CN112072310A - 一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备 - Google Patents

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CN112072310A CN202010988501.0A CN202010988501A CN112072310A CN 112072310 A CN112072310 A CN 112072310A CN 202010988501 A CN202010988501 A CN 202010988501A CN 112072310 A CN112072310 A CN 112072310A
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罗发英
李仕刚
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Abstract

本申请提出一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备。相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，波束赋型芯片的第一端和第二端分别与水平极化馈线和垂直极化馈线，耦合层用于将水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给辐射表面；辐射表面用于将接收到的信号辐射出去；波束赋型芯片用于调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，以调节水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。从而可以满足全极化的需求，可以任意切换极化模式，其中的硬件设备使用更少，成本更低。

Description

一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备
技术领域
本申请涉及天线领域，具体而言，涉及一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备。
背景技术
通讯是推动社会的发展和人类的进步重要因素。人们也十分重视通讯的质量。在当前的技术环境下，通讯过程中可能会使用到的卫星或雷达都会涉及相控阵天线。相控阵天线有多种极化方式，如左旋圆极化，右旋圆极化，水平极化，垂直极化等。但是目前相控阵天线中只能实现一种或者两种极化方式。
在卫星通讯领域中，在卫星覆盖的范围内有不同的波束，每个波束对应的极化方式不同。不同卫星之间，极化方式也有差异，当相控阵天线在跨地域使用时，也需要进行极化方式的切换。开发一种极化可任意切换的相控阵天线，以满足任不同极化场景的使用需求，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种相控阵天线，所述相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，所述耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，所述波束赋型芯片的第一端和第二端分别与所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线连接；
所述耦合层用于将所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给所述辐射表面；
所述辐射表面用于将接收到的信号辐射出去；
所述波束赋型芯片用于调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位，以调节所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。
可选地，所述相控阵天线还包括处理器，所述处理器与所述波束赋型芯片连接，
所述处理器用于依据需求的极化场景生成对应的信号调节指令，并向所述波束赋型芯片传输所述信号调节指令，以使所述波束赋型芯片依据信号调节指令调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位；
其中，所述信号调节指令包含第一目标相位、第一目标幅度、第二目标相位以及第二目标幅度，所述第一目标相位和所述第一目标幅度分别为所述第一端的输出信号对应的相位和幅度，所述第二目标相位和所述第二目标幅度分别为所述第二端的输出信号对应的相位和幅度。
可选地，当所述极化场景为水平极化时；
所述第二目标相位为0°；所述第二目标幅度为0。
可选地，当所述极化场景为垂直极化时；
所述第一目标相位为0°；所述第一目标幅度为0。
可选地，当所述极化场景为左旋圆极化时；
所述第一目标相位滞后于所述第二目标相位90°；第一目标幅度与所述第二目标幅度相等。
可选地，当所述极化场景为右旋圆极化时；
所述第一目标相位超前于所述第二目标相位90°；第一目标幅度与所述第二目标幅度相等。
可选地，当所述极化场景为交叉极化时，所述交叉极化与水平极化的夹角为c；
当c>0°且c＜45°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(c)；
当c≥45°且c＜90°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(90-c)；第二目标幅度＝M；
当c>90°且c＜135°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(c-90)；第二目标幅度＝M；
当c≥135°且c＜180°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(180-c)；
其中，K表征基准相位，M表征基准幅度。
可选地，所述相控阵天线还包括馈线层，所述馈线层中包括至少两路馈线，所述第一端和所述第二端分别通过不同的馈线连接于所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线。
第二方面，本申请实施例提供一种天线控制方法，所述方法应用于相控阵天线，所述相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，所述耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，所述波束赋型芯片的第一端和第二端分别与所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线连接；所述天线控制方法包括：
所述波束赋型芯片调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位；
所述耦合层将所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给所述辐射表面；
所述辐射表面将接收到的信号辐射出去。
第三方面，本申请实施例提供一种通讯设备，所述通讯设备包括如上述的相控阵天线。
相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备的有益效果为：相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，波束赋型芯片的第一端和第二端分别与水平极化馈线和垂直极化馈线，耦合层用于将水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给辐射表面；辐射表面用于将接收到的信号辐射出去；波束赋型芯片用于调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，以调节水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。通过波束赋型芯片快速灵活地调节水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而可以满足全极化的需求，可以任意切换极化模式。同时，相对于现有技术中的极化切换模式，硬件设备使用更少，成本更低。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的相控阵天线的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种相控阵天线的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的极化场景示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种极化场景示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种相控阵天线的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的天线控制方法的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种天线控制方法的流程示意图。
图中：10-辐射表面；20-耦合层；201-水平极化馈线，202-垂直极化馈线；30-馈线层；40-波束赋型芯片；50-处理器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
相控阵天线有多种极化方式，如左旋圆极化，右旋圆极化，水平极化，垂直极化等。在卫星通讯领域中，在卫星覆盖的范围内有不同的波束，每个波束对应的极化方式不同。不同卫星之间，极化方式也有差异，当相控阵天线在跨地域使用时，也需要进行极化方式的切换。但是目前相控阵天线中只能实现一种或者两种极化方式。单一的极化方式明显不能满足日益复杂的极化场景的需求。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种相控阵天线的连接示意图。如图1所示，相控阵天线包括波束赋型芯片40、耦合层20及辐射表面10，耦合层20中设有水平极化馈线201和垂直极化馈线202，波束赋型芯片40的第一端和第二端分别与水平极化馈线201和垂直极化馈线202连接。
耦合层20用于将水平极化馈线201和垂直极化馈线202的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给辐射表面10。
辐射表面10用于将接收到的信号辐射出去。
波束赋型芯片40用于调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，以调节水平极化馈线201和垂直极化馈线202的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。
具体地，因为波束赋型芯片40的第一端和第二端分别与水平极化馈线201和垂直极化馈线202连接，通过调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，可以调节水平极化馈线201和垂直极化馈线202的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化，从而可以满足全极化的需求，可以任意切换极化模式。减少现有的极化切换中的硬件设备，降低成本。
综上所述，本申请实施例提供的相控阵天线中，相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，波束赋型芯片的第一端和第二端分别与水平极化馈线和垂直极化馈线，耦合层用于将水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给辐射表面；辐射表面用于将接收到的信号辐射出去；波束赋型芯片用于调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，以调节水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。通过波束赋型芯片快速灵活地调节水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而可以满足全极化的需求，可以任意切换极化模式。同时，相对于现有技术中的极化切换模式，硬件设备使用更少，成本更低。
请继续参考图1，可能地，耦合层20为H型缝隙层，辐射表面10的几何形状为矩形。
可选地，关于如何调控第一端和第二端输出信号的幅度和相位，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图2，相控阵天线还包括处理器50。处理器50与波束赋型芯片40连接。
处理器50用于依据需求的极化场景生成对应的信号调节指令，并向波束赋型芯片40传输信号调节指令，以使波束赋型芯片40依据信号调节指令调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位。
其中，信号调节指令包含第一目标相位、第一目标幅度、第二目标相位以及第二目标幅度，第一目标相位和第一目标幅度分别为第一端的输出信号对应的相位和幅度，第二目标相位和第二目标幅度分别为第二端的输出信号对应的相位和幅度。
具体地，依据不同的极化场景的需求，改变信号调节指令中的第一目标相位、第一目标幅度、第二目标相位以及第二目标幅度，从而切换耦合后的信号的极化方式，以满足不同的极化场景的需求。
可选地，请参考图3，当极化场景为水平极化时。处理器50对应水平极化生成的信号调节指令中：第二目标相位为0°；第二目标幅度为0，即关闭了垂直极化馈线202。
请继续参考图3，可选地，当极化场景为垂直极化时，处理器50对应垂直极化生成的信号调节指令中：第一目标相位为0°；第一目标幅度为0，即关闭了水平极化馈线201。
请继续参考图3，可选地，当极化场景为左旋圆极化时。处理器50对应左旋圆极化生成的信号调节指令中：第一目标相位滞后于第二目标相位90°；第一目标幅度与第二目标幅度相等。
即水平极化馈线201的输出信号的相位相对于垂直极化馈线202的输出信号的相位滞后90°，且水平极化馈线201的输出信号的幅度与垂直极化馈线202的输出信号的幅度一致。
请继续参考图3，可选地，当极化场景为右旋圆极化时；处理器50对应右旋圆极化生成的信号调节指令中：第一目标相位超前于第二目标相位90°；第一目标幅度与第二目标幅度相等。
即水平极化馈线201的输出信号的相位相对于垂直极化馈线202的输出信号的相位超前90°，且水平极化馈线201的输出信号的幅度与垂直极化馈线202的输出信号的幅度一致。
请参考图4，可选地，当极化场景为交叉极化时，交叉极化与水平极化的夹角为c。
当c>0°且c＜45°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(c)；
当c≥45°且c＜90°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(90-c)；第二目标幅度＝M；
当c>90°且c＜135°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(c-90)；第二目标幅度＝M；
当c≥135°且c＜180°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(180-c)；
其中，K表征基准相位(phase)，M表征基准幅度(amp)。
具体地，对应交叉极化与水平极化的夹角不同，调整第一目标幅度、第一目标相位、第二目标幅度及第二目标相位，从而实现任意极化。
可能地，当c为0°时，即为水平极化；当c为90°时，即为垂直极化。
可选地，处理器50还用于接收命令终端传输的极化场景。
命令终端可以是与处理器50连接的人机交互设备，也可以是与处理器50通讯连接其他终端，例如手机等。
请参考图5，可选地，相控阵天线还包括馈线层30，馈线层30中包括至少两路馈线，第一端和第二端分别通过不同的馈线连接于水平极化馈线201和垂直极化馈线202。
具体地，在馈线层30和耦合层20中之间设置有馈点，通过馈点进行连接。馈点可以是金属过孔。
本申请实施例中的处理器50可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器50可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
应当理解的是，图1所示的结构仅为相控阵天线的部分的结构示意图，相控阵天线还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
本发明实施例提供的一种天线控制方法，可以但不限于应用于图1所示的相控阵天线，具体的流程，请参考图6，天线控制方法包括：
S40-1，波束赋型芯片调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位。
S20-1，耦合层将水平极化馈线和垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给辐射表面。
S10-1，辐射表面将接收到的信号辐射出去。
在图6的基础上，关于如何调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图7，天线控制方法还包括：
S50-1，处理器依据需求的极化场景生成对应的信号调节指令，并向波束赋型芯片传信号调节指令，以波束赋型芯片依据信号调节指令调节第一端和第二端的输出信号的幅度和相位。
需要说明的是，本实施例所提供的天线控制方法，其可以实现上述的相控阵天线对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
本申请实施例还提供了一种通讯设备，该通讯设备包括上述的相控阵天线。其可以实现上述的相控阵天线对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，所述耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，所述波束赋型芯片的第一端和第二端分别与所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线连接；
所述耦合层用于将所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给所述辐射表面；
所述辐射表面用于将接收到的信号辐射出去；
所述波束赋型芯片用于调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位，以调节所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号幅度和相位，从而改变耦合后的信号的极化。
2.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括处理器，所述处理器与所述波束赋型芯片连接，
所述处理器用于依据需求的极化场景生成对应的信号调节指令，并向所述波束赋型芯片传输所述信号调节指令，以使所述波束赋型芯片依据信号调节指令调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位；
其中，所述信号调节指令包含第一目标相位、第一目标幅度、第二目标相位以及第二目标幅度，所述第一目标相位和所述第一目标幅度分别为所述第一端的输出信号对应的相位和幅度，所述第二目标相位和所述第二目标幅度分别为所述第二端的输出信号对应的相位和幅度。
3.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，当所述极化场景为水平极化时；
所述第二目标相位为0°；所述第二目标幅度为0。
4.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，当所述极化场景为垂直极化时；
所述第一目标相位为0°；所述第一目标幅度为0。
5.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，当所述极化场景为左旋圆极化时；
所述第一目标相位滞后于所述第二目标相位90°；第一目标幅度与所述第二目标幅度相等。
6.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，当所述极化场景为右旋圆极化时；
所述第一目标相位超前于所述第二目标相位90°；第一目标幅度与所述第二目标幅度相等。
7.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，当所述极化场景为交叉极化时，所述交叉极化与水平极化的夹角为c；
当c>0°且c＜45°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(c)；
当c≥45°且c＜90°时；
第一目标相位＝K；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(90-c)；第二目标幅度＝M；
当c>90°且c＜135°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M*tan(c-90)；第二目标幅度＝M；
当c≥135°且c＜180°时；
第一目标相位＝K+180°；第二目标相位＝K；
第一目标幅度＝M；第二目标幅度＝M*tan(180-c)；
其中，K表征基准相位，M表征基准幅度。
8.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括馈线层，所述馈线层中包括至少两路馈线，所述第一端和所述第二端分别通过不同的馈线连接于所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线。
9.一种天线控制方法，其特征在于，所述方法应用于相控阵天线，所述相控阵天线包括波束赋型芯片、耦合层及辐射表面，所述耦合层中设有水平极化馈线和垂直极化馈线，所述波束赋型芯片的第一端和第二端分别与所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线连接；所述天线控制方法包括：
所述波束赋型芯片调节所述第一端和所述第二端的输出信号的幅度和相位；
所述耦合层将所述水平极化馈线和所述垂直极化馈线的输出信号进行耦合，并将耦合后的信号辐射给所述辐射表面；
所述辐射表面将接收到的信号辐射出去。
10.一种通讯设备，其特征在于，所述通讯设备包括如权利要求1-8中任意一项所述的相控阵天线。
CN202010988501.0A 2020-09-18 2020-09-18 一种相控阵天线、天线控制方法及通讯设备 Pending CN112072310A (zh)

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CN112448172A (zh) * 2021-02-01 2021-03-05 成都天锐星通科技有限公司 平板型相控阵天线
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