CN109301506A - 一种可重构圆形阵列天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可重构圆形阵列天线系统，主要包括圆形阵列天线，圆形阵列天线包括圆形金属反射板和天线单元，天线单元固定在圆形金属反射板上，所述圆形金属反射板沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元；圆形阵列天线上每一个垂直方向的天线单元接到不同的射频开关上，所有射频开关的射频输入口接到一个总的功分器上，组合成为一个360°可重构天线，功分器上有射频端口7，所有射频开关连接控制模块，并且控制模块连接有陀螺仪。本发明实现非机械式的信号搜索和追踪，从而在移动中对信号进行360°方向图扫描追踪；电扫描信号捕获时间可以毫秒计算，比传统的机械扫描天线的信号追踪速度也快两个数量级以上；自身波束不固定，在扫描和追踪中能指向不同方向，能够实现中继等复杂组网。

Description

一种可重构圆形阵列天线系统
技术领域
本发明涉及天线的领域，具体涉及一种可重构圆形阵列天线系统。
背景技术
随着无线通信系统和卫星技术的快速发展，动中通天线系统的应用越来越广泛，如移动卫星电视接收天线、移动卫星宽带接收天线、无线信号检测和自动追踪天线等。这些场景应用的天线都需要具有方向性，同时天线波束具有追踪能力。
海上无法架设移动通信基站，其通信主要靠卫星和短波电台。短波电台频率低，在不需要中继情况下，可以实现100多公里的通信，天线用普通的全向天线，但短波电台带宽窄，只能传输语音。卫星通信是海上通信的主要手段，包括海事电话和宽带数据通信卫星。海事电话属于窄带通信系统，应用普通指向天线，宽带数据通信卫星的地面接收天线必须是高增益、指向性和快速追踪的动中通天线。
卫星电视接收天线是当前动中通天线最大的应用领域，包括船载卫星电视接收天线和车载卫星电视接收天线等，解决了户外长期移动作业和旅游人员的娱乐问题，特别是海上作业人员，长期与陆地缺少信息交流，卫星电视为人员带来娱乐的同时，也有利于心理健康。
陆地上移动中的组网通信和特种通信系统需要动中通天线，用以完成快速信号捕获和追踪。
目前的动中通天线有两种，抛物面天线结合伺服系统组成的动中通天线，以及平板阵列天线结合伺服系统组成的动中通天线。抛物面天线以方向性强和增益高等性能在动中通天线中应用最为广泛，特别是高速数据通信天线，都是用抛物面天线加上伺服系统实现。平板阵列天线以期剖面低等优点在车载卫星电视接收天线中应用比较广泛，在船载卫星电视接收天线中也有较多的应用。
不论基于抛物面天线的动中通天线，还是基于平板阵列天线的动中通天线都需要伺服系统驱动天线进行信号的搜索和追踪，由于伺服系统需要伺服电机(步进电机)、同步轮和同步带等结构件，在长期运行中磨损失效较多，可靠性差。同时，抛物面天线和平板阵列天线其自身波束固定，难以实现多波速或多极化工作，制约复杂系统的工作，如无法实现自组网等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种可重构圆形阵列天线系统，结合射频开关和移相器等组件，实现非机械式的信号搜索和追踪，可满足360°方向图扫描追踪，并能实现单一或多个方向追踪。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种可重构圆形阵列天线系统，主要包括圆形阵列天线，圆形阵列天线包括圆形金属反射板和天线单元，天线单元固定在圆形金属反射板上，所述圆形金属反射板沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元；圆形阵列天线上每一个垂直方向的天线单元接到不同的射频开关上，所有射频开关的射频输入口接到一个总的功分器上，组合成为一个360°可重构天线，功分器上有射频端口7，所有射频开关连接控制模块，并且控制模块连接有陀螺仪。
作为优选，所述的圆形阵列天线上每一个垂直方向的天线单元接到同一个次级功分器上，次级功分器交替接到不同的射频开关上，所有射频开关的射频输入口接到一个总的功分器上，组合成为一个360°可重构天线。
作为优选，所述的圆形阵列天线上每一个垂直方向的天线单元接到同一个次级射频开关上，次级射频开关交替接到不同的射频开关上，所有射频开关的射频输入口接到一个总的功分器上，组合成为一个360°可重构天线。
作为优选，所述射频开关为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块的单片机控制下开启不同的端口。
更进一步的，所述功分器和次级功分器为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。
更进一步的，所述控制模块由单片机和多个输入输出接口组成，控制模块与射频开关的控制端口连接，实现射频开关不同输出端口的控制。
本发明的有益效果为：
1、通过电扫描实现信号的搜索和追踪，没有传统动中通天线的机械活动结构，可靠性更好；
2、电扫描信号捕获时间可以毫秒计算，机械扫描捕获信号时间都是以分钟计算，电扫描天线比传统的机械扫描天线的信号追踪速度也快两个数量级以上；
3、自身波束不固定，在扫描和追踪中能指向不同方向，能够实现中继等复杂组网。
附图说明
图1为本发明的圆形阵列天线结构示意图。
图2为本发明的原理示意图。
图3为本发明实施例2的原理示意图。
图4为本发明实施例3的原理示意图。
附图标记说明：圆形阵列天线1、射频开关2、功分器3、陀螺仪4、控制模块5、次级功分器6、射频端口7、次级射频开关8、天线单元9、圆形金属反射板10。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例1：如附图1和2所示，这种可重构圆形阵列天线系统，主要包括圆形阵列天线1、射频开关2、功分器3、陀螺仪4、控制模块5、次级功分器6、射频端口7、天线单元9、圆形金属反射板10，圆形阵列天线1包括圆形金属反射板10和天线单元9，天线单元9固定在圆形金属反射板10上；圆形金属反射板10除了起到固定天线单元9作用外，也是能增加天线前后比。所述圆形金属反射板10沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元9；所述的圆形阵列天线1上每一个垂直方向的天线单元9接到同一个次级功分器6上，次级功分器6交替接到不同的射频开关2上，所有射频开关2的射频输入口接到一个总的功分器3上，组合成为一个360°可重构天线。功分器3上有射频端口7，所有射频开关2连接控制模块5，并且控制模块5连接有陀螺仪4。
所述射频开关2为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块5的单片机控制下开启不同的端口。所述功分器3和次级功分器6为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。所述控制模块5由单片机和多个输入输出接口组成，与射频开关2的控制端口连接，实现射频开关2不同输出端口的控制。
本发明工作过程：一个射频开关2每次对应一个次级功分器6，N个射频开关2分别对应N个次级功分器6，在开启的N个次级功分器6不相邻时，有N个天线波束；如果N个射频开关2开启的端口对应的次级功分器6相邻就可以组合成一个N单元阵列天线。通过控制模块5改变射频开关2的开启端口，可以改变接入系统的天线单元9的位置和数量，实现不同的信号追踪和扫描，如过持续切换一周，也就实现了一周的扫描，在运用中，圆形阵列天线1方向会不断改变，在陀螺仪4的辅助下，圆形阵列天线1可以实现特定信号的持续追踪。
在方位角方向，每一个圆阵由不同的射频开关2和功分器3控制，能够实现多系统工作和多信号源追踪，如每一层天线单元9可以分别工作在800MHz、1GHz或2.4GHz等不同的频段，克服抛物面天线只能单一系统应用的弊端。
本发明工作方式根据天线单元9、功分器3和射频开关2的不同组合有多种工作方式。
实施例2：如附图3所示，与实施例1不同之处在于：所述圆形阵列天线1上每一个垂直方向的天线单元9直接连接到不同的射频开关2上，所有射频开关2的射频输入口接到一个总的功分器3上，组合成为一个360°可重构天线。
实施例3：如附图4所示，所述的圆形阵列天线1每一个垂直方向的天线单元9接到同一个次级射频开关8上，次级射频开关8交替接到不同的射频开关2上，所有射频开关2的射频输入口接到一个总的功分器3上，组合成为一个360°可重构天线。也就是说，天线单元9接一个开关阵列。本实施例可以组合成更多的天线波束形式，能够更好的满足多波束、多角度的信号扫描和追踪。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：主要包括圆形阵列天线(1)，圆形阵列天线(1)包括圆形金属反射板(10)和天线单元(9)，天线单元(9)固定在圆形金属反射板(10)上，所述圆形金属反射板(10)沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元(9)；圆形阵列天线(1)上每一个垂直方向的天线单元(9)接到不同的射频开关(2)上，所有射频开关(2)的射频输入口接到一个总的功分器(3)上，组合成为一个360°可重构天线，功分器(3)上有射频端口(7)，所有射频开关(2)连接控制模块(5)，并且控制模块(5)连接有陀螺仪(4)。
2.根据权利要求1所述的可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：所述的圆形阵列天线(1)上每一个垂直方向的天线单元(9)接到同一个次级功分器(6)上，次级功分器(6)交替接到不同的射频开关(2)上，所有射频开关(2)的射频输入口接到一个总的功分器(3)上，组合成为一个360°可重构天线。
3.根据权利要求1所述的可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：所述的圆形阵列天线(1)上每一个垂直方向的天线单元(9)接到同一个次级射频开关(8)上，次级射频开关(8)交替接到不同的射频开关(2)上，所有射频开关(2)的射频输入口接到一个总的功分器(3)上，组合成为一个360°可重构天线。
4.根据权利要求1或2或3所述的可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：所述射频开关(2)为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块(5)的单片机控制下开启不同的端口。
5.根据权利要求1或2所述的可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：所述功分器(3)和次级功分器(6)为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。
6.根据权利要求1所述的可重构圆形阵列天线系统，其特征在于：所述控制模块(5)由单片机和多个输入输出接口组成，控制模块(5)与射频开关(2)的控制端口连接，实现射频开关(2)不同输出端口的控制。
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