CN113904111A - 天线阵列方向图切换系统 - Google Patents

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赵程
陈炜民
王芳
赵怀松
刘辉
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Shanghai Institute of Microwave Technology CETC 50 Research Institute
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明提供了一种天线阵列方向图切换系统，包括阵列天线、激励权值设置装置以及激励权值存储器，所述阵列天线在受到不同的电源激励时，能够实现不同的方向图，所述激励权值存储器中存储有激励权值，所述激励权值设置装置根据激励权值对阵列天线中的各天线单元进行调节，呈现不同的方向图。本发明通过调节同一阵列天线各单元的激励权值来进行平顶和余割平方两种方向图的实现，能够实现天线数量的精简，进而达到缩小系统体积、减少系统成本和降低设备维护难度的目的。本发明的方向图切换机制具有速度快、效率高、操作轻便等优点。

Description

天线阵列方向图切换系统
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体地，涉及天线阵列方向图切换系统。
背景技术
在现代军事和民用通信领域，为了保证通信的高效和稳定，不同的应用场景往往需要天线方向图具有不同的形状。例如：空地双基地雷达需要实现主瓣对特定区域的全覆盖，因此这种雷达天线的方向图常常设计为平顶。这是考虑到平顶方向图扇区内的增益相等，能够为给定范围内的用户提供等质量的信号。地对空警戒搜索雷达则需要实现一定距离和一定俯仰角范围内对动态飞行目标的的覆盖，因此这种雷达天线的方向图常常采用余割平方的样式。这是考虑到在飞行目标以恒定高度位移时，具有余割平方方向图的天线能够接收到等强度的电磁波信号，实现更理想的空间扫描。
无论是军事还是民用通信领域，同一平台(如通信指挥车)常常不只工作于一种应用场景。若针对每个场景，都集成一个相应的天线在平台上，会带来体积大、功耗大、成本高、维护困难、天线间耦合等一系列问题。保持天线功能，精简天线数量是一种解决这些问题的一种思考方向。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天线阵列方向图切换系统。
根据本发明提供的一种天线阵列方向图切换系统，包括阵列天线、激励权值设置装置以及激励权值存储器，所述阵列天线在受到不同的电源激励时，能够实现不同的方向图，所述激励权值存储器中存储有激励权值，所述激励权值设置装置根据激励权值对阵列天线中的各天线单元进行激励调节，呈现不同的方向图。
优选的，所述激励权值根据应用场景需求预先计算，在需要使用时直接进行调用。
优选的，所述阵列天线的天线单元的实现样式可以为贴片天线、偶极子天线、缝隙天线或者喇叭天线等。
优选的，所述阵列天线中天线单元的调节包括对振幅和相位的调节。
优选的，所述阵列天线的方向图包括平顶方向图和余割平方方向图。
优选的，所述阵列天线为1×30线性阵列天线。
优选的，所述激励权值设置装置的数量与阵列天线的数量对应设置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过调节同一阵列天线各单元的激励权值来进行两种方向图的实现，能够实现天线数量的精简，进而达到缩小系统体积。
2、本发明减少了系统成本和降低设备维护难度。
3、考虑到某些通信系统资源有限，无法分出多余的算力来运行波束赋形算法，本发明采用了一种轻型化的方向图切换机制。这种方式具有速度快、效率高、操作轻便等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例天线阵列方向图切换系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中阵列天线平顶方向图仿真图；
图3为本发明实施例中阵列天线余割平方方向图仿真图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种天线阵列方向图切换系统，如图1所示，包括阵列天线、激励权值设置装置以及激励权值存储器，阵列天线在受到不同的电源激励时，能够实现不同的方向图。
在一个优选例中，激励权值存储器中预先存储有两组激励权值，这两组激励权值作用于阵列天线时，可分别产生平顶方向图和余割平方方向图，两组激励权值的使用由激励权值设置装置根据应用场景实际需求进行选择。激励权值为根据应用场景的实际需求预先计算获得并存储于相应通信系统的内置存储器中。在需要时直接进行调用，从而避免运算波束赋形算法时对系统计算资源的额外占用。
阵列天线的天线单元可根据应用场景的实际需求进行选择。可选择的样式包括贴片天线、偶极子天线、缝隙天线、喇叭天线等。为便于说明，本优选例以贴片天线作为单元按照半波长的间距构建了一个1×30的线性阵列天线。如图2所示，当表1所示激励权值作用于上述线性阵列天线时，天线归一化后的方向图在[-19.7°,19.7°]范围内增益近似为0dB，即实现平顶。如图3所示，当表2所示激励权值作用于上述线性阵列天线时，天线归一化后的方向图在[-25°,0°]范围内增益呈现为余割平方函数。
表1实现平顶方向图的归一化激励权值
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
幅度(V) 0.0493 0.0065 0.0288 0.0158 0.0631 0.1083 0.0651 0.0373 0.0485 0.1168
相位(rad) 3.1416 0 0 0 3.0129 2.9614 2.9843 0.0027 0.0082 2.7002
序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
幅度(V) 0.3578 0.4428 0.3375 0.6242 1 1 0.6242 0.3375 0.4428 0.3578
相位(rad) 2.735 2.5342 1.7234 0.6545 0.401 0.401 0.6545 1.7234 2.5342 2.735
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
幅度(V) 0.1168 0.0485 0.0373 0.0651 0.1083 0.0631 0.0158 0.0288 0.0065 0.0493
相位(rad) 2.7002 0.0082 0.0027 2.9843 2.9614 3.0129 0 0 0 3.1416
表2实现余割平方方向图的归一化激励权值
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
幅度(V) 0.1218 0.0777 0.1095 0.1423 0.2077 0.2310 0.3086 0.3903 0.4489 0.4481
相位(rad) 0 0.2615 0 0 0 0 0 0.1083 0.2955 0.3752
序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
幅度(V) 0.5477 0.7090 0.8447 0.8043 0.6668 0.6425 0.8518 1 0.9781 0.7562
相位(rad) 0.3762 0.5173 0.8589 1.2116 1.3783 1.3109 1.3952 1.7922 2.2550 2.7693
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
幅度(V) 0.4415 0.1728 0.1049 0.2049 0.3005 0.3783 0.3697 0.3169 0.1764 0.1281
相位(rad) 3.1416 3.1416 1.9671 1.7157 1.7292 2.0693 2.4318 2.8629 3.1416 3.1416
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种天线阵列方向图切换系统，其特征在于，包括阵列天线、激励权值设置装置以及激励权值存储器，所述阵列天线在受到不同的电源激励时，能够实现不同的方向图，所述激励权值存储器中存储有激励权值，所述激励权值设置装置根据激励权值对阵列天线中的各天线单元进行激励调节，呈现不同的方向图。
2.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述激励权值根据应用场景需求预先计算，在需要使用时直接进行调用。
3.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述阵列天线的天线单元的实现样式可以为贴片天线、偶极子天线、缝隙天线或者喇叭天线等。
4.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述阵列天线中天线单元的调节包括对振幅和相位的调节。
5.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述阵列天线的方向图包括平顶方向图和余割平方方向图。
6.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述阵列天线为1×30线性阵列天线。
7.根据权利要求1所述的天线阵列方向图切换系统，其特征在于：所述激励权值设置装置的数量与阵列天线的数量对应设置。
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