CN103326133A - 基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波通信领域，具体涉及一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线。该装置包括智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器和天线阵，所述的天线阵包括四个扇区，呈正方形排列，智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器位于天线阵构成的四面体内部，对应天线阵的每一扇区均设有一T/R组件和一移相器单元，天线阵通过板件接插件与T/R组件连接，T/R组件通过射频接插件与移相器单元连接，移相器单元通过射频电缆与合路器连接。本发明的天线阵具有窄波束、低旁瓣和高增益的特点，可提高系统覆盖范围，增加网络节点间的通信距离和通信余量，提高系统通信的可靠性。

Description

基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线

技术领域

    本发明属于微波通信领域，具体涉及一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线。

背景技术

现有相控阵技术通常是基于一个阵面的扇区扫描，其通常用于雷达系统，实现对人造卫星、洲际弹道导弹、航天飞机等各种飞行器和其他目标进行监视、跟踪，其360度覆盖的天线通常是分离式的，而且没有应用在网状网体系中。而网状网通信则通常使用全向天线来进行节点之间的通信，使用全向天线的缺点是全向天线方向性差、增益低，造成系统覆盖范围小、通信距离短和通信余量少等问题，从而不能较好的解决全覆盖问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线。该相控阵天线采用一体化设计，能够覆盖360度范围，通过调节各天线阵元接收信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状,从而抑制干扰信号，提高系统的信干噪比，并具有空分复用的能力。

本发明采用的技术方案如下：一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，包括智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器和天线阵，所述的天线阵包括四个扇区，呈正方形排列，智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器位于天线阵构成的四面体内部，对应天线阵的每一扇区均设有一T/R组件和一移相器单元，智能控制单元产生定时信号并将信道数据经射频单元、滤波器和合路器后发送给天线阵，同时将控制信号发给移相器单元，天线阵通过板件接插件与T/R组件连接，T/R组件通过射频接插件与移相器单元连接，移相器单元通过射频电缆与合路器连接。

智能控制单元产生定时信号发送给射频单元，控制收发工作开关的打开与闭合，同时将控制信号发送给工作中的移相器单元，通过控制移相器单元上的移向电路及幅度加权电路从而改变所送到天线阵元上的激励值，达到在90度范围上一个扇面的电波束合成扫描功能，设备由4个相同功能的扇区组成360度的空间覆盖，扇区与扇区之间采用波束切换的形式。

上述装置所述的智能控制单元由ARM、DSP、控制FPGA和基带FPGA组成，基带FPGA通过信道机接口与多址控制器连接。基带FPGA从多址控制器中接收基带信号，根据多址控制器的控制产生各种系统通信使用的定时信号，并将信道数据经编码、调制后，形成零中频信道信号，发送到射频单元，同时将天线的指向信号发送给移相器单元。ARM对设备工作参数进行设置并对设备工作状态进行监控。 

    所述的合路器为四合路器。四个扇区天线通过四合路器合并为一个能覆盖360度通信的全向天线阵列，用于网状网通信。

    天线阵采用正方形排列，一体化安装，所述的天线阵包括24片条状微带天线，每六片一组作为一个扇区。每片天线均通过板件接插件连接至T/R组件，T/R组件完成发射和接收信号的放大，T/R组件通过射频接插件连接至移相器单元，移相器单元为每一面并行的6路信号赋不同的相位值以及幅度值，从而改变信号的指向以及主旁瓣比，加权后的信号通过射频接插件送到T/R组件的功放/低噪放单元；四面的移相器通过射频电缆连接至合路器，由合路器合并后统一由智能控制单元进行控制。

所述的天线阵的外部设有一圆柱形玻璃钢天线罩，用于防止外界环境对天线的影响。

    所述的天线阵采用波束扫描方式，步进角度为7.5度，达到360度的全向覆盖。

 滤波器为射频腔体滤波器，主要功能是为了对射频单元输出信号进行带外抑制，防止发射信号对其他设备造成干扰。

本发明具有以下有益效果：

1）、本发明的天线阵具有窄波束、低旁瓣和高增益的特点，可提高系统覆盖范围，增加网络节点间的通信距离和通信余量，提高系统通信的可靠性。

2）、本发明采用天线阵面合成、阵列切换技术，利用24片定向天线完成360度范围全覆盖；并且，将24片天线集成在一套设备上，简化了安装过程，提高了系统架设开通的速度。

3）、本发明将用于雷达系统的相控阵技术应用到微波通信中，并且用于网状网通信，克服了现有网状网通信方式的缺陷。

附图说明

图1是本发明实施方式的组成框图。

具体实施方式

    一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，如图所示，包括智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器和天线阵，所述的天线阵包括24片条状微带天线，每六片一组作为一个扇区。天线阵包括四个扇区，呈正方形排列，构成一四面体。天线阵的外部设有一圆柱形玻璃钢天线罩。智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器位于四面体内部，智能控制单元产生定时信号并将信道数据经射频单元、滤波器和合路器后发送给天线阵，同时将控制信号发给移相器单元。对应天线阵的每一扇区均设有一T/R组件和一移相器单元，每片天线均通过板件接插件连接至T/R组件，T/R组件中有功放/低噪放单元，完成发射和接收信号的放大。T/R组件通过射频接插件连接至移相器单元，移相器单元通过射频电缆与合路器连接。所述的智能控制单元由ARM、DSP、控制FPGA和基带FPGA组成，基带FPGA通过信道机接口的100Base-T接口与多址控制器连接。所述的合路器为四合路器。所述的天线阵采用波束扫描方式，步进角度为7.5度，达到360度的全向覆盖，扇区与扇区之间采用波束切换方式。滤波器采用射频腔体滤波器。

    该天线系统的主要指标见下表：

表 1 系统主要指标

项目	指标
		频率范围	5600MHz～6000MHz
阵元个数	24
		天线合成个数	6
天线增益	≥20dBi
		天线俯仰角	15度
天线水平角	16度
		发射功率	36dBm
阵元间距	λ/2
		覆盖范围	水平360度覆盖

    下面对本发明的具体实施过程进行说明：

从信号发射方向来说，IP交换单元将用户IP业务进行ATM信元包装，并将不同链路通道的以太网数据信息送入多址控制器，多址控制器将数据进行复接，通过接口中的100Base-T接口传送给智能控制单元，智能控制单元根据多址控制器控制产生各种系统通信使用的定时信号，并将信道数据经编码、调制后，形成零中频信道信号，发送到发射机，信号经上变频、放大、滤波后，送入滤波器进行滤波，经合路器送给4个扇区，在智能控制单元产生的控制信号作用下，控制收发工作开关的打开与闭合，在某个时刻选择一个扇区的天线工作，同时将控制信号发送给所工作扇区的移相器单元，通过控制移相器单元上的移向电路及幅度加权电路从而改变所送到天线阵元上的激励值，经T/R组件进行功放放大后产生所需要的赋形微波信号，将信号发射出去。

    从用户站接收方向来说，天线对4个扇区的天线方向信号的强度进行收集，在智能控制单元产生的控制信号作用下，选择一个扇区的天线方向进行工作，通过控制移相器单元上的移向电路及幅度加权电路从而改变所送到天线阵元上的激励值，经T/R组件中的低噪放单元进行小信号低噪声放大后产生所需要的赋形微波信号。对于所接收的用户信号，通过合路器送给滤波器进行滤波，在射频模块中经滤波、下变频、放大、处理后，产生零中频信号，并经过解调、解码、纠错后，生成基带信号，并通过接口中的100Base-T接口传送给多址控制器进行业务处理。

Claims (6)

1. 一种基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：包括智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器和天线阵，所述的天线阵包括四个扇区，呈正方形排列，智能控制单元、射频单元、滤波器、合路器位于天线阵构成的四面体内部，对应天线阵的每一扇区均设有一T/R组件和一移相器单元，智能控制单元产生定时信号并将信道数据经射频单元、滤波器和合路器后发送给天线阵，同时将控制信号发给移相器单元，天线阵通过板件接插件与T/R组件连接，T/R组件通过射频接插件与移相器单元连接，移相器单元通过射频电缆与合路器连接。

2.根据权利要求1所述的基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：所述的智能控制单元由ARM、DSP、控制FPGA和基带FPGA组成，基带FPGA通过信道机接口与多址控制器连接。

3.根据权利要求1所述的基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：所述的合路器为四合路器。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：所述的天线阵包括24片条状微带天线，每六片一组作为一个扇区。

5.根据权利要求4所述的基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：所述的天线阵的外部设有一圆柱形玻璃钢天线罩。

6.根据权利要求5所述的基于网状网的一体化全覆盖相控阵天线，其特征在于：所述的天线阵采用波束扫描方式，步进角度为7.5度。

Images