CN113161766A - 可重构天线和可重构天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可重构天线和可重构天线系统，包括：锥台、微带贴片天线和控制器。其中，锥台的外表面周向排布有多个天线子阵单元，每个天线子阵单元包括多个与锥台外表面共形的微带贴片天线；控制器与各天线子阵单元电连接，用于控制各天线子阵单元的工作状态。本申请提供的技术方案通过在锥台外表面设置微带贴片天线形成阵列排布，可使天线满足高增益和小型化的要求，同时，通过控制器控制各天线子阵单元的工作状态，可使天线满足全向性的要求。

Description

可重构天线和可重构天线系统

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种可重构天线和可重构天线系统。

背景技术

机载通信系统是飞机中必不可少的组成部分，而天线则是机载通信系统中必不可少的组成部分。

对于机载通信系统而言，一个理想的天线应该具有高增益的特性，以及小型化的体积和良好的全向性，因此，传统的机载通信系统通常采用全向天线。全向天线一般是单极子或对称振子变形而来，当全向天线安装在机载平台时，全向天线的全向性会有所下降。同时，要将高增益的双频带天线布局在小尺寸下，需要对单极子和对称振子进行变形，因此存在布局困难和隔离度的问题。综上，传统的全向天线无法很好的满足机载通信系统的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可重构天线和可重构天线系统，可以在满足高增益和全向性的同时具有小型化的体积。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供本发明提供一种可重构天线，包括：锥台、微带贴片天线和控制器；

锥台的外表面周向排布有多个天线子阵单元，每个天线子阵单元包括多个与锥台外表面共形的微带贴片天线；

控制器与各天线子阵单元电连接，用于控制各天线子阵单元的工作状态。

可选的，天线子阵单元内的多个微带贴片天线沿锥台外表面在竖向方向上均匀排布。

可选的，可重构天线包括8个天线子阵单元。

可选的，控制器为移相器。

可选的，控制器为射频开关。

可选的，射频开关为单刀多掷开关，单刀多掷开关的不动端数量与天线子阵单元的数量相等。

可选的，锥台为圆锥台。

可选的，各天线子阵单元的面积相等。

可选的，微带贴片天线为双极化微带贴片天线。

第二方面，本申请实施例提供一种可重构天线系统，包括：终端设备、射频组件和如上述第一方面的可重构天线；

射频组件分别与终端设备和可重构天线电连接。

本申请实施例提供的可重构天线，包括：锥台、微带贴片天线和控制器。其中，锥台的外表面周向排布有多个天线子阵单元，每个天线子阵单元包括多个与锥台外表面共形的微带贴片天线；控制器与各天线子阵单元电连接，用于控制各天线子阵单元的工作状态。本申请提供的技术方案通过在锥台外表面设置微带贴片天线形成阵列排布，使天线满足高增益和小型化的要求，同时，通过控制器控制各天线子阵单元的工作状态，可以满足全向性的要求。

附图说明

图1为本申请实施例提供的可重构天线系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的可重构天线的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的天线子阵单元示意图；

图4为本申请实施例提供的阵元示意图；

图5为本申请实施例提供的在开启8号天线子阵单元时的方向图；

图6为本申请实施例提供的在开启6号天线子阵单元时的方向图；

图7为本申请实施例提供的在开启4号天线子阵单元时的方向图；

图8为本申请实施例提供的在开启2号天线子阵单元时的方向图；

图9为本申请实施例提供的在初始相位时的方向图；

图10为本申请实施例提供的在调整相位过程中的方向图；

图11为本申请实施例提供的在完成相位调整时的方向图。

附图标记说明：

1-锥台； 2-微带贴片天线；

3-天线子阵单元； 4-连接线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1为本申请实施例提供的可重构天线系统的架构示意图，如图1所示，可重构天线系统可以包括终端设备、射频组件和可重构天线，射频组件可以分别与终端设备和可重构天线电连接。

其中，终端设备可以是计算机、工作站或机载电脑等电子设备，本申请对终端设备具体类型不作限定。

用户可以通过终端设备控制射频组件的射频参数，进而调整射频组件产生的射频信号。然后，射频组件可以将射频信号传输至可重构天线，由可重构天线将射频信号转换为电磁波向外辐射。

可重构天线系统可以应用在机载通信系统中，也可以应用在其他领域的通信系统中，本申请实施例以应用在机载通信系统中为例进行说明。

图2为本申请实施例提供的可重构天线的结构示意图，图3为本申请实施例提供的天线子阵单元示意图。如图2-图3所示，该可重构天线可以包括：锥台1、微带贴片天线2和控制器。锥台1的外表面可以周向排布多个天线子阵单元3，每个天线子阵单元3可以包括多个与锥台1外表面共形的微带贴片天线2。控制器可以与各天线子阵单元3电连接，用于控制各天线子阵单元3的工作状态。

锥台1的材质可以是塑料或有机玻璃等非金属。锥台1可以是横截面为圆形的圆锥台，也可以是横截面为多边形的多边锥台。为了提高可重构天线的应用范围，增加设计天线子阵单元3时的灵活度，在一种可能的实现方式中，如图2所示，锥台1为中空的圆锥台。

微带贴片天线2属于微带天线的一种，微带天线具有体积小、剖面低和易于安装的特点，因此，具有良好的共形能力。同时，多个微带贴片天线2通过阵列设置还可以具有高增益的特点，因此，采用微带贴片天线2可以满足机载通信系统的要求。

具体的，微带贴片天线2可以由介质基片、设置在介质基片一面上的导电贴片和设置在介质基片另一面上的地板构成。地板可以通过粘贴或其他形式固定在锥台1的外表面。微带贴片天线2的贴片辐射单元的形状可以是矩形、圆形、梯形或其它任意平面几何形状，本申请对此不作任何限制。微带贴片天线2的馈电方式可以分为侧馈和底馈两种，其中，侧馈是指馈线从辐射单元的侧面馈入；底馈是指馈线从微带天线接地板同轴线馈入，同轴线内导体穿过接地板和基板，与辐射单元相连接，外导体直接连到接地板上。在具体实现时可以根据需要选择微带贴片天线2的馈电方式，本申请实施例对此不作特别限定。

在实际应用时，多个微带贴片天线2可以通过连接线4组成一个阵元，例如，2*2阵元、1*4阵元或1*8阵元等。图4中是以2*2阵元为例进行示例性说明。

为了减少微带贴片天线2的数量，满足小型化的体积要求，在一种可能的实现方式中，微带贴片天线2为双极化微带贴片天线。

锥台1的外表面可以周向划分为多个区域，同一区域内的微带贴片天线2可以组成一个天线子阵单元3。为了提高天线子阵单元3的方向图质量，天线子阵单元3内的多个微带贴片天线2可以沿锥台1外表面在竖向方向上均匀排布。

控制器可以和各天线子阵单元3中的微带贴片天线2电连接，同一天线子阵单元3中的微带贴片天线2可以共同进行波束形成，不同的天线子阵单元3可以负责不同的空域，以实现全向性。控制器还可以通过控制各天线子阵单元3的工作状态，实现可重构的效果，例如，单独开启某些天线子阵单元3或改变某些天线子阵单元3的波束方向图。

具体的，天线子阵单元3的数量可以根据实际需求进行设计，通常6个天线子阵单元3即可满足全向性的要求。根据实验和仿真计算，8-10个天线子阵单元3可以实现更合理的区域划分。在一种可能的实现方式中，如图3所示，可重构天线包括8个天线子阵单元3，以更好的满足全向性需求。

天线子阵单元3的面积可以根据实际需求进行设计，为了实现更好的可重构效果，在一种可能的实现方式中，各天线子阵单元3的面积相等。

控制器可以是射频开关，也可以是移相器。移相器可以改变天线子阵单元3的相位，实现更复杂的方向图；射频开关的成本更低，结构更简单，设计员可以根据不同的使用需求采用相应的控制器。

在一种可能的实现方式中，射频开关可以是多个射频开关组合，例如，天线子阵单元3的数量为8时，控制器可以是一个单刀双掷开关配合两个单刀四掷开关。单刀双掷开关的不动端连接射频传输线，单刀双掷开关的两个动端分别连接两个单刀四掷开关的不动端，单刀四掷开关的动端连接各天线子阵单元3。

射频开关也可以是单个单刀多掷开关，且单刀多掷开关的不动端数量与天线子阵单元3的数量相等。例如，天线子阵单元3的数量为8时，控制器可以是一个单刀八掷开关，单刀八掷开关的不动端连接射频传输线，单刀八掷开关的动端连接各天线子阵单元3。

在可重构天线的控制器为射频开关的情况下，用户在使用可重构天线时，可以控制射频开关的状态，进而决定天线子阵单元3的开启和关闭。参照图5-图8，不同的天线子阵单元3具有不同的方向图，当开启8号天线子阵单元3时，可重构天线的方向图为图5；当开启6号天线子阵单元3时，可重构天线的方向图为图6；当开启4号天线子阵单元3时，可重构天线的方向图为图7；当开启2号天线子阵单元3时，可重构天线的方向图为图8。因此，通过改变不同天线子阵单元3的工作状态，可以实现可重构天线的全向性。

当控制器为移相器时，以天线子阵单元3的数量为8为例，控制器具体可以是8位移相器，8位移相器可以分别连接8个天线子阵单元3。

在可重构天线的控制器为移相器的情况下。用户在使用可重构天线时，可以控制移相器改变各天线子阵单元3的相位，实现波束赋型。如图9-图11所示，当8个天线子阵单元3均处于初始相位时，可重构天线的波束如图9所示；为了增强1号天线子阵单元3的辐射性能，用户可以使用移相器改变2号天线子阵单元3、3号天线子阵单元3、7号天线子阵单元3和8号天线子阵单元3的相位，使其辐射方向偏离法线方向，向1号天线子阵单元3的辐射方向靠拢，此时，可重构天线的波束如图10所示；最终，1号天线子阵单元3、2号天线子阵单元3、3号天线子阵单元3、7号天线子阵单元3和8号天线子阵单元3的波束相互叠加，形成如图11所示的波束。

进一步的，为了提高在实际应用时可重构天线的使用效率，用户可以预先调试可能用到的方向图对应的加权系数，并将调试好的加权系数编制成加权系数表，存储在终端设备中。在实际应用时，如果需要调整可重构天线的方向图，用户可以直接调用终端设备中的加权系数表，根据加权系数表确定目标加权系数，并根据目标加权系数进行波束形成或循环扫描。例如，当目标物体进入1号天线子阵单元3对应的空域范围时，用户可以根据加权系数表快速启动1号天线子阵单元3；当目标物体移动到8号天线子阵单元3对应的空域范围时，用户还可以根据加权系数表快速切换至8号天线子阵单元3，实现可重构天线的实时切换波束的效果。

本申请实施例提供的可重构天线，包括：锥台、微带贴片天线和控制器。其中，锥台的外表面周向排布有多个天线子阵单元，每个天线子阵单元包括多个与锥台外表面共形的微带贴片天线；控制器与各天线子阵单元电连接，用于控制各天线子阵单元的工作状态。本申请提供的技术方案通过在锥台外表面设置微带贴片天线形成阵列排布，使天线满足高增益和小型化的要求，同时，通过控制器控制各天线子阵单元的工作状态，可以满足全向性的要求。

在本发明的描述中，需要理解的是，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至少一个该特征。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵”、“横”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可重构天线，其特征在于，包括：锥台、微带贴片天线和控制器；

所述锥台的外表面周向排布有多个天线子阵单元，每个所述天线子阵单元包括多个与所述锥台外表面共形的微带贴片天线；

所述控制器与各所述天线子阵单元电连接，用于控制各所述天线子阵单元的工作状态。

2.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述天线子阵单元内的多个微带贴片天线沿所述锥台外表面在竖向方向上均匀排布。

3.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述可重构天线包括8个天线子阵单元。

4.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述控制器为移相器。

5.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述控制器为射频开关。

6.根据权利要求5所述的可重构天线，其特征在于，所述射频开关为单刀多掷开关，所述单刀多掷开关的不动端数量与所述天线子阵单元的数量相等。

7.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，所述锥台为圆锥台。

8.根据权利要求1所述的可重构天线，其特征在于，各所述天线子阵单元的面积相等。

9.根据权利要求1-8任一项所述的可重构天线，其特征在于，所述微带贴片天线为双极化微带贴片天线。

10.一种可重构天线系统，其特征在于，包括：终端设备、射频组件和如权利要求1-8任一项所述的可重构天线；

所述射频组件分别与所述终端设备和所述可重构天线电连接。

Images