个性能指标是隔离度和插入损耗。隔离度是衡量开关截止有效性的指标，它是指开关在关断后信号总能量与所泄漏的信号能量之间的比值。插入损耗是开关由于物理结构造成的传输损耗，一般主要考虑导通状态下电流通过时的热损耗。除了上述两点，在设计开关阵列时还需要考虑切换速度(一般的PIN二极管可以达到ms级)以及开关本身对信号相位的影响等因素。

现有的智能天线装置的波束切换方法是一种基于等边三角形状的三面阵天线系统，参见《电子学报》2004年12期中“无线局域网中的智能天线技术”。该三面阵天线装置由三个面组成，每一个面又由三个天线单元组成的均匀直线微带天线阵，每面天线阵在俯仰角覆盖90度，方位角覆盖120度。每面天线阵在方位扇区形成三个可切换的波束，每个波束宽为40度。选择长度不同的延迟线分别实现不同的相移，并由PIN二极管组成的开关组阵来实现波束的切换，即采用一个PIN总开关，一路输入，三路输出至每面直线天线阵，每面天线阵需要一个功率分配器，共需要39个PIN二极管。

三面阵天线装置的这种“扇区-波束”结构，存在着正向波束和侧向波束，正向波束是指每个扇区中垂直于天线阵面板的那个波束(同相激励产生)，侧向波束是指每个扇区中除正向波束以外的其余两个波束(非同相激励产生)。侧向波束对微带延迟线的长度有严格的要求，但由于加工精度的影响，使延迟线相位变化表现出明显的不一致性，结果就导致了侧向波束的对称性较差，主瓣旁瓣抑制比只有7dB左右，这将影响波束的干扰抑制性能；此外，用于切换延迟线的射频开关阵列也较为庞大，需要使用许多元件，由此带来较大的插入损耗，导致天线阵整体性能降低。

发明内容

本发明针对现有三面阵波束切换智能天线所存在的“扇区-波束”两级结构所造成的天线阵需使用移相器(即长度不同的延迟线)、复杂的PIN开关阵以及各个波束不一致等缺陷，提供了一种基于中心对称的正多面体，特别是正多棱柱智能天线的波束形成及切换方法。该方法利用正多棱柱面形成的环形天线阵，解决了波束的不一致性，降低了天线系统的复杂度并提高了系统的整体性能。

为实现以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的。

一种基于中心对称的正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，包括下述控制过程：

a)将射频信号从功率分配/合成器的输入端口馈入，根据接收机的位置信息，上位机发送选通指令，通过逻辑控制电路及驱动电路，由射频开关选通九个微带天线单元中连接对应接收机方向的、相邻的三个天线单元的三条馈线，被选通的相邻的三个微带天线单元将射频信号发射出去；同时，射频开关关断与其余六个微带天线单元连接的馈线；被选通的相邻的三个微带天线单元组成一个环形阵列，并形成一个指向接收机的波束；

b)当接收机位置发生改变时，上位机根据周期性检测到的当前信道状态信息，重新选择需要选通的相邻三个微带天线单元，向逻辑控制电路板发送切换指令；

c)逻辑控制电路板收到切换指令后，由逻辑控制电路的CPLD模块对该指令进行译码，并将译码信号发送到驱动电路板的驱动电路，驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，并将驱动信号送往射频开关，射频开关通过传输馈线选通另一组相邻的三个微带天线单元，并关断其余天线单元，从而实现波束的智能切换。

上述方案中，所述从功率分配/合成器的输入端口馈入的射频信号同时到达各个选通的微带天线单元，经过相干叠加，在正多面体外接圆法向方向形成同相波束；在波束切换过程中可复用相邻微带天线单元；所述被选通的相邻的三个微带天线单元形成一个环形阵列，其阵因子公式为：

式中c为光在真空中的传播速度，θ为水平方位角，r为正九边形的外接圆半径。r的取值要保证单个波束的半功率角不小于40°。

所述馈线的射频开关至功率分配/合成器的距离x满足1/4介质中波长，馈线的射频开关至微带天线单元的距离y+z满足1/4介质中波长的奇数倍。

所述驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，其过程为，当逻辑电平输入为0V时，驱动电路输出偏置电压为3.3V，当逻辑电平输入为3.3V时，输出偏置电压为-3.3V；所述射频开关选通和关断相应的传输馈线及与其相连的天线单元的过程为，当射频开关的偏置电压为3.3V时，开关二极管导通，微带传输馈线在开关二极管处短路，使得功率分配/合成器及天线单元两处开路，从而该天线单元不工作；当偏置电压为-3.3V时，开关二极管截止，微带传输馈线在开关二极管处开路，使得功率分配/合成器及天线单元两处短路，对应的天线单元工作。

所述射频开关电路采用外部补偿方法，包括补偿电感和隔直电容构成串联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电容，补偿插入损耗；补偿电容和通流电感构成并联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电感，用于补偿隔离度。

与现有的三面阵天线系统的波束切换方法比较，本发明的有益效果是：

(1)阵列结构的对称性保证了波束的对称性和一致性。本发明从正多边形端面中心的功分器直接馈电，每路RF信号都经过完全相同长度的馈线到达天线单元，由相邻天线单元组阵形成波束，这样就不会有非同相的侧向激励波束而全部是同相激励波束，明显改善了波束的主瓣旁瓣抑制比，提高了系统抑制干扰的能力，同时保证了各个波束的一致性。在具体实施过程中，同时工作的天线阵元个数一经确定，不得更改。

(2)波束切换系统中，为了产生多个指向不同的波束方向，往往需要对不同天线组的馈线进行选通或截止。对任意一根馈线进行控制，都需要在该传输线两端同时设置开关电路，才可以有效地截断射频信号。这样导致波束切换天线系统需要大量的PIN二极管电路，使系统复杂度提高、总体插入损耗增大，也增加了布线难度。如背景技术中的三面阵天线由于采用“扇区-波束”两级结构，使得开关系统比较复杂，总共需要39个PIN二极管以及相应的电容和电感，而且由于开关的非理想性，其存在着插入损耗和有限的隔离度，将会造成天线阵的驻波比提高，效率降低。本发明方法完全简化了整个开关系统，每个天线单元仅需一个开关控制其通断，整个系统总共只需N个(N为正多棱柱的面数)的PIN二极管，不但大大降低了系统的成本，同时减轻了开关非理想性对波束的影响，提高了波束的一致性。

(3)本发明天线阵所有波束均通过复用相邻单元、由同相激励产生，不需要移相器(即长度不同的延迟线)，波束一致性好；不再需要庞大的射频开关阵列来选择延迟线，简化了电路设计，减少了元件数量，减小了插入损耗，进一步降低了成本。

(4)开关二极管(PIN Diode)电路主要有串式单刀单置结构、分流式单刀单置结构、复合式结构等。虽然这些开关电路结构在仿真中各有优劣，但在高频环境下很难理想地工作，主要表现在隔离度和插入损耗性能差。这是由于二极管工作于射频，其内部的寄生电感及寄生电容已经不能忽略。本发明通过构造外部谐振电路，有效地补偿了高频环境下二极管内部的寄生电抗，使得开关电路具有较好的隔离度和插入损耗性能。

附图说明

图1为本发明的一种正九棱柱波束切换智能天线结构示意图。其中图1(a)为外部构造；图1(b)为内部构造。

图2为图1中的射频开关3的电路原理图。

图3为图1(b)中的驱动电路板5的驱动电路原理图。

图4为图1(b)中的逻辑控制电路板6的逻辑控制框图。

图5为图1中装置的波束形成及切换状态示意图。其中图5a为三个相邻的微带天线单元相干叠加形成的正向波束；图5b为按顺序向左切换的下一个正向波束；图5c为任意方向切换的正向波束；图5d为不需要用户跟踪时，由相互间隔的三个微带天线单元形成的各向同性的波束。

图6为图1波束切换智能天线的波束方向图。其中图6(a)为仿真结果图；图6(b)为实测结果图。

图7为图1波束切换智能天线的工作频段测试结果，其中图7(a)为2.400GHz～2.483GHz的测试结果，图7(b)为2.0GHz～3.0GHz的测试结果。

图8为图1正九棱柱面相邻三个天线单元组阵时方向图仿真结果。

图9为图2射频开关3的插入损耗和隔离度仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明正多面体波束切换智能天线装置的一个具体实施例为正九棱柱波束切换智能天线装置，包括一个功率分配/合成器2、射频开关3、微带天线单元10及馈线4、驱动电路和逻辑控制电路；该天线装置外形为一个正九棱柱，所述微带天线单元10设置于正九棱柱的每个柱面1上，所述功率分配/合成器2设置于垂直正九棱柱面10的正九边形端面8中心，所述射频开关3均匀分布于正九边形端面8中心外围，并由馈线4分别与功率分配/合成器2和微带天线单元10连接，射频开关3与微带天线单元10的数量均为九个；所述驱动电路、逻辑控制电路分别设置在形状与正九边形端面8相同的驱动电路板5和逻辑控制电路板6上，并依次装配于正九棱柱的内腔上部。本发明正多面体天线装置的外形并不局限于正九棱柱，还可为正多棱锥或者正多棱梯形台。

正九棱柱面1可采用如表1中的两种介质材料，各天线单元10的中心间距不超过工作频带最高频率电波波长的一半。每个波束由相邻的三个天线单元10同相激励产生，其方向图如图7所示。功率分配/合成器2的输入/输出端口采用50欧姆SMA接头，对相邻的三个天线单元10进行功率分配/合成，相对于正九棱柱面1的天线装置的内部一面为金属反射面7。

如图2所示，射频开关3的电路采用改进的Shunt SPST结构(分流式单刀单掷开关)，包括一个二极管PIN DIODE，其正极与补偿电感L1、输入、输出耦合电容C1、C2四点共接，补偿电感L1的偏置输入端BIAS连接有隔直电容C3；二极管PIN DIODE的负极连接有电感L2和一补偿电容C4，射频输入RF IN、输出RF OUT通过馈线4分别与功率分配/合成器2和微带天线单元10连接。该电路的插入损耗和隔离度特性如图8所示。电感L1用于补偿插入损耗，电容C4用于补偿隔离度，电感L2用于提供直流通路。

如图3所示，驱动电路板5上的驱动电路包括三极管T1，三极管T2。三极管T1的基极通过限流电阻R1与逻辑控制电路输出LOGIC连接，三极管T1的集电极通过耦合电阻R3与三极管T2的基极连接，三极管T2的基极到发射极之间正向并接有一个二极管D1，该二极管D1的负极通过电感L3连接射频开关3的偏置输入BIAS，三极管T1、T2均可采用PNP型三极管。驱动电路的作用是根据逻辑控制电路给出的逻辑信号，为射频开关3的二极管PIN DIODE提供合适的偏置电压和电流，逻辑电平是0V和3.3V，偏置电压为±3.3V，以关闭和选通相应的射频开关3。

如图4所示，逻辑控制电路采用CPLD(复杂可编程逻辑控制器)设计，该CPLD采用ALTERA EPM3032A型号的控制逻辑模块，其输入通过逻辑控制电路板6上的上位机接口与上位机连接，并对来自上位机的指令进行译码。CPLD的输出通过驱动电路接口与驱动电路板5上的驱动电路连接，并产生相应的逻辑信号来控制驱动电路，再由驱动电路产生相应的驱动信号驱动射频开关3进行波束切换。

图5为图1中装置的顶视波束形成及切换状态示意图。三条黑粗线边表示选通的微带天线单元10’，三个相邻的微带天线单元10’同时工作，相干叠加形成鹅蛋形的正向波束I(图5a)。切换后的波束可以是按顺序的下一个波束II(图5b)，也可以是任意方向的波束III(图5c)。具体切换哪一个波束，取决于接收机所处的位置，波束切换的过程，就是保证波束尽可能地对准接收机。在不需要进行用户跟踪或波束切换时，可以由互相间隔的三个微带天线单元10’同时工作，形成三个结构对称的波束IV，这三个波束叠加后可作为各向同性天线(图5d)。

本发明基于上述正九棱柱智能天线装置的波束形成及切换方法如下：

控制流程：根据接收机的位置信息，由上位机发送指令，通过逻辑控制电路及驱动电路，由射频开关3选通九个微带天线单元10中对应接收机方向的、相邻的三个天线单元10’，而关断其余的六个微带天线单元10。这三个被选通的微带天线单元10’组成一个环形阵列，从而形成一个指向接收机的波束I。由于接收机具有一定的移动性，当其位置发生改变，相应的信道状态信息也会随之改变。上位机根据当前的信道状态信息重新选择需要选通的微带天线单元10’，并发送切换指令。具体过程为，上位机通过位于逻辑控制板6上的上位机接口与逻辑控制板6的逻辑控制电路相连，上位机能够周期性的检测各个不同方向的信号强度并由此发出指令进行波束切换；逻辑控制电路收到切换指令后，由控制逻辑CPLD对该指令进行译码，并将译码信号通过驱动电路接口发送到驱动电路板5上，驱动电路板5上的驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，并将其送往射频开关3，射频开关3通过馈线4选通另一组相邻的三个微带天线单元10’，并关断其余的微带天线单元10，从而实现将波束I智能切换到波束II或III。在波束I切换到波束II的过程中可复用相邻微带天线单元10’，由于切换后的波束均为同相激励产生，因此不需要移相器或延迟线。

射频开关3选通和关断相应的传输馈线4及与其相连的天线单元10的过程为，当射频开关(3)的偏置电压为3.3V时，二极管PIN DIODE导通，微带传输馈线4在二极管PIN DIODE处短路，使得功率分配/合成器2及微带天线单元10两处开路，从而该微带天线单元10不工作；当偏置电压为-3.3V时，二极管PIN DIODE截止，微带传输馈线4在二极管PIN DIODE处开路，使得功率分配/合成器2及微带天线单元10两处短路，对应的微带天线单元10工作。

信号流程：射频信号从功率分配/合成器2的输入端口馈入，经过三条馈线4，由被选通的相邻的三个微带天线单元10’发射。为了保证阻抗匹配，输入端口的特征阻抗为50欧姆，三条馈线的特征阻抗均为150欧姆。对称结构保证了每根馈线4的长度完全相同，射频信号可以同时到达各个选通的微带天线单元10’，经过相干叠加，从而在正九棱柱外接圆法向方向形成同相波束。

阵列设计：为了使正九棱柱产生的九个波束能够覆盖水平方位θ在360°的范围，单个波束的水平半功率角

不能小于40°。通过改变正九棱柱外接圆半径r或者相邻微带天线单元10’的个数，可以改变

的大小。一般情况，半径r越小，半功率角

的值越大，但微带天线单元10’间的互耦也会增大；微带天线单元10’的个数越少，半功率角

的值越大，但阵列增益会降低。因此，在设计阵列时，需要综合考虑正九棱柱的尺寸、同时工作的相邻微带天线单元10’的个数以及阵列增益等多个因素。

被选通的相邻的三个微带天线单元10’形成一个环形阵列，其阵因子可表示为：

其中c为光在真空中的传播速度，θ为水平方位角，从而得出图6(a)中的理论方向图。对于本例的正九棱柱，确定外接圆半径r为70.1mm，同时选通的微带天线单元10’个数为三。

馈线尺寸：每一根馈线4仅需一个射频开关3控制。射频开关3至功率分配/合成器2的馈线距离x满足1/4介质中波长。射频开关3至微带天线单元10的馈线距离y+z满足1/4介质中波长的奇数倍，本例中取3倍，也可取5或7倍。这样的设置使得射频开关3能够同时关断馈线4的两端。

介质中波长λ_g的值同工作频率f、介质的介电常数ε_r、介质板厚度d、以及辐射单元的特征阻抗有关。表1为两种板材的介质中波长λ_g的选择(工作频率f＝2.441GHz)。

表1

这种距离的选取方法大大简化了PIN Diode的设计，减小整个系统所需的切换开关的数量，减小了插入损耗和功耗，提高了系统的性能，降低了成本。

射频开关3的补偿电路：由于射频环境下射频开关3内部的寄生电抗以及微带介质本身的分布参数特性，将造成射频开关3隔离度不够，插入损耗大从而影响系统性能。本发明采用了特殊的电路对其进行了补偿。通过仿真发现，射频开关3中的寄生电容对开关的插入损耗影响较大；而隔离度则对寄生电感比较敏感。补偿的方法是构造外部谐振电路，详见图2。电感L1和电容C3构成串联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电容，补偿插入损耗；电容C4和电感L2构成并联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电感，用于补偿隔离度。在工作频率为2.441GHz下，L1、L2、C3、C4的值分别可选为6.8nH、33nH、1.2pF、10pF。

图6为基于正多棱柱智能天线的波束切换方向图的仿真结果和实测结果比较。以正九棱柱为例，由图可以看出，仿真结果和实测结果相当接近，实测的各个波束具有良好的一致性。

图7为本发明应用实例的工作频段测试结果。应用环境为基于IEEE802.11b/g的无线局域网，其工作频段为ISM(工业科学医疗)频段，但本发明不局限于该频段，而是适用于任何微波波段。从图7测试结果(a)可看出中心频率处的驻波比低于1.3，2.400GHz～2.475GHz频段内驻波比均不超过2，说明天线的辐射效率较高。从图6测试结果(b)可以看出2.0GHz～3.0GHz频段内只有一个谐振点，因此天线没有带外辐射，效率较高，且不会对其他频段造成干扰。

图8为正九边形端面8的边长d为50毫米时三元组阵的性能。从图7可看出3dB主瓣宽度可以达到40度，主瓣旁瓣抑制比超过14dB。可以满足对空间覆盖范围的要求，同时能够有效地抑制干扰。

图9为射频开关3的插入损耗及隔离度的Microwave Office仿真结果，从图9中的曲线可见，中心频率处插入损耗Insert loss为0.128dB，隔离度lsolation为29.2dB。很明显，本发明中的电路对PIN DIODE的寄生电容和寄生电感都进行了有效的补偿，很好的消除了其对开关电路的影响。

本发明方法可适用于结构呈正多面体的多天线系统，包括正多棱柱、正多棱锥或者正多棱梯形台等。适合应用于射频实现的自适应天线阵列、智能天线、相控阵雷达等波束切换系统中。

Claims (7)

1.一种基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，所述正多面体智能天线装置包括一个功率分配/合成器(2)、射频开关(3)、微带天线单元(10)及馈线(4)、驱动电路和逻辑控制电路；该天线装置外形为一个正九棱柱，所述微带天线单元(10)设置于正九棱柱的每个柱面(1)上，所述功率分配/合成器(2)设置于垂直正九棱柱面的正九边形端面(8)中心，所述射频开关(3)均匀分布于正九边形端面(8)中心外围，并由馈线(4)分别与功率分配/合成器(2)和微带天线单元(10)连接，射频开关(3)与微带天线单元(10)的数量均为九个；所述驱动电路、逻辑控制电路分别设置在形状与正九边形端面(8)相同的驱动电路板(5)和逻辑控制电路板(6)上，并依次装配于正九棱柱的内腔上部；其特征是，包括下述控制过程：

a)将射频信号从功率分配/合成器(2)的输入端口馈入，根据接收机的位置信息，上位机发送选通指令，通过逻辑控制电路及驱动电路，由射频开关(3)选通九个微带天线单元(10)中连接对应接收机方向的、相邻的三个微带天线单元(10’)的三条馈线(4)，被选通的相邻的三个微带天线单元(10’)将射频信号发射出去；同时，射频开关(3)关断与其余六个微带天线单元(10)连接的馈线(4)；被选通的相邻的三个微带天线单元(10’)组成一个环形阵列，并形成一个指向接收机的第一波束；

b)当接收机位置发生改变时，上位机根据周期性检测到的当前信道状态信息，重新选择需要选通的相邻三个微带天线单元(10’)，向逻辑控制电路板(6)发送切换指令；

c)逻辑控制电路板(6)收到切换指令后，由逻辑控制电路的CPLD模块对该指令进行译码，并将译码信号发送到驱动电路板(5)的驱动电路，驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，并将驱动信号送往射频开关(3)，射频开关(3)通过馈线(4)选通另一组相邻的三个微带天线单元(10’)并关断其余天线单元(10)，从而将第一波束切换到第二或第三波束；

所述从功率分配/合成器(2)的输入端口馈入的射频信号同时到达选通的三个相邻微带天线单元(10’)，经过相干叠加，在正多面体外接圆法向方向形成同相波束。

2.根据权利要求1所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，所述被选通的相邻的三个微带天线单元(10’)组成一个环形阵列，其阵因子公式为：

式中c为光在真空中的传播速度，θ为方位角，r为正九边形的外接圆半径，r的取值要保证单个波束的半功率角不小于40°。

3.根据权利要求1所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，所述馈线(4)上的射频开关(3)至功率分配/合成器(2)的距离x为1/4介质中波长，射频开关(3)与微带天线单元(10)之间沿馈线(4)的折线距离y+z为1/4介质中波长的奇数倍。

4.根据权利要求1所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，所述驱动电路根据译码信号产生相应的驱动信号，其过程为，当逻辑电平输入为0V时，驱动电路输出偏置电压为3.3V，当逻辑电平输入为3.3V时，输出偏置电压为-3.3V。

5.根据权利要求1或4所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，所述射频开关(3)包括一个开关二极管PIN DIODE，其正极与补偿电感(L1)、输入、输出耦合电容(C1、C2)四点共接，补偿电感(L1)的偏置输入端BIAS连接有隔直电容(C3)；二极管PIN DIODE的负极连接有电感(L2)和一补偿电容(C4)，射频输入RF IN、输出RF OUT通过馈线(4)分别与功率分配/合成器(2)和微带天线单元(10)连接；射频开关(3)选通和关断相应的传输馈线(4)及与其相连的微带天线单元(10)的过程为，当射频开关(3)的偏置电压为3.3V时，开关二极管PIN DIODE导通，微带传输馈线(4)在开关二极管处短路，使得功率分配/合成器(2)及微带天线单元(10)两处开路，从而该微带天线单元(10)不工作；当偏置电压为-3.3V时，开关二极管PIN DIODE截止，微带传输馈线(4)在开关二极管处开路，使得功率分配/合成器(2)及微带天线单元(10)两处短路，对应的微带天线单元(10)工作。

6.根据权利要求1所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，所述射频开关(3)采用外部电路补偿的方法，用补偿电感(L1)和隔直电容(C3)构成串联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电容，补偿插入损耗；用补偿电容(C4)和通流电感(L2)构成并联谐振回路，抵消开关二极管在高频形成的寄生电感，用于补偿隔离度。

7.根据权利要求1所述的基于正多面体智能天线装置的波束形成及切换方法，其特征是，在第一波束切换到第二波束的过程中，相邻微带天线单元(10’)能够被复用。

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