CN113131224B - 天线波束传播方向调节系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种天线波束传播方向调节系统，涉及无线通信技术领域。本申请提供的系统可以在低功耗的前提下，可以调节天线波束传播方向，并提高系统输出的电磁波的增益。该系统可以包括：连接有N个馈源的天线组件，以及波束调节组件。天线组件可以包括N个高增益天线；N个馈源与N个高增益天线一一对应；其中，N≥1，N为正整数。高增益天线用于形成窄波束，天线阵列用于沿第一方向辐射该窄波束。波束调节组件包括第一反射体和第二反射体；用于反射第一反射体反射的窄波束。第二反射体还用于接收来自基带处理器的第一控制信号，并根据第一控制信号调整反射件的角度，以调节窄波束的传播方向。

Description

天线波束传播方向调节系统

技术领域

本申请实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线波束传播方向调节系统。

背景技术

随着无线通讯的发展，无线通信对频谱带宽的要求越来越高，无线通信所使用的电磁波频段也越来越高。目前，基于28千兆赫兹(Giga Hertz，GHz)、39GHz和60GHz等毫米波频段的无线通信系统和应用标准已经逐步成熟。为了进一步提升频谱带宽，未来可能会开放更高频段的毫米波频谱作为无线通信的接入频段。甚至可能会将100GHz-1太赫兹(TeraHertz，THz)的亚太赫兹(Sub-THz)频段作为无线通信的接入频段。

其中，电磁波在传播的过程中会存在自由空间损耗的现象。自由空间损耗是指电磁波在空气中传播时的能量损耗。具体的，在固定的传播距离下，电磁波的自由空间损耗会随着电磁波的频率的升高而增加。例如，在100米的传播距离下，3.5GHz的电磁波(5G频段之一)的自由空间损耗约为83dB；200GHz的电磁波的自由空间损耗约为125分贝(decibel，dB)。因此，如果要使用Sub-THz频段进行无线通信，则需要将Sub-THz频段的电磁波的信号功率提升约40dB，才可以避免由于自由空间损耗而影响电磁波的覆盖率。

目前，可以通过波束成型技术提升电磁波的信号功率。请参考图1，其示出一种波束成型系统的结构示意图。具体的，如图1所示，该波束成型系统包括：基带处理器10、M个收发机(transceiver，TRX)通道20、功分器30，以及每个功分器连接的K个天线40。M和K均为大于1的整数。其中，基带处理器10输出的射频信号，经过TRX通道20中的功率放大器(poweramplifier，PA)后，被功分器30分成K路射频信号。每路射频信号经过移相控制之后由天线40辐射出去。其中，各个天线40辐射的射频信号都是球面波。这些球面波可以在指定方向上形成平面波，即形成高增益的窄波束。也就是说，上述波束成型系统可以在指定的方向上输出高增益的窄波束。如此，可以提升天线发出的电磁波的信号功率。

其中，如果在上述波束成型系统中，使用Sub-THz频段进行无线通信；为了将Sub-THz频段的电磁波的信号功率提升约40dB，理论上至少需要在天线阵列中设计630个TRX通道，每个TRX通道设置16路天线。其中，630个TRX通道的功率合成增益约为28dB，16路天线的功率合成增益为12dB，最终可以实现将Sub-THz频段的电磁波的信号功率提升约40dB。

但是，上述方案中，天线阵列中需要的TRX通道较多，且每个TRX通道设置的天线也很多，结构复杂。并且，较多的TRX通道和天线也会产生较大的功耗。

发明内容

本申请提供一种天线波束传播方向调节系统，可以在低功耗的前提下，调节天线波束传播方向，并提高系统输出的电磁波的增益，且天线波束传播方向调节系统的结构简单。

为实现上述技术目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种天线波束传播方向调节系统，该系统可以包括：连接有N个馈源的天线阵列，以及波束调节组件。天线阵列可以包括N个天线组件；N个馈源与N个天线组件一一对应；其中，N≥1，N为正整数。

天线组件用于接收来自馈源的第一射频信号，并根据第一射频信号形成窄波束，天线阵列用于沿第一方向辐射天线组件形成的窄波束。窄波束指示电磁波的辐射角度小于预设角度。可以理解的是，窄波束是指辐射方向狭窄的电磁波。天线辐射电磁波时，如果电磁波辐射方向越窄，在该辐射方向上电磁波的能量也就越集中，该电磁波的自由空间损耗就会降低，该电磁波的增益也就越高。也就是说，使用本申请中的天线组件可以提高系统输出的电磁波的增益。而且，本申请中的天线组件与馈源连接，可以根据来自馈源的第一射频信号形成窄波束。相比于波束成型系统中通过增加天线数量提高输出的电磁波的增益，本申请提供的天线波束传播方向调节系统中使用天线组件，提高了系统传播的电磁波的增益，降低了系统中天线的数量，而且，本申请提供的天线波束传播方向调节系统的结构简单。

波束调节组件包括第一反射体和第二反射体；第一反射体的反射面与第一方向的夹角在第一角度范围内，用于反射来自第一方向的窄波束。第二反射体的第一面的朝向与第一反射体的反射面的朝向相对，用于反射第一反射体反射的窄波束。其中，第二反射体的第一面上设置有M个反射件，这M个反射件用于反射第一反射体反射的窄波束，M为小于或等于N的正整数。而且，第二反射体还用于接收来自基带处理器的第一控制信号，并根据第一控制信号调整M个反射件的反射的角度，以调节窄波束的传播方向。其中，波束调节组件中第一反射体的反射面与第一方向的夹角在第一角度范围内，使得沿第一方向辐射的窄波束可以辐射至第一反射体的反射面；而且，第一反射体的反射面的朝向与第二反射体的第一面的朝向相对，使得经第一反射体的反射面的窄波束可以反射至第二反射体的第一面。第二反射体上的反射件上设置有M个反射件，反射件用于反射窄波束。这样一来，波束调节组件就可以通过调整第二反射体上的反射件的角度，实现调节窄波束的传播方向的目的。上述波束调节组件的结构简单，易于实施。综上所述，天线组件可以生成窄波束，以提高系统输出的电磁波的增益。波束调节组件调节反射件的角度，就可以实现调节定向超窄波束的传播方向的目的。因此，本申请提供的系统可以在低功耗的前提下，提高系统输出的电磁波的增益，并调节系统的波束传播方向，且天线波束传播方向调节系统的结构简单，易于实施。

在一种可能的实施方式中，如果M等于N，这N个反射件与上述的N个天线组件一一对应；N个反射件用于反射第一反射体反射的窄波束。可以理解的是，波束调节组件包括有N个反射件，则波束调节组件可以根据第一控制信号调节N个窄波束的传播方向，以满足系统调节每个窄波束的传播方向的需求。

另一种可能的实施方式中，反射件可以包括微机电系统MEMS反射镜、数字微反射镜DMD和硅基液晶LCOS中的至少一种。

其中，MEMS反射镜、DMD和LCOS都是根据受到电信号的控制，器件的响应速度快。因此，可以提高反射件的响应速度，以满足系统的调节时效的要求。

另一种可能的实施方式中，反射件是MEMS反射镜，假设MEMS反射镜为圆形反射镜，圆形反射镜的直径的取值范围为2.5毫米～10毫米；或者，MEMS反射镜为矩形反射镜，矩形反射镜的边长的取值范围为2.5毫米～10毫米。其中，MEMS反射镜的面积较小，可以快速调节第二反射体上的反射件的角度，以实现快速对窄波束的传播方向进行调节的目的。

另一种可能的实施方式中，反射件是DMD，DMD包括多个微反射镜。其中，DMD中包括多个微反射镜，通过调节微反射镜的角度调节进而对反射至该微反射镜的窄波束的传播方向进行调节，微反射镜体积小，响应速度快，可以实现快速对窄波束的传播方向进行调节的目的。

另一种可能的实施方式中，反射件是硅基液晶LCOS；其中，LCOS包括不反射电磁波的透明层，由液晶分子组成的液晶层，以及用于控制液晶层的硅基背板。其中，LCOS为反射件，通过硅基背板可以实现对液晶层的控制，从而通过LCOS调节窄波束的传播方向。这种控制方式的响应速度快，可以满足系统的调节时效的需求。

另一种可能的实施方式中，第一角度范围为[45°-k，45°+k]，k≥0°，且k小于第二预设角度。

另一种可能的实施方式中，第一反射体的反射面与第一方向的夹角为45°；其中，第一反射体的反射面的中心点与第二反射体上的反射件的中心点的连线与第一方向垂直。其中，第一反射体的反射面与第一方向的夹角为第一角度范围，使得沿第一方向辐射的窄波束可以辐射至第一反射体的反射面。由于第一反射体的反射面的朝向与第二反射体的第一面的朝向相对，当第一反射体的反射面与第一方向的夹角为45°时，使得第一反射体反射的窄波束可以传播至第二反射体的第一面。

另一种可能的实施方式中，第一反射体的反射面用于全反射窄波束。

另一种可能的实施方式中，天线组件包括喇叭天线，喇叭天线用于根据第一射频信号辐射电磁波。该天线阵列还包括第三反射体；其中，第三反射体的反射面为抛物面，第三反射体的反射面的中心点与第一反射体的反射面的中心点的连线与第一方向平行；第三反射体的反射面用于将喇叭天线辐射的电磁波反射为沿第一方向的窄波束。另一种可能的实施方式中，天线组件包括喇叭天线和透镜；喇叭天线用于根据第一射频信号辐射电磁波。其中，透镜的焦点与第一反射体的反射面的中心点的连线平行于第一方向；透镜用于将喇叭天线辐射的电磁波折射为沿第一方向的窄波束。需要说明的是，喇叭天线辐射的是球面波，在使用喇叭天线作为本申请系统中的天线时，可以通过凹面结构将喇叭天线辐射的球面波转换为平面的窄波束，以便于传播电磁波信号。如抛物面和透镜都可以将喇叭天线辐射的球面波转换为平面的窄波束，则可以通过多个天线共用一个抛物面，或者，每个喇叭天线对应一个透镜的方式，将喇叭天线辐射的球面波转换为平面的窄波束。

另一种可能的实施方式中，波束调节组件还包括第四反射体；第二反射体沿第一方向位于第一反射体的第一侧，第四反射体沿第一方向位于第一反射体的第二侧。其中，第二反射体的第一面和第四反射体的第一面的朝向相对，第四反射体的第一面上设置有N个反射件。

其中，第一反射体与基带处理器连接，用于接收来自基带处理器的第二控制信号，并根据第二控制信号调整第一反射体的反射面的朝向，以使第一反射体的反射面向第二反射体或第四反射体反射窄波束。

另一种可能的实施方式中，波束调节组件还包括第四反射体，第二反射体沿第一方向位于第一反射体的第一侧，第四反射体沿第一方向位于第一反射体的第二侧。其中，第二反射体的第一面和第四反射体的第一面的朝向相对，第四反射体的第一面上设置有N个反射件。

第一反射体是波束分路器，波束分路器包括类分光镜和第五反射体；类分光镜用于向一个第二反射体反射窄波束，向第五反射体透射窄波束；第五反射体用于向第四反射体反射类分光镜透射的窄波束。

另一种可能的实施方式中，上述系统还包括：基带处理器和N个发射通道；N个发射通道与N个馈源一一对应；基带处理器的N个输出端连接N个发射通道的输入端，用于向N个发射通道输出基带信号；其中，N个输出端与N个发射通道一一对应；N个发射通道的输出端连接N个馈源，用于处理基带信号得到第一射频信号，并向N个馈源输出第一射频信号；N个高增益天线通过N个馈源接收来自N个发射通道的第一射频信号；N个发射通道与N个高增益天线一一对应。

另一种可能的实施方式中，N个发射通道中的每个发射通道包括：数模转换器、上变频模块和功率放大器；其中，数模转换器连接基带处理器的输出端，用于将来自基带处理器的基带信号转换为模拟信号；上变频模块用于将模拟信号转换为第二射频信号；功率放大器用于对第二射频信号进行功率放大得到第一射频信号，并向馈源输出第一射频信号。

第二方面，本申请还提供一种发射机，该发射机包括上述第一方面及其任一种可能的实施方式中的天线波束传播方向调节系统和射频模块，该天线波束传播方向调节系统和射频模块电连接。

第三方面，本申请还提供一种通信设备，该通信设备包括上述第二方面中的发射机和信号发生器，发射机和信号发生器电连接。

可以理解的，上述提供的第二方面的发射机或第三方面的通信设备所能达到的有益效果，可参考第一方面及其任一种可能的实施方式的有益效果，此处不与赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种波束成型技术的天线系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种第二反射体上的反射件的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种波束调节组件的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种波束调节组件的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种第二反射体上的反射件的结构示意图；

图10A为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图10B为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图10C为本申请实施例提供的一种发射通道的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的SISO系统的天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的MIMO系统的天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图19为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图20A为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图20B为本申请实施例提供的另一种天线波束传播方向调节系统的结构示意图；

图21为本申请实施例提供的一种发射机的结构示意图；

图22为本申请实施例提供的一种通信设备的结构示意图。

具体实施方式

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面对于本申请实施例中可能出现的术语进行解释。

高增益天线：一种变换器，把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。高增益天线辐射的电磁波在某些方向较为集中，则在该方向上的电磁波的能量也较为集中，因此，高增益天线辐射的电磁波的增益更高，辐射距离更远。

平面波：传播时波面(即波的等相面)为平面的电磁波。

球面波：传播时波面为同心球面的电磁波。

如果要使用Sub-THz频段作为无线通信的接入频段，需要提高Sub-THz频段的电磁波的增益，才可以避免由于自由空间损耗而影响电磁波的覆盖率。其中，电磁波的增益是指，在输入功率相等的条件下，电磁波辐射至空间一点时，理想情况下电磁波功率和实际电磁波功率的比值。天线辐射电磁波时，如果电磁波辐射方向越窄，在该辐射方向上电磁波的能量也就越集中，该电磁波的自由空间损耗就会降低，该电磁波的增益也就越高。另外，天线辐射电磁波时，可以根据天线辐射的电磁波生成该天线的方向图(或称为波瓣图)，天线的方向图中主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以理解的，高增益天线辐射的电磁波的辐射方向狭窄，且高增益天线的天线方向图中的波瓣宽度较窄。因此，使用高增益天线辐射电磁波可以提高电磁波的增益。

高增益天线可以包括反射体天线、透镜天线和喇叭天线等。以使用Sub-THz频段的电磁波进行无线无线通信时，使用的高增益天线为喇叭天线为例。由于高增益天线的电磁波的辐射方向较为狭窄，可以在喇叭天线的辐射方向设置透镜或抛物面，以实现调节高增益天线的辐射方向的目的。如图2中(a)所示，天线系统可以包括与馈源(图中未示出)连接的喇叭天线和透镜，透镜设置于喇叭天线的辐射方向。如图2中(b)所示，该天线波束传播方向调节系统可以包括与馈源连接的喇叭天线和抛物面，该抛物面为抛物形反射面。其中，喇叭天线辐射的电磁波为球面波，该电磁波经过透镜的折射或经过抛物面的反射，将喇叭天线辐射的球面波变换为平面波，进而形成高增益的窄波束。

可以理解的是，在使用上述的图2中(a)或图2中(b)所示的天线系统时，如果想要调节窄波束的传播方向，就需要调节透镜与喇叭天线的角度，或者调节抛物面与喇叭天线的角度。其中，透镜或抛物面的质量较大，一般使用马达调节透镜与喇叭天线的角度，或者使用马达调节抛物面与喇叭天线的角度。在使用马达调节透镜与喇叭天线的角度，或者使用马达调节抛物面与喇叭天线的角度时，调节时长都会超过毫秒(millisecond，ms)量级的时间。在通信系统中，调节时长超过ms量级的时间会降低无线通信的时效，因此，使用马达调节透镜或抛物面的方式不能满足无线通信的时效需求。

为了满足无线通信传输的需求，可以采用设置多个高增益天线的方式，以满足无线通信传输中快速调节窄波束方向的需求。如图3所示，该天线系统可以包括多个喇叭天线和抛物面，每个喇叭天线与抛物面的角度不同，则抛物面可以将不同喇叭天线辐射的电磁波反射至不同的方向。由于不同的喇叭天线经抛物面反射后的传播方向不同，因此，可以通过切换喇叭天线实现改变窄波束传播方向的目的。例如，在无线通信传输中，将窄波束的方向从方向1切换为方向2，即从喇叭天线1辐射电磁波切换为喇叭天线2辐射电磁波，关闭喇叭天线1之后开启喇叭天线2，通过喇叭天线2辐射电磁波。这种结构的天线系统虽然可以实现快速的切换窄波束的方向，然而无法在电磁波的覆盖范围内连续的调节窄波束的方向。

本申请实施例提供一种天线波束传播方向调节系统，该天线波束传播方向调节系统可以使用Sub-THz频段的电磁波作为无线通信的接入频段。一方面，该天线波束传播方向调节系统中使用高增益天线辐射窄波束，提高系统发射的电磁波的增益。相比于波束成型系统，本申请实施例中的天线波束传播方向调节系统在低功耗的前提下，提高了天线波束传播方向调节系统输出的电磁波的增益，降低了天线波束传播方向调节系统使用的天线的数量。

另一方面，该天线波束传播方向调节系统中还包括波束调节组件，波束调节组件可以调节窄波束的传播方向。波束调节组件可以接收来自基带处理器的控制信号，波束调节组件根据基带处理器的控制信号调节窄波束的传播方向。相比于使用喇叭天线的天线系统，本申请实施例中的天线系统对窄波束的传播方向的调节时间可以满足无线通信的传输需求，而且，可以连续的调节超窄波束的传播方向，提高天线反射电磁波的效率。

请参考图4，该天线波束传播方向调节系统可以包括：连接有N个馈源的天线阵列10，以及波束调节组件20。天线阵列10包括N个天线组件，如图4中的天线组件1、天线组件2、……、和天线组件N。其中，每个天线组件都连接一个对应的馈源(图中未示出)。N≥1，N为正整数。波束调节组件20中包括第一反射体21和第二反射体22。

可以理解的，天线组件中包括有天线，天线用于辐射电磁波信号。本申请实施例中天线组件中包括有高增益天线。

其中，天线组件用于接收来自馈源的第一射频信号，天线组件中的高增益天线根据第一射频信号形成窄波束，天线阵列用于沿第一方向辐射高增益天线形成的窄波束。

波束调节组件20中的第一反射体21设置于第一方向，第一反射体21的反射面A与第一方向的夹角在第一角度范围内。第二反射体22的第一面B的朝向与第一反射体21的反射面A的朝向相对。其中，第一反射体21用于反射来自第一方向的窄波束，第二反射体的第一面B上设置有N个反射件，N个反射件与N个天线组件一一对应，N个反射件用于反射第一反射体反射的窄波束。而且，第二反射体22还用于接收来自基带处理器(图4中未示出)的第一控制信号，并根据第一控制信号调整第二反射体22的第一面B的角度，以调节窄波束的传播方向。

需要说明的是，如图5所示，第一反射体21的反射面A与第一方向的夹角为θ。其中，第一反射体21的反射面A与第一方向所在直线的夹角存在两个角度(一个小于90°的锐角和一个大于90°的钝角，且这两个角度之和为180°)，本申请实施例以小于90°的角度确定为反射面A与第一方向所在直线的夹角θ。

本申请实施例中，第一反射体21的反射面A与第一方向的夹角θ在第一角度范围内。其中，第一角度范围可以表示为[45°-k，45°+k]，k≥0°，且k小于第二预设角度。如果反射面A与第一方向所在直线的夹角θ为90°，辐射至反射面A的窄波束的入射角度为90°，第一反射体21的反射面反射的窄波束是沿第一方向的，使得窄波束无法反射至第二反射体的第一面B。因此，可以第二预设角度为45°，即k小于45°。例如，k可以为0°、15°、30°或40°等。

示例性的，假设第一反射体21的反射面A与第一方向的夹角为45°，即k＝0°。反射面A的中心点可以与第一面B的中心点的连线与第一方向垂直。如图5中，反射面A的中心点a与第一面B的中心点b的连线的与第一方向所在直线的夹角为α，α＝90°。可以理解的，第一反射体21的反射面A与第一方向的夹角可以是预先设置的，波束调节器接收来自基带处理器的第一控制信号仅用于调节第一面B中N个反射件的角度，以调节窄波束的传播方向。

其中，第一反射体的作用主要是用于反射辐射至自身的窄波束，示例性的，第一反射体可以是全反射体，全反射体表示辐射至第一反射体的窄波束全部被反射，没有发生折射的窄波束。

本申请实施例中使用高增益天线提高电磁波的增益。示例性的，高增益天线的功率增益大于第一预设增益，当高增益天线辐射的窄波束的功率增益为第二预设增益时，高增益天线的波束宽度小于第一预设角度。通过前述可知，如果要使用Sub-THz频段的电磁波作为无线通信的接入频段，天线波束传播方向调节系统辐射的Sub-THz频段的电磁波增益大于40dBi(dBi表示本申请实施例中的天线辐射的电磁波的增益相对于全方向性天线辐射的电磁波的增益)。因此，第一预设增益为40dBi，第二预设增益为3dB，第一预设角度为1°。本申请实施例中的窄波束为功率增益大于40dBi，当窄波束功率增益为3dB时，窄波束的宽度为1°。本申请实施例中，窄波束中的“窄”表示电磁波的宽度，即当电磁波的功率增益为预设值是，电磁波的宽度也增加预设宽度。

本申请实施例中，以电磁波增益为3dB，高增益天线辐射的电磁波的波束宽度小于1°电磁波的称为超窄波束。由于超窄波束的波束宽度较小，则在传播时的方向性较好，因此该超窄波束也可以称为定向超窄波束。

可以理解的，第二反射体上的反射件的角度可以控制窄波束的传播方向。其中，第二反射体22中的第一面上设置有N个反射件，N个反射件与N个天线组件一一对应，或者，第二反射体22中的第一面可以设置1个反射件，该反射件可以反射N个高增益天线辐射的窄波束。

示例性的，假设天线阵列中的N个天线组件均辐射窄波束。如果第二反射体22的第一面上包括一个反射件，波束调节组件20可以将第一反射体反射的N个窄波束传播至一个方向。

又示例性的，假设天线阵列中的N个天线组件均辐射窄波束。如果第二反射体22包括N各反射件，N个反射件与N个高增益天线一一对应，每个反射件都用于调节一个高增益天线的辐射的窄波束的传播方向。如图6所示，假设N为4，第二反射体22的第一面上包括4个反射件，如，反射件1、反射件2、反射件3和反射件4。

需要说明的是，波束调节组件接收基带处理器传输的第一控制信号，根据第一控制信号控制第二反射体上的反射件的角度，以实现调节窄波束的传播法方向的目的。其中，基带处理器中可以设置有通信协议以及波束跟踪算法，基带处理器可以根据通信协议确定出窄波束的发射方向，之后，通过波束跟踪算法确定出第二反射体上的反射件的角度。其中，当窄波束反射至第二反射体的反射件上后，经过第二反射体上的反射件的反射之后的传播方向与发射方向相同。这样一来，才能使得窄波束的传播方向满足通信协议中的传播方向要求。

一般而言，第二反射体的质量较大，通过调节第二反射体的角度以窄波束的传播方向难以满足无线通信系统的通信时效。本申请实施例中，在第二反射体的第一面上设置N个反射件，反射件一般面积较小，质量较小。因此，相对于调节第二反射体，反射件的角度易于控制，使得该天线波束传播方向调节系统可以满足无线通信的通信时效需求。

例如，第二反射体的上的反射件可以包括微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)反射镜、数字微反射镜(digital micromirror device，DMD)和硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)中的一个或多个。具体地说，第二反射体上的反射件可以是一种类型的反射镜，如第二反射体上的反射件是MEMS反射镜。第二反射体上的反射件也可以是至少两种类型的反射镜，如第二反射体上的反射件包括MEMS反射镜和DMD。第二反射体上的反射件还可以包括MEMS反射镜、DMD和LCOS。

在第一种情况中，第二反射体上的反射件是微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)反射镜。

当高增益天线辐射Sub-THz频段的电磁波时，高增益天线辐射的窄波束的方向较窄，反射至第二反射体上的反射件上的窄波束的波长为0.3mm(毫米)-3mm。在这种情况下，MEMS反射镜的面积可以反射0.3mm-3mm的窄波束即可，示例性的，如果MEMS反射镜为圆形反射镜，则圆形反射镜的直径的取值范围为2.5毫米～10毫米。又示例性的，如果MEMS反射镜为矩形反射镜，矩形反射镜的边长的取值范围为2.5毫米～10毫米。如图7中(a)所示，第二反射体上的反射件为MEMS反射镜，且第二反射体调节MEMS反射镜的角度。如图7中(b)所示，MEMS反射镜反射窄波束。

可以理解的，MEMS反射镜是通过静电驱动或电磁驱动的。具体地说，第二反射体接收到的第一控制信号是静电信号，通过静电信号产生静电驱动以控制MEMS反射镜的角度。或者，第二反射体接收到的第一控制信号是电流信号，通过电流的变化产生电磁驱动，以控制MEMS反射镜的角度。本申请实施例中，由于MEMS反射镜体积小，重量轻，且响应时间短，使得天线波束传播方向调节系统可以快速调节第二反射体上的反射件的角度，以实现快速对窄波束的传播方向进行调节的目的。

在第二种情况中，第二反射体上的反射件是数字微反射镜(digital micromirrordevice，DMD)，其中，DMD包括多个微反射镜。即每个DMD都是由多个微反射镜组成的。如图8中(a)所示，第二反射体上设置有DMD，DMD包括多个微反射镜31。如图8中(b)所示，表示微反射镜在DMD上的排布。

需要说明的是，DMD中微反射镜是边长为微米(um)级别的正方形反射镜。其中，窄波束入射到DMD中每个微反射镜的波程不同，即窄波束入射到每个微反射镜的相位不同。在这种情况下，每个微反射镜可以作为对同一信号进行不同的移相控制的点源，通过打开或关闭不同的微反射镜，可以在不同的方向对反射的窄波束的相位进行调节。

可以理解的，对于DMD中不同位置的反射镜的打开或关闭可以调节窄波束的相位，则第二反射体接收到的第一控制信号是数字信号，第二反射体可以根据接收到的数字信号调节微反射镜的打开或关闭，使得可以实现快速对窄波束的传播方向进行调节的目的。

第三种情况中，第二反射体上的反射件是硅基液晶(liquid crystal onsilicon，LCOS)。如图9中(a)所示，LCOS包括不反射电磁波的透明层41，由液晶分子组成的液晶层42，以及用于控制液晶层的硅基背板43。

可以理解的，使用硅基液晶(也称为液晶硅基)作为反射件，调节液晶层42中的液晶分子的偏转方向可以实现对窄波束的传播方向的控制。如图9中(b)所示，第二反射体上的LCOS反射窄波束。如图9中(c)所示，反射至第二反射体上的窄波束经过LCOS的反射，改变传播方向。

其中，第二反射体接收第一控制信号，根据第一控制信号控制液晶层42中的液晶分子的偏转方向。当液晶层42中的液晶分子的偏转方向发生改变之后，入射至LCOS的电磁波的传播方向也会发生改变。通过硅基背板，可以控制每个像素点中的液晶分子的偏转方向，从而实现对入射电磁波相位的改变。例如，窄波束入射至LCOS中的液晶分子，每个液晶分子可以被当做一个点源，通过硅基背板控制每个液晶分子的偏转从而实现对入射窄波束的相位调节，实现调节窄波束的传播方向的目的。

示例性的，如果天线组件中的高增益天线是喇叭天线。喇叭天线用于辐射窄波束，该天线阵列还可以包括第三反射体。例如，第三反射体是抛物面。如图10A所示，该天线组件包括喇叭天线101和抛物面102，抛物面102的中心点与第一反射体21的反射面的中心点的连线与第一方向平行。其中，喇叭天线101向抛物面102辐射电磁波，抛物面102的反射面用于将喇叭天线101辐射的电磁波反射为沿第一方向的窄波束。

又示例性的，该天线组件还可以包括喇叭天线和透镜。如图10B所示，该天线组件包括喇叭天线101和透镜103，透镜103的焦点与第一反射体21的反射面的中心点的连线平行于第一方向。其中，喇叭天线101向透镜103辐射电磁波，透镜103用于将喇叭天线101辐射的电磁波折射之后聚焦以形成沿第一方向的窄波束。

可以理解的，高增益天线接收馈源传输的射频信号，并根据该射频信号生成电磁波信号。该天线波束传播方向调节系统中还可以包括生成该射频信号的装置，生成射频信号可以是基带处理器控制生成的。

示例性的，天线波束传播方向调节系统中还可以包括基带处理器和N个发射通道，基带处理器用于向N个发射通道输出基带信号，发射通道用于处理基带信号得到第一射频信号，并向N个馈源输出射频信号。

例如，本申请实施例中的发射通道用于转换基带处理器传输的基带信号。如图10C所示，发射通道112中包括：数模转换器(digital to analog convertor，DAC)、上变频模块和功率放大器(power amplifier，PA)。其中，DAC连接基带处理器110的输出端，用于将来自基带处理器110的基带信号转换为模拟信号；上变频模块用于将模拟信号转换为第二射频信号；功率放大器用于对第二射频信号进行功率放大得到第一射频信号，并向馈源输出第一射频信号。

在第一种应用场景中，本申请实施例提供的天线波束传播方向调节系统可以应用于单入单出(single input single output，SISO)系统。如图11所示，为天线波束传播方向调节系统应用于SISO系统时的电路结构示意。如图11所示，基带处理器110的输出端连接发射通道112的输入端，发射通道112的输出端连接馈点113，馈点113与高增益天线114连接，高增益天线114沿第一方向辐射窄波束，波束调节组件20用于调节窄波束的传播方向。而且，基带处理器110的控制端与波束调节组件20连接，用于向波束调节组件20发送第一控制信号。第二反射体22接收基带处理器110传输的第一控制信号，根据第一控制信号调节第二反射体22上的反射件的角度。

示例性的，以高增益天线是喇叭天线，第三反射体为抛物面为例。第二反射体上的反射件可以是MEMS反射镜、DMD或者LCOS。如图12中(a)表示第二反射体上的反射件是MEMS反射镜时，天线波束传播方向调节系统的结构示意；如图12中(b)表示第二反射体上的反射件是DMD时，天线波束传播方向调节系统的结构示意；如图12中(c)表示第二反射体上的反射件是LCOS时，天线波束传播方向调节系统的结构示意。

又示例性的，以高增益天线是喇叭天线，天线组件还包括N个透镜为例。第二反射体上的反射件可以是MEMS反射镜、DMD或者LCOS。如图13中(a)表示第二反射体上的反射件是MEMS反射镜时，天线波束传播方向调节系统的结构示意；如图13中(b)表示第二反射体上的反射件是DMD时，天线波束传播方向调节系统的结构示意；如图13中(c)表示第二反射体上的反射件是LCOS时，天线波束传播方向调节系统的结构示意。

可以理解的，无线通信系统使用Sub-THz的电磁波进行无线通信传输时，由于自由空间损耗，无线通信系统的电磁波的传输距离一般在1Km(千米)以内。一般情况下，认为通信系统中发射端和接收端之间没有遮挡的物体，这种通信信道被称为视距(line ofsight，LOS)信道。如果无线通信的信道是LOS信道，发射端发出的窄波束的传播方向只要对准接收端的方向，便可以确保可靠的通信。但是，如果通信系统中发射端和接收端之间存在遮挡的物体，即无线通信的信道是非视距(non line of sight，NLOS)信道。在这种情况下，发射端直接对准接收端发出的窄波束的能量大部分会被障碍物吸收和反射，可以传递至接收端的能量将减小，这种传输方式的可靠性较低。

如果通信系统时在NLOS信道中传输窄波束，在不改变形象超窄波束的传播方向的前提下，发射端可以设置尽量多的传播路径以将发射端的窄波束传播至接收端。

如图14所示，波束调节组件还可以包括第四反射体24，第二反射体22沿第一方向位于第一反射体的第一侧，第四反射体24沿第一方向位于第一反射体的第二侧。其中，第二反射体22的第一面和第四反射体24的第一面的朝向相对。

在一种可能的实施方式中，第四反射体与第二反射体均是用于反射窄波束的传播方向。其中，第四反射体的第一面上可以设置N个反射件，反射件用于调节窄波束的传播方向。

示例性的，在图14所示的天线波束传播方向调节系统中，第一反射体21与基带处理器连接，用于接收来自基带处理器的第二控制信号，并根据第二控制信号调整第一反射体21的反射面的朝向，以使第一反射体21的反射面向第二反射体22或第四反射体24反射窄波束。

其中，当第一反射体21处于第一状态时，第一反射体21将窄波束反射至下方的第二反射体22；当第一反射体21处于第二状态时，第一反射体21将窄波束反射至上方的第四反射体24。

又示例性的，如图15中(a)所示，第二反射体22的第一面的朝向与第四反射体24的第一面的朝向相对，第一反射体是波束分路器23。该波束分路器23可以将沿第一方向传播的窄波束分别反射至第二反射体22和第四反射体24。如图15中(b)所示，第一反射体是波束分路器，波束分路器23包括类分光镜231和第五反射体232；类分光镜231用于向第二反射体22反射窄波束；并且还用于向第五反射体232透射窄波束；第五反射体232用于向第四反射体24反射类分光镜231透射的窄波束。

需要说明的是，第四反射体的结构与第二反射体的结构相同。第四反射体的第一面与第二反射体的第一面的朝向相对。第四反射体的第一面上设置有N个反射件，该反射件可以是MEMS反射镜、DMD和LCOS中的一个或多个。此处不再赘述。

在第二种应用场景中，本申请实施例提供的天线波束传播方向调节系统可以应用于多入多出(multiple in multiple out，MIMO)系统。该天线波束传播方向调节系统包括N个发射通道，N个发射通道与N个馈源一一对应。如图16所示，基带处理器110的N个输出端连接N个发射通道的输入端，用于向N个发射通道输出基带信号。其中，N个输出端与N个发射通道一一对应；N个发射通道的输出端连接N个馈源，用于处理基带信号得到第一射频信号，并向N个馈源输出第一射频信号；N个高增益天线通过N个馈源接收来自N个发射通道的第一射频信号；N个发射通道与N个高增益天线一一对应。其中，MIMO系统中天线波束传播方向调节系统可以将N个天线辐射的窄波束传播至不同的接收端，如图16所示的用户1、用户2和用户3。

示例性的，以高增益天线是喇叭天线，第三反射体为抛物面为例。第二反射体上的反射件可以是MEMS反射镜、DMD或者LCOS。以天线组件中包括天线1、天线2、天线3和天线4为例，如图17中(a)表示第二反射体上的反射件是MEMS反射镜时，天线波束传播方向调节系统的结构示意，如图18中(a)，表示第二反射体上的N反射件结构示意图。如图18中(b)表示第二反射体上的反射件是DMD时，天线波束传播方向调节系统的结构示意，如图17中(b)，表示第二反射体上的N反射件结构示意图。如图19中(a)表示第二反射体上的反射件是LCOS时，天线波束传播方向调节系统的结构示意，如图19中(b)，表示第二反射体上的N反射件结构示意图。

可以理解的，波束调节组件还可以包括两个第二反射体的具体结构也可以应用于MIMO系统中。

例如，如图20A所示，第二反射体和第四反射体沿第一方向分别位于第一反射体的两侧。其中，当第一反射体处于第一状态时，第一反射体将窄波束反射至下方的第二反射体；当第一反射体处于第二状态时，第一反射体将窄波束反射至上方的第四反射体。

又例如，如图20B所示，第二反射体和第四反射体沿第一方向分别位于第一反射体的两侧，第二反射体的第一面的朝向与第四反射体的第一面的朝向相对。另外，图示中波束分路器的具体结构与图示15中(b)相同，此处不予赘述。

本申请实施例还提供一种发射机，如图21所示，该发射机包括天线波束传播方向调节系统2101和控制器2102，发射机包括天线波束传播方向调节系统2101和控制器2102电连接。该发射机包括上述实施例及其任一种可能的实施方式中的天线波束传播方向调节系统。

其中，控制器用于向天线波束传播方向调节系统中的基带处理器发出控制信号，以控制基带处理器发出的射频信号。

可以明白的是，该发射机还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步的描述。本申请实施例中的基带处理器还可以与存储器等硬件连接，例如，基带处理器和存储器可以采用总线的方式连接，总线可以包括任意数量的互联网总线和桥。其中，存储器可以用于存储基带处理器操作时所使用的数据。

本申请实施例还提供一种通信设备，如图22所示，该通信设备可以包括发射机2201和信号发生器2202，该发射机2201和信号发生器2202电连接。信号发生器2202用于产生发射机需要的各种电路信号，使得发射机2201完成窄波束的产生和发射。

其中，该通信设备包括上述实施例中的发射机。该通信设备可以是基站、收发信机等。

可以理解的是，在不同用途的通信设备中，该通信设备还可以将接收器、调制器和调制解调器等器件链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步的描述。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种天线波束传播方向调节系统，其特征在于，包括：连接有N个馈源的天线阵列，以及波束调节组件；其中，N≥1，N为正整数；所述天线阵列包括N个天线组件；所述N个馈源与所述N个天线组件一一对应；

所述天线组件用于接收来自所述馈源的第一射频信号，并根据所述第一射频信号形成窄波束；

所述天线阵列用于沿第一方向辐射所述天线组件形成的所述窄波束；

所述波束调节组件包括第一反射体和第二反射体；

所述第一反射体的反射面与所述第一方向的夹角在第一角度范围内，用于反射来自所述第一方向的所述窄波束；所述第二反射体的第一面的朝向与所述第一反射体的反射面的朝向相对，所述第二反射体的第一面上设置有M个反射件，所述M个反射件用于反射所述第一反射体反射的所述窄波束，所述M为小于或等于N的正整数；

所述第二反射体还用于接收来自基带处理器的第一控制信号，并根据所述第一控制信号调整所述M个反射件的角度，以调节所述窄波束的传播方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述M等于N，所述N个反射件与所述N个天线组件一一对应，每个所述反射件用于反射与之对应的天线组件的窄波束。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述反射件包括微机电系统MEMS反射镜、数字微反射镜DMD和硅基液晶LCOS中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反射件是MEMS反射镜，所述MEMS反射镜为圆形反射镜，所述圆形反射镜的直径的取值范围为2.5毫米～10毫米；

或者，所述MEMS反射镜为矩形反射镜，所述矩形反射镜的边长的取值范围为2.5毫米～10毫米。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反射件是DMD，所述DMD包括多个微反射镜。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反射件是LCOS；其中，所述LCOS包括不反射电磁波的透明层，由液晶分子组成的液晶层，以及用于控制液晶层的硅基背板。

7.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述天线组件包括喇叭天线；所述喇叭天线用于根据所述第一射频信号辐射电磁波；

所述天线阵列还包括第三反射体；所述第三反射体的反射面为抛物面；所述第三反射体的反射面用于将所述喇叭天线辐射的电磁波反射为沿所述第一方向的所述窄波束。

8.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述天线组件包括喇叭天线和透镜，所述喇叭天线用于根据所述第一射频信号辐射电磁波；

所述透镜用于将所述喇叭天线辐射的电磁波折射为沿所述第一方向的所述窄波束。

9.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述波束调节组件还包括第四反射体；所述第二反射体沿第一方向位于所述第一反射体的第一侧，所述第四反射体沿第一方向位于所述第一反射体的第二侧；其中，所述第二反射体的第一面的朝向与所述第四反射体的第一面的朝向相对，所述第四反射体的第一面上设置有所述M个反射件；

所述第一反射体与所述基带处理器连接，用于接收来自所述基带处理器的第二控制信号，并根据所述第二控制信号调整所述第一反射体的反射面的朝向，以使所述第一反射体的反射面向所述第二反射体或所述第四反射体反射所述窄波束。

10.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述波束调节组件还包括第四反射体；所述第二反射体沿第一方向位于所述第一反射体的第一侧，所述第四反射体沿第一方向位于所述第一反射体的第二侧；其中，所述第二反射体的第一面的朝向与所述第四反射体的第一面的朝向相对，所述第四反射体的第一面上设置有所述M个反射件；

所述第一反射体是波束分路器，所述波束分路器包括类分光镜和第五反射体；

所述类分光镜用于向一个所述第二反射体反射所述窄波束，向所述第五反射体透射所述窄波束；所述第五反射体用于向所述第四反射体反射所述类分光镜透射的所述窄波束。

11.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一角度范围为[45°-k，45°+k]，k≥0°，且k小于第二预设角度。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一反射体的反射面与所述第一方向的夹角为45°；

其中，所述第一反射体的反射面的中心点与所述第二反射体上的反射件的中心点的连线与所述第一方向垂直。

13.根据权利要求1-2、4-6、12中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一反射体的反射面用于全反射所述窄波束。

14.根据权利要求1-2、4-6、12中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：所述基带处理器和N个发射通道；所述N个发射通道与所述N个馈源一一对应；

所述基带处理器的N个输出端连接所述N个发射通道的输入端，用于向所述N个发射通道输出基带信号；其中，所述N个输出端与所述N个发射通道一一对应；

所述N个发射通道的输出端连接所述N个馈源，用于处理所述基带信号得到所述第一射频信号，并向所述N个馈源输出所述第一射频信号；

所述N个天线组件通过所述N个馈源接收来自所述N个发射通道的所述第一射频信号；所述N个发射通道与所述N个天线组件一一对应。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述N个发射通道中的每个发射通道包括：数模转换器、上变频模块和功率放大器；

其中，所述数模转换器连接所述基带处理器的输出端，用于将来自所述基带处理器的所述基带信号转换为模拟信号；所述上变频模块用于将所述模拟信号转换为第二射频信号；所述功率放大器用于对所述第二射频信号进行功率放大得到所述第一射频信号，并向所述馈源输出所述第一射频信号。

16.一种发射机，其特征在于，所述发射机包括：如权利要求1-15中任一项所述的天线波束传播方向调节系统和控制器；

所述天线波束传播方向调节系统和所述控制器电连接。

17.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括：如权利要求16所述的发射机和信号发生器；

所述发射机和所述信号发生器电连接。

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