CN110994162A - 鞭状短波相控阵通信天线系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了鞭状短波相控阵通信天线系统。该鞭状短波相控阵通信天线系统的一具体实施方式包括：多个鞭状天线，鞭状天线作为相控阵通信天线的阵元，多个鞭状天线排列组成天线阵；相控阵组件，相控阵组件用于对鞭状天线的信号进行移相处理；相控阵组件包括：依次相连的控制单元、分路器和移相器，移相器与鞭状天线连接，其中，分路器用于将激励器产生的射频信号分成多路，移相器用于对射频信号进行相位调整。采用鞭状天线作为该天线系统的阵元，提高了天线系统的灵活性，减小了天线系统的占地面积。

Description

鞭状短波相控阵通信天线系统

技术领域

本公开实施例涉及射频技术领域，具体涉及鞭状短波相控阵通信天线系统。

背景技术

天线是无线电通讯系统不可缺少的重要组成部分。天线可以辐射和接收电磁波，进而实现信号的无线传输。

目前的天线中，机械天线存在旋转惯性大、机械故障高的问题。而相控阵天线系统是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位，进而改变了天线辐射电磁波的波阵面指向。目前的相控阵天线系统，大多以水平偶极子天线、笼型天线、垂直对数周期天线、水平对数周期天线等作为阵元。

但是，上述阵元存在结构复杂、安装架设工作繁复、占地面积大以及组阵结构不能灵活调整问题。

相应地，本领域需要一种新型的天线系统来解决上述问题。

发明内容

本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本公开的一些实施例提出了鞭状短波相控阵通信天线系统，包括：多个鞭状天线，鞭状天线作为相控阵通信天线的阵元，多个鞭状天线排列组成天线阵；相控阵组件，相控阵组件用于对鞭状天线的信号进行移相处理；相控阵组件包括：依次相连的控制单元、分路器和移相器，移相器与鞭状天线连接，其中，分路器用于将激励器产生的射频信号分成多路，移相器的数量与射频信号所分成的路数相对应，移相器用于对射频信号进行相位调整。

在一些实施例中，相控阵组件还包括相位控制器，相位控制器的两端分别连接到移相器的输入端和输出端，相位控制器用于采集移相后的射频信号，以及控制移相器对射频信号的移相量进行调整。

在一些实施例中，鞭状天线的组阵方式包括但不限于以下至少一项：圆形阵、矩形阵、一字阵和L型阵。

在一些实施例中，鞭状天线包括鞭状天线主体，设置到主体上下两端的第一集中加载点、第二集中加载点和控制开关，第一集中加载点采用电阻电感RL电路并联加载形式，第二集中加载点采用电阻电感电容RLC电路并联加载形式，在主体的底端还设置有传输线变压器，其中，传输线变压器包括串联的第一LC电路、第二LC电路和与上述电路并联的LC电路，在控制开关的控制下，对第一集中加载点、第二集中加载点和传输线变压器进行选择。

在一些实施例中，移相器包括以下至少一项：数字移相器，模拟移相器。

在一些实施例中，移相器包括：噪声相消放大器，用于减小移相器的噪声系数，其中，噪声相消放大器采用双极性晶体管实现；输入有源巴伦，用于将噪声相消放大器输出的单端信号转成差分信号，进而输入到移相器中；正交信号发生器，用于产生正交信号；模拟加法器，通过产生的正交信号，在电流域合成所需的相位；电流阵列发生器，用于在输入信号的控制下，产生所需移相值的的电流；逻辑编码器，采用六位的数控信号来产生控制射频输入的信号极性的信号。

本公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：采用鞭状天线作为该天线系统的阵元，提高了天线系统的灵活性，减小了天线系统的占地面积。举例来说，上述鞭状天线对安装架设的场地要求较低，可以采用固定台站、机动车载、船载和机载移动平台的方式设置，使该天线系统能够在多个领域以多种设置方式设置，大幅度地增强了系统天线的灵活性。

此外，多个鞭状天线排列组成天线阵，能够提高天线系统的增益，以及提高波束方向的可控性。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述及其他特征和有益效果将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1是根据本公开的鞭状短波相控阵通信天线系统的一些实施例的结构示意图；

图2是根据本公开的鞭状天线的一些实施例的结构示意图；

图3是根据本公开的传输线变压器的一些实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

此外，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

请参见图1所示，图1是根据本公开的鞭状短波相控阵通信天线系统的一些实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例中的天线系统可以包括鞭状天线7和相控阵组件(图中未整体示出)。

在一些实施例中，上述鞭状天线可以是一种垂直天线。鞭状天线的结构可以是多种的。例如接杆式、拉杆式或蛇骨式的。该鞭状天线可以是可拆卸、伸缩或弯曲折叠的，此处不做限定。本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。再例如，鞭状天线的尺寸、外部结构中是否附带螺旋线圈等，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，此处不做限定。此外，该鞭状天线的安装形式既可以是直立型，也可以是拉线型。

该鞭状天线具有结构简单，使用方便，全方向性，机动性好，适于运动中的无线电台使用的优点。因此，上述鞭状天线可以设置到固定的展台、机动车载平台、船载平台以及机载平台上。进一步地，上述鞭状天线可以排列成天线阵。该天线阵的排列形式可以包括但不限于以下至少一项：圆形阵、矩形阵、一字阵、L型阵和不规则型的天线阵。具体而言，上述天线阵中，鞭状天线之间的间距以及鞭状天线的数量，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，此处不做限定。通过将多个鞭状天线排列组成天线阵，相比于单一的鞭状天线，能够提高天线系统的增益，以及提高波束方向的可控性。举例而言，8单元鞭状相控阵天线系统，可以采用圆形排列结构。该天线系统的工作频率范围可以是3MHz～30MHz，单波束覆盖范围60°，可在360°范围进行扫描。天线系统增益比单一的鞭状天线增加约8dB。

在一些实施例的可选实现方式中，鞭状天线可以包括鞭状天线主体71、设置到主体71上下两端的第一集中加载点72和第二集中加载点73。接下来，结合图2进行说明。图2是根据本公开的鞭状天线的一些实施例的结构示意图。如图2所示，第一集中加载点72可以采用RL(Resistor-inductor circuit，电阻-电感)电路并联加载形式。第二集中加载点73可以采用电阻电感电容RLC(RLC circuit，)电路并联加载形式。在主体71的底端还设置有传输线变压器74，传输线变压器74用于优化天线驻波比和增益。具体而言，可以根据电线的电气特性合理地划分波段。分别对天线进行分波段优化。进一步地，通过控制开关对上述第一集中加载点72、第二集中加载点73和传输线变压器74进行实时选择。接着参阅图3，图3是根据本公开的传输线变压器的一些实施例的结构示意图。如图3所示，该传输线变压器74的结构可以包括串联的第一LC电路741、第二LC电路742和与上述电路并联的LC电路743。在控制开关的控制下，选择适当的传输线变压器结构。

继续参阅图1，图1是根据本公开的鞭状短波相控阵通信天线系统的一些实施例的结构示意图。在一些实施例中，相控阵组件包括：依次相连的控制单元1、激励器2、分路器3和移相器4。其中，每个鞭状天线7与一个移相器4连接。该相控阵组件用于对鞭状天线7组成的天线阵的信号进行移相处理，以获得合成波束的偏转。移相器4用于对信号进行相位调整。具体而言，控制单元1可以是电子计算机。当工作频率确定后，上述电子计算机可以通过计算对上述阵元发射的信号的相位进行控制。上述激励器2用于发送射频信号。分路器3用于将激励器2产生的射频信号分成多路，进而传递到不同的移相器4和鞭状天线7上。具体地，上述移相器4的数量与射频信号所分成的路数相对应。上述移相器4能够对信号的相位进行调整。可选地，上述移相器4可以是数字移相器也可以是模拟移相器。如此一来，通过控制各路射频信号的相位，以实现波束的扫描。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对上述控制单元1、激励器2、分路器3和移相器4进行选择。

在一些实施例的可选实现方式中，移相器可以包括：噪声相消放大器、输入有源巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、电流阵列发生器和逻辑编码器。其中，噪声相消放大器用于减小移相器的噪声系数，其中，噪声相消放大器采用双极性晶体管实现。具体而言，为了降低噪声系数，可以在移相器输入巴伦的前级插入一个噪声相消放大器来减少移相器的噪声系数。噪声相消放大器具有功耗小、占用面积小的特点。该噪声相消放大器采用双极性晶体管，如此一来，可以在相同电流的情况下，实现更大的增益。输入有源巴伦用于将噪声相消放大器输出的单端信号转成差分信号，进而输入到移相器中，可以在有源巴伦的输出部分加入缓冲器，进而减小正交信号发生器的负载效应对于有源巴伦的影响。正交信号发生器用于产生正交信号；模拟加法器，通过产生的正交信号，在电流域合成所需的相位。其中，该模拟加法器中的放大器可以采用CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)和双极性晶体管实现。电流阵列发生器，用于在输入信号的控制下，产生所需移相值的电流。逻辑编码器可以采用六位的数控信号来产生控制射频输入的信号极性的信号。

在一些实施例的可选实现方式中，该相控阵组件还可以包括相位控制器。继续参阅图1，如图1所示，该相位控制器6的两端分别连接到移相器4的输入端和输出端，其用于采集移相后的射频信号，以及根据采集的射频信号，调整移相器对射频信号的移相量。

进一步地，相控阵组件还可以包括功率放大器5，功率放大器5与移相器4连接，该功率放大器5用于提高射频输出功率。由于激励器2所产生的信号功率较小，因此需要功率放大器进行放大，使信号的功率提高，进而馈送到鞭状天线7上辐射出去。如图1所示，可以对小功率信号进行移相后再进行功率放大处理，进而在空中进行功率合并，以及在需要的方向形成定向高增益。此外，也可以先对大功率发信机的信号经过功率分配之后，再进行移相处理。在空中进行功率合成以及在需要的方向形成定向高增益。

结合图2和图3可以看出，通过在鞭状天线上通过控制开关对上述第一集中加载点、第二集中加载点和传输线变压器进行实时选择，能够优化天线驻波比和增益。

此外，通过设置相位控制器，能够对移相后的射频信号进行采集，并且根据采集的射频信号控制移相器对移相量进行调整。从而，提高了移相量的准确度。

最后，通过在移相器输入巴伦的前级插入一个噪声相消放大器，可以有效地来减少移相器的噪声系数，以及噪声相消放大器具有功耗小、占用面积小的特点。该噪声相消放大器采用双极性晶体管，可以在相同电流的情况下，实现更大的增益。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种鞭状短波相控阵通信天线系统，其特征在于，所述鞭状短波相控阵通信天线系统包括：

多个鞭状天线，所述鞭状天线作为所述相控阵通信天线的阵元，所述多个鞭状天线排列组成天线阵；

相控阵组件，所述相控阵组件用于对所述鞭状天线的信号进行移相处理；所述相控阵组件包括：依次相连的控制单元、分路器和移相器，所述移相器与所述鞭状天线连接，其中，所述分路器用于将激励器产生的射频信号分成多路，所述移相器的数量与所述射频信号所分成的路数相对应，所述移相器用于对射频信号进行相位调整。

2.根据权利要求1所述的鞭状短波相控阵通信天线系统，其特征在于，所述相控阵组件还包括相位控制器，所述相位控制器的两端分别连接到所述移相器的输入端和输出端，所述相位控制器用于采集移相后的射频信号，以及控制所述移相器对所述射频信号的移相量进行调整。

3.根据权利要求2所述的鞭状短波相控阵通信天线系统，其特征在于，所述鞭状天线的组阵方式包括但不限于以下至少一项：圆形阵、矩形阵、一字阵和L型阵。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的鞭状短波相控阵通信天线系统，其特征在于，所述鞭状天线包括鞭状天线主体，设置到所述主体上下两端的第一集中加载点、第二集中加载点和控制开关，所述第一集中加载点采用电阻电感RL电路并联加载形式，所述第二集中加载点采用电阻电感电容RLC电路并联加载形式，在所述主体的底端还设置有传输线变压器，其中，所述传输线变压器包括串联的第一LC电路、第二LC电路和与上述电路并联的LC电路，在所述控制开关的控制下，对第一集中加载点、第二集中加载点和所述传输线变压器进行选择。

5.根据权利要求4所述的鞭状短波相控阵通信天线系统，其特征在于，所述移相器包括以下至少一项：数字移相器，模拟移相器。

6.根据权利要求5所述的鞭状短波相控阵通讯天线系统，其特征在于，所述移相器包括：

噪声相消放大器，用于减小移相器的噪声系数，其中，所述噪声相消放大器采用双极性晶体管实现；

输入有源巴伦，用于将所述噪声相消放大器输出的单端信号转成差分信号，进而输入到所述移相器中；

正交信号发生器，用于产生正交信号；

模拟加法器，通过所产生的正交信号，在电流域合成所需的相位；

电流阵列发生器，用于在输入信号的控制下，产生所需移相值的的电流；

逻辑编码器，采用六位的数控信号来产生控制射频输入的信号极性的信号。

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