CN118140355A - 天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 - Google Patents
天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118140355A CN118140355A CN202180103486.XA CN202180103486A CN118140355A CN 118140355 A CN118140355 A CN 118140355A CN 202180103486 A CN202180103486 A CN 202180103486A CN 118140355 A CN118140355 A CN 118140355A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- microstrip
- microstrip line
- power distribution
- distribution network
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 56
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- NMARPFMJVCXSAV-UHFFFAOYSA-N 5-[(3,5-diethoxy-4-pyrrol-1-ylphenyl)methyl]pyrimidine-2,4-diamine Chemical compound C=1C(OCC)=C(N2C=CC=C2)C(OCC)=CC=1CC1=CN=C(N)N=C1N NMARPFMJVCXSAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
-
- 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
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
- H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
- H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
天线单元、天线阵列、波束扫描方法、通信装置和计算机可读存储介质，其中，天线单元包括：微带贴片天线和移相器；其中，移相器包括：微带线；液晶层，设置在微带线与微带贴片天线之间；金属层，设置在液晶层与微带贴片天线之间；金属层中设置有第一通孔，微带贴片天线和微带线的输出端通过第一通孔耦合。实现改变波束相位的天线单元结构相对简单，制作成本相对较低、重量较小，并且可以制作为平面结构，剖面低，易于加工，易于小尺寸化，便于携带，便于集成。
Description
本公开涉及通信技术领域，具体而言，涉及天线单元、天线阵列、波束扫描方法、通信装置和计算机可读存储介质。
在非地面网路(Non-Terrestrial Networks，NTN)中，终端可以通过卫星与基站通信。其中，卫星主要包括高轨道卫星和低轨道卫星两种，高轨道卫星一般位于距离地面35800千米的高空，相对于地球轨道静止，终端在通过波束与卫星通信时，只需要初次将波束对准卫星即可。
但是由于高轨道卫星所处轨道距离地面较远，通信所需的天线增益也就较高，通常需要在30dB以上，其使用的天线一般是抛物面天线，由于剖面太高、尺寸太大，不易于集成，并且发射高轨道卫星的成本也相对较高，还存在保密性隐患。
而低轨道卫星则可以在很大程度上避免上述问题，低轨道卫星一般位于距离地面200千米至2000千米的空中，由于距离地面较近，发射成本极大地降低了，而且还具有更为合适的有效各向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EPIR)和G/T。
但是由于低轨道卫星在其所处的轨道上运动，并不能实现相对于地球轨道静止，这就需要终端不断地调整波束方向，来对准运动的卫星，以与卫星进行良好地通信。
发明内容
有鉴于此，本公开的实施例提出了天线单元、天线阵列、波束扫描方法、通信装置和计算机可读存储介质，以解决相关技术中的技术问题。
根据本公开实施例的第一方面，提出一种天线单元，包括微带贴片天线和移相器；其中，所述移相器包括：
微带线；
液晶层，设置在所述微带线与所述微带贴片天线之间；
金属层，设置在所述液晶层与所述微带贴片天线之间；
所述金属层中设置有第一通孔，所述微带贴片天线和所述微带线的输出端通过所述第一通孔耦合。
可选地，所述第一通孔为条状，所述微带线的输出端在所述金属层上的投影与所述第一通孔垂直。
可选地，所述天线单元还包括：
基底，其中，所述微带线设置于所述基底；
介质层，设置在所述金属层与所述微带贴片天线之间。
可选地，所述微带线为螺旋状微带线。
可选地，所述微带贴片天线的形状为正方形。
根据本公开实施例的第二方面，提出一种天线阵列，包括上述天线单元。
可选地，所述天线阵列还包括功率分配网络；
其中，所述功率分配网络包括输入端和多个输出端，所述功率分配网络的输入端用于接收射频信号，所述功率分配网络的输出端用于将所述射频信号传输至所述微带线的输入端。
可选地，所述功率分配网络与所述微带贴片天线位于同一层；
在所述金属层中还设置有第二通孔，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端通过所述第二通孔耦合。
可选地，所述第二通孔为条状，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端在所述金属层上的投影与所述第二通孔垂直。
可选地，所述功率分配网络的输出端的数量，小于或等于所述微带线的输入端的数量。
可选地，每个所述功率分配网络的输出端与多个所述微带线的输入端耦合。
可选地，相邻天线单元中的微带贴片天线之间相距0.5λ0至λ0，λ0为所述微带贴片天线工作中心频段对应的真空波长。
可选地，所述天线阵列包括4行乘4列的所述天线单元。
根据本公开实施例的第三方面，提出一种波束扫描方法，适用于上述天线阵列，所述方法包括：
通过控制每个所述天线单元中所述金属层上的电信号和/或所述微带线上的电信号，以调整所述液晶层的介电常数；
其中，所述微带线上的电信号经过所述液晶层进行移相后耦合至所述微带贴片天线进行辐射，多个所述天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，形成朝着目标方向发射的波束。
根据本公开实施例的第四方面，提出一种通信装置，包括：上述天线阵列，以及处理器和用于存储计算机程序的存储器；其中，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述波束扫描方法。
根据本公开实施例的第五方面，提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述波束扫描方法中的步骤。
根据本公开的实施例，微带线和液晶层以及金属层可以构成移相器，通过向微带线输入信号，微带线的输出端与微带贴片天线通过金属层中的第一通孔耦合，微带贴片天线可以进一步将耦合的信号发射出去。
而在微带线上的信号耦合到微带贴片天线的过程中，会先经过液晶层，液晶层可以起到改变信号相位的作用，从而起到移相器的功能。
并且液晶层在不同介电常数下，对于信号相位改变的幅度不同。可以通过控制金属层上的电信信号，或者通过控制微带线上的电信号，或者通过控制金属层和微带线上的电信号，可以改变液晶层中液晶的介电常数，从而改变液晶层的介电常数，进而调节移相器对于微带线上信号的相位的改变程度。据此，就可以控制该天线单元中微带贴片天线发射波束的相位。
由于本实施例中实现改变波束相位的天线单元结构相对简单，制作成本相对较低、重量较小，并且可以制作为平面结构，剖面低，易于加工，易于小尺寸化，便于携带，便于集成。
进一步地，可以根据需要将多个天线单元制作为天线阵列，其中每个天线单元发射的射频信号的相位可以全部相同，可以部分相同，也可以全部不同。在此基础上，可以通过调整每个天线单元中液晶层的介电常数，使得每个天线单元中微带线上的电信号经过液晶层可以得到不同程度的移相，进而耦合至微带贴片天线进行辐射，多个 所述天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，形成朝着目标方向发射的波束，从而实现了对于天线阵列发个波束方向的控制。
由于天线单元结构简单，由天线单元构成的天线阵列结构也相对简单，易于重构，方便控制波束方向，以便实时地控制波束对准卫星，确保与卫星通信具有良好的信号质量。
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是根据本公开的实施例示出的一种天线单元的分层结构示意图。
图1B是图1A所示天线单元沿AA’方向的截面示意图。
图2A是根据本公开的实施例示出的一种天线单元的分层结构示意图。
图2B是图2A所示天线单元沿AA’方向的截面示意图。
图2C是图2A所示天线单元中微带线的输出端与第一通孔的关系示意图。
图3是根据本公开的实施例示出的一种天线阵列的示意图。
图4是根据本公开的实施例示出的一种功率分配网络的示意图。
图5是根据本公开的实施例示出的一种波束扫描方法的示意流程图。
图6是根据本公开的实施例示出的一种S参数示意图。
图7是根据本公开的实施例示出的一种用于波束扫描的装置的示意框图。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制 本公开实施例。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
出于简洁和便于理解的目的，本文在表征大小关系时，所使用的术语为“大于”或“小于”、“高于”或“低于”。但对于本领域技术人员来说，可以理解：术语“大于”也涵盖了“大于等于”的含义，“小于”也涵盖了“小于等于”的含义；术语“高于”涵盖了“高于等于”的含义，“低于”也涵盖了“低于等于”的含义。
图1A是根据本公开的实施例示出的一种天线单元的分层结构示意图，图1B是图1A所示天线单元沿AA’方向的截面示意图。本实施例所示的天线单元可以应用于终端，所述终端包括但不限于手机、平板电脑、可穿戴设备、传感器、物联网设备等通信装置。所述终端可以与网络侧设备通信，所述网络侧设备包括但不限于4G、5G、6G等通信系统中的网络侧设备，例如基站、核心网。
如图1A和图1B所示，所述天线单元包括微带贴片天线1和移相器2；
其中，所述移相器2包括：
微带线21；
液晶层22，设置在所述微带线21与所述微带贴片天线1之间；
金属层23，设置在所述液晶层22与所述微带贴片天线1之间；其中，金属层的材料包括但不限于金属铜；
所述金属层23中设置有第一通孔231，所述微带贴片天线1和所述微带线21的输出端通过所述第一通孔231耦合。其中，通孔的形状可以根据需要设置，例如可以如图所示为矩形通孔，也可以根据需要设置为其他形状，例如椭圆形通孔、菱形通孔。
在一个实施例中，所述终端可以是非地面网络中的终端，可以通过波束与非地 面网络中与卫星通信。目前终端与卫星通信时，为了将发射波束对准卫星，主要通过相控阵技术或者微机电系统(Micro Electromechanical System，MEMS)来设置终端中发射波束的天线，但是基于这些技术设置的天线结构相对复杂，成本较高，损耗也较大。
在一个实施例中，液晶层中液晶的介电常数是可变的，例如通过调整液晶层两侧的电信号(例如电压)，可以是改变液晶的介电常数，例如介电常数的变化范围为2.4至3.2。
在一个实施例中，微带线和液晶层以及金属层可以构成移相器，通过向微带线输入信号(例如射频信号)，微带线的输出端与微带贴片天线通过金属层中的第一通孔耦合，微带贴片天线可以进一步将耦合的信号发射出去，例如以波束方式发射。
基于本实施例所示的结构，天线单元发射的波束为线极化波，根据需要也可以通过调整结构(例如调整微带线、金属层的结构)发射其他极化波，例如圆极化波、椭圆极化波等。其中，微带贴片天线的结构可以是超表面贴片。
而在微带线上的信号耦合到微带贴片天线的过程中，会先经过液晶层，液晶层可以起到改变信号相位的作用，从而起到移相器的功能。
并且液晶层在不同介电常数下，对于信号相位改变的幅度不同。可以通过控制金属层上的电信信号，例如通过柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)的软排线向金属层传输电压信号，或者通过控制微带线上的电信号，或者通过控制金属层和微带线上的电信号，以改变液晶层两侧的电压差，进而可以改变液晶层中液晶的介电常数，从而改变液晶层的介电常数，进而调节移相器对于微带线上信号的相位的改变程度。据此，就可以控制该天线单元中微带贴片天线发射波束的相位，基本实施例的结构可以实现360°全相位的高精度移相。
由于本实施例中实现改变波束相位的天线单元结构相对简单，制作成本相对较低、重量较小，并且可以制作为平面结构，剖面低，易于加工，易于小尺寸化，便于携带，便于集成。
进一步地，可以根据需要将多个天线单元制作为天线阵列，其中每个天线单元发射的射频信号的相位可以全部相同，可以部分相同，也可以全部不同。在此基础上，可以通过调整每个天线单元中液晶层的介电常数，使得每个天线单元中微带线上的电信号经过液晶层可以得到不同程度的移相，进而耦合至微带贴片天线进行辐射，多个 所述天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，形成朝着目标方向发射的波束，从而实现了对于天线阵列发个波束方向的控制。
由于天线单元结构简单，由天线单元构成的天线阵列结构也相对简单，易于重构，方便控制波束方向，以便实时地控制波束对准卫星，确保与卫星通信具有良好的信号质量。
在一个实施例中，所述天线单元还包括：
基底24，其中，所述微带线设置于所述基底；
介质层25，设置在所述金属层与所述微带贴片天线之间。
在一个实施例中，微带线可以形成在基底上，进而可以在微带线所在层之上设置液晶层，然后在液晶层之上形成金属层，再在金属层上设置介质层，最后在介质层之上形成微带贴片天线，介质层可以在金属层和微带贴片天线之间起到绝缘的作用。
在一个实施例中，基底和介质层可以是玻璃，例如可以型号BF33的玻璃，以便为天线单元中的各层结构提高良好的支撑。
在一个实施例中，可以先通过微纳加工技术形成在介质层的上表面形成微带贴片天线，然后在介质层的下表面形成金属层，可以在基底上形成微带线，然后在微带线和金属层之间旋途液晶定向材料，将液晶灌入微带线和金属层之间，最后进行贴胶封装，形成天线单元。微带线和微带贴片天线可以共用金属层作为地。
图2A是根据本公开的实施例示出的一种天线单元的分层结构示意图。图2B是图2A所示天线单元沿AA’方向的截面示意图。图2C是图2A所示天线单元中微带线的输出端与第一通孔的关系示意图。
在一个实施例中，如图2A、图2B和图2C所示，微带线为螺旋状微带线，例如可以是如图所示按照矩形螺旋，也可以根据需要设置为按照圆形螺旋。
据此设置微带线，可以在有限的面积内，尽量提高微带线的长度，一方面有利于微带线在液晶层一侧提供适当的电压控制调节液晶层的介电常数，另一方面有利于确保微带线输出端的信号质量。
在一个实施例中，如图2C所示，所述第一通孔231为条状，所述微带线的输出端212在所述金属层上的投影与所述第一通孔231垂直。据此，有利于确保微带线的输出端通过第一通孔良好地与贴片天线耦合。
需要说明的是，微带线的输出端212并不是一个点，而是微带线末端一段范围内的微带线；类似地，微带线的输入端211也不是一个点，而是微带线起点一段范围内的微带线。
在一个实施例中，所述微带贴片天线的形状为正方形。据此，可以使得方向图的E面和H面对称，确保发射信号具有良好的信号质量。其中，微带贴片天线的尺寸可以根据需要进行设置，例如微带贴片天线的边长为0.5λ
0，λ
0为所述微带贴片天线工作中心频段对应的真空波长。
图3是根据本公开的实施例示出的一种天线阵列的示意图。
如图3所示，天线阵列可以包括多个上述实施例中的天线单元10，例如天线阵列可以为如图3所示的矩阵形状，例如包括4乘4共16个天线单元10，也即天线阵列包括4行乘4列的天线单元。当然，也可以根据需要设置为其他形状的阵列，例如8乘8，3乘3，最少只需两个天线单元10即可。
需要说明的是，天线阵列中每个天线单元10中微带线21的形状可以根据需要进行设置，例如可以都设置为顺时针螺旋，或者都是设置为逆时针螺旋，也可以如图3所示，部分设置为逆时针螺旋，部分设置为顺时针螺旋。
在一个实施例中，天线阵列还包括功率分配网络；
其中，所述功率分配网络包括输入端和多个输出端，所述功率分配网络的输入端用于接收射频信号，所述功率分配网络的输出端用于将所述射频信号传输至所述微带线的输入端。
其中，功率分配网络可以包括一个输入端和多个输出端，功率分配网络的输入端可以接收信号发生器发出的射频信号，然后传输至功率分配网络的输出端，进而功率分配网络的输出端可以将信号进一步传输至微带线的输入端，例如可以通过直接连接的方式传输微带线的输入端，也可以通过耦合的方式传输至微带线的输入端，例如图2C所示的输入端211。
在一个实施例中，所述功率分配网络与所述微带贴片天线位于同一层；
在所述金属层中还设置有第二通孔(图中未示出)，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端通过所述第二通孔耦合。
也即功率分配网络上的信号可以通过功率分配网络的输出端经由第二通孔耦 合到微带线的输入端，使得微带线可以传输相应的信号。其中，功率分配网络中的信号传输线，可以采用微带线构成。
在一个实施例中，所述第二通孔为条状，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端在所述金属层上的投影与所述第二通孔垂直。据此，有利于确保功率分配网络的输出端与微带线的输入端良好地耦合。
在一个实施例中，所述功率分配网络的输出端的数量，小于或等于所述微带线的输入端的数量。在一个实施例中，每个所述功率分配网络的输出端与多个所述微带线的输入端耦合。
功率分配网络的一个输出端，可以向一个微带线的输入端传输信号，也可以向多个微带线的输入端传输信号，例如在图3所示的实施例中，可以设置功率分配网络具有16个输出端，那么功率分配网络的一个输出端向一个微带线的输入端传输信号，也可以设置功率分配网络具有8个输出端，那么功率分配网络的一个输出端向两个微带线的输入端传输信号。
以下实施例主要在功率分配网络具有8个输出端的情况下进行示例性说明。
图4是根据本公开的实施例示出的一种功率分配网络的示意图。
在一个实施例中，如图4所示，在图3所示天线阵列的基础上，可以设置功率分配网络，功率分配网络包括1个输入端41和8个输出端42，每个输出端与2个天线单元中的微带线的输入端211耦合，据此，功率分配网络可以将信号传输至16个天线单元的微带线中。
需要说明的是，功率分配网络的结构并不限于上述实施例所描述的情况，具体可以根据需要进行调整，例如根据天线阵列的结构进行调整。
在一个实施例中，功率分配网络中的信号传输线，基于至少一节1/4波长阻抗匹配设计。例如在图4所示实施例中，功率分配网络为T型网络，也即从一个节点引出的信号传输线，会分为两个信号传输线，以此类推，直至得所需数量的输出端。其中，功率分配网络中的信号传输线，可以采用微带线构成。
在这种情况下，例如功率分配网络中每段微带线的阻抗可以不同，例如AB段的阻抗为50欧，CD段的阻抗为100欧，EF段的阻抗为50欧，为了使得功率分配网络中不同阻抗的微带线之间阻抗匹配，本实施例可以采用两种方式。
一种方式是在功率分配网络中不同阻抗的微带线的相交处设置缺口，例如在AB段与CD段的相交处，可以设置缺口，例如图4所示，AB段和CD段相交于CD段的中点，那么可以在CD段的中点设置缺口43，可以在一定程度上实现阻抗匹配。
另一种方式是在功率分配网络中不同阻抗的微带线的相交处设置匹配阻抗，例如在BC段与EF段，可以设置匹配阻抗44，匹配阻抗44的阻抗值可以根据CD段的阻抗和EF段的阻抗计算得出，例如CD段的阻抗为100欧，EF段的阻抗为50欧，那么EF短的阻抗为50欧×100欧的平方根，约等于70.7欧。
需要说明的是，在功率分配网络中，可以采用上述任一种方式来实现阻抗匹配，也可以采用两种方式相结合来实现阻抗匹配，具体可以根据需要进行设置。
通过进行阻抗匹配设计，可以减少功率分配网络在传输信号过程中的能量损耗，确保相对较高的传输效率。
在一个实施例中，相邻天线单元中的微带贴片天线之间相距0.5λ
0至λ
0，λ
0为所述微带贴片天线工作中心频段对应的真空波长。
在天线阵列中，由于存在多个天线单元，多个天线单元的微带贴片天线发射辐射的信号相位叠加后形成的波束，会受到微带贴片天线之间距离的影响。例如以两个相邻的微带贴片天线为例，如微带贴片天线之间的距离越大，波束的旁瓣就越大，微带贴片天线之间的距离越小，单元之间的耦合作用就越大，为了在耦合强度和旁瓣大小之间折中，本实施例设置相邻天线单元中的微带贴片天线之间相距0.5λ
0至λ
0，以免旁瓣过大或者耦合过强。
图5是根据本公开的实施例示出的一种波束扫描方法的示意流程图。本实施例所述的波束扫描方法可以适用于上述任一实施例所述的天线阵列，可以用于对天线阵列进行控制，所述天线阵列则可以适用于终端，所述终端可以通过控制所述天线阵列实现波束扫描，与非地面网络中的卫星等在空中运动的通信装置进行通信。
如图5所示，所述波束扫描方法包括以下步骤：
在步骤S501中，通过控制每个所述天线单元中所述金属层上的电信号和/或所述微带线上的电信号，以调整所述液晶层的介电常数；
其中，所述微带线上的电信号经过所述液晶层进行移相后耦合至所述微带贴片天线进行辐射，多个所述天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，形成朝着目标方向发射的波束。
在一个实施例中，可以控制天线单元中金属层的电信号，或者控制天线单元中微带线上的电信号，还可以控制天线单元中金属层和微带线上的电信号，以改变液晶层两侧的电压差，使得位于金属层和微带线之间的液晶层的介电常数发生改变，从而达到控制液晶层介电常数的目的。
由于天线单元中微带线的输出端通过金属层上的第一通孔与微带贴片天线耦合，而微带线的输出端传输的信号在耦合到微带贴片天线的过程中需要经过液晶层，液晶层可以改变信号的相位，产生移相效果，而具有不同介电常数的液晶层则可以产生不同的移相效果，从而通过控制液晶层的介电常数，可以进一步控制耦合到微带贴片天线的信号的相位，也即控制微带贴片天线辐射的信号的相位。
进而针对天线阵列中的多个天线单元而言，可以根据需要控制每个天线单元中微带贴片天线辐射的信号的相位，多个天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，可以形成朝着目标方向发射的波束，通过控制多个天线单元中微带贴片天线辐射的信号的相位，就可以调整目标方向，例如使得目标方向对准卫星，从而与非地面网络中的卫星通信。
由于本实施例中实现改变波束相位的天线阵列的结构相对简单，制作成本相对较低、重量较小，并且可以制作为平面结构，剖面低，易于加工，易于小尺寸化，便于携带，便于集成，便于将该天线阵列设置在终端中实现波束扫描。
图6是根据本公开的实施例示出的一种S参数示意图。
在一个实施例中，以天线阵列包括8乘8个天线单元为例，例如工作频点为20GHz，S参数(例如S11)与工作频段之间的关系如图6所示，在19.4GHz至21GHz范围内，S参数保持在-10dB以下，也即采用本实施例的天线阵列，天线发射效率良好。
根据本公开的实施例控制天线阵列发射的波束的方向，波束的俯仰角可以在-30°到+30°范围内变化，并且在该角度范围内的辐射方向图中相对场强最大值的差异在3dB范围内，也即天线阵列在该俯仰角范围内具有良好的使用效果。
本公开的实施例还提出一种通信装置，例如上述实施例中的终端，包括上述任一实施例所述的天线阵列，以及处理器和用于存储计算机程序的存储器；其中，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一实施例所述的波束扫描方法。
本公开的实施例还提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一实施例所述的波束扫描方法中的步骤。
图7是根据本公开的实施例示出的一种用于波束扫描的装置700的示意框图。例如，装置700可以是移动电话、计算机、数字广播终端、消息收发设备、游戏控制台、平板设备、医疗设备、健身设备、个人数字助理等。
参照图7，装置700可以包括以下一个或多个组件：处理组件702、存储器704、电源组件706、多媒体组件708、音频组件710、输入/输出(I/O)的接口712、传感器组件714以及通信组件716。
处理组件702通常控制装置700的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件702可以包括一个或多个处理器720来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件702可以包括一个或多个模块，便于处理组件702和其他组件之间的交互。例如，处理组件702可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件708和处理组件702之间的交互。
存储器704被配置为存储各种类型的数据以支持在装置700的操作。这些数据的示例包括用于在装置700上操作的任何应用程序或方法的指令、联系人数据、电话簿数据、消息、图片、视频等。存储器704可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器、磁盘或光盘。
电源组件706为装置700的各种组件提供电力。电源组件706可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置700生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件708包括在所述装置700和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件708包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置700处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件710被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件710包括一 个麦克风(MIC)，当装置700处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器704或经由通信组件716发送。在一些实施例中，音频组件710还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口712为处理组件702和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘、点击轮、按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件714包括一个或多个传感器，用于为装置700提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件714可以检测到装置700的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置700的显示器和小键盘，传感器组件714还可以检测装置700或装置700一个组件的位置改变，用户与装置700接触的存在或不存在，装置700方位或加速/减速和装置700的温度变化。传感器组件714可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件714还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件714还可以包括加速度传感器、陀螺仪传感器、磁传感器、压力传感器或温度传感器。
通信组件716被配置为便于装置700和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置700可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi、2G、3G、4G LTE、5G NR或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件716经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件716还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术、红外数据协会(IrDA)技术、超宽带(UWB)技术、蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，装置700可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器704，上述指令可由装置700的处理器720执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、 CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
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。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。
以上对本公开实施例所提供的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
Claims (16)
- 一种天线单元，其特征在于，包括微带贴片天线和移相器；其中，所述移相器包括：微带线；液晶层，设置在所述微带线与所述微带贴片天线之间；金属层，设置在所述液晶层与所述微带贴片天线之间；所述金属层中设置有第一通孔，所述微带贴片天线和所述微带线的输出端通过所述第一通孔耦合。
- 根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一通孔为条状，所述微带线的输出端在所述金属层上的投影与所述第一通孔垂直。
- 根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：基底，其中，所述微带线设置于所述基底；介质层，设置在所述金属层与所述微带贴片天线之间。
- 根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述微带线为螺旋状微带线。
- 根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述微带贴片天线的形状为正方形。
- 一种天线阵列，其特征在于，包括多个权利要求1至5中任一项所述的天线单元。
- 根据权利要求6所述的天线阵列，其特征在于，还包括功率分配网络；其中，所述功率分配网络包括输入端和多个输出端，所述功率分配网络的输入端用于接收射频信号，所述功率分配网络的输出端用于将所述射频信号传输至所述微带线的输入端。
- 根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，所述功率分配网络与所述微带贴片天线位于同一层；在所述金属层中还设置有第二通孔，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端通过所述第二通孔耦合。
- 根据权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述第二通孔为条状，所述功率分配网络的输出端与所述微带线的输入端在所述金属层上的投影与所述第二通孔垂直。
- 根据权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，所述功率分配网络的输出端的数量，小于或等于所述微带线的输入端的数量。
- 根据权利要求10所述的天线阵列，其特征在于，每个所述功率分配网络的输出端与多个所述微带线的输入端耦合。
- 根据权利要求6至11中任一项所述的天线阵列，其特征在于，相邻天线单元中的微带贴片天线之间相距0.5λ 0至λ 0，λ 0为所述微带贴片天线工作中心频段对应的真空波长。
- 根据权利要求6至11中任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括4行乘4列的所述天线单元。
- 一种波束扫描方法，其特征在于，适用于权利要求6至13中任一项所述的天线阵列，所述方法包括：通过控制每个所述天线单元中所述金属层上的电信号和/或所述微带线上的电信号，以调整所述液晶层的介电常数；其中，所述微带线上的电信号经过所述液晶层进行移相后耦合至所述微带贴片天线进行辐射，多个所述天线单元中的微带贴片天线辐射的信号相位叠加后，形成朝着目标方向发射的波束。
- 一种通信装置，其特征在于，包括：权利要求6至13中任一项所述的天线阵列，以及处理器和用于存储计算机程序的存储器；其中，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求14所述的波束扫描方法。
- 一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求14所述的波束扫描方法中的步骤。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2021/132575 WO2023092306A1 (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118140355A true CN118140355A (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=86538575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180103486.XA Pending CN118140355A (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118140355A (zh) |
| WO (1) | WO2023092306A1 (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1212809B1 (en) * | 1999-09-14 | 2004-03-31 | Paratek Microwave, Inc. | Serially-fed phased array antennas with dielectric phase shifters |
| EP2575211B1 (en) * | 2011-09-27 | 2014-11-05 | Technische Universität Darmstadt | Electronically steerable planar phased array antenna |
| CN107046176A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-08-15 | 电子科技大学 | 基于微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线及制作方法 |
| CN110690556A (zh) * | 2019-08-29 | 2020-01-14 | 电子科技大学 | 平面反射阵天线及其形成方法 |
| CN116315588A (zh) * | 2020-02-05 | 2023-06-23 | 群创光电股份有限公司 | 电子装置 |
| CN111769359B (zh) * | 2020-05-20 | 2023-09-29 | 东南大学 | 一种基于数字编码液晶THz超表面天线及其波束重构方法 |
| CN112490672B (zh) * | 2020-10-30 | 2024-04-19 | 南京邮电大学 | 一种基于微波液晶衬底的电调谐天线 |
-
2021
- 2021-11-23 CN CN202180103486.XA patent/CN118140355A/zh active Pending
- 2021-11-23 WO PCT/CN2021/132575 patent/WO2023092306A1/zh active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023092306A1 (zh) | 2023-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kurvinen et al. | Co-designed mm-wave and LTE handset antennas | |
| KR102103969B1 (ko) | 밀리미터파 레인징 능력들을 갖는 전자 디바이스들 | |
| EP3780266B1 (en) | Mobile terminal | |
| US20150200452A1 (en) | Planar beam steerable lens antenna system using non-uniform feed array | |
| US20220352635A1 (en) | Electronic Devices Having Folded Antenna Modules | |
| US12066860B2 (en) | Wearable accessory with phased array antenna system | |
| CN105490018A (zh) | 一种贴片天线 | |
| US11984661B2 (en) | Electronic devices having millimeter wave and ultra-wideband antenna modules | |
| Juárez et al. | An innovative way of using coherently radiating periodic structures for phased arrays with reduced number of phase shifters | |
| Wang | Wideband wide-scan millimeter-wave phased arrays for enhanced security/privacy and performance in 5G mobile wireless | |
| US20220094040A1 (en) | Antenna and electronic device comprising the same | |
| KR20230084051A (ko) | 틸팅된 안테나 어레이들을 갖는 전자 디바이스들 | |
| CN110277642B (zh) | 移动终端 | |
| CN118120114A (zh) | 天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 | |
| CN111224222A (zh) | 电子设备 | |
| Xie et al. | A compact channel patch antenna with reconfigurable circularly polarized pattern for mobile satellite communications | |
| CN114374077A (zh) | 电子设备 | |
| CN118140355A (zh) | 天线单元、阵列、波束扫描方法、通信装置和存储介质 | |
| CN111725617B (zh) | 一种天线模组、终端设备和天线模组的制作方法 | |
| US11973257B2 (en) | Wearable accessory with phased array antenna system | |
| US20220155604A1 (en) | Wearable accessory with phased array antenna system | |
| CN114978265A (zh) | 波束赋型的方法及装置、终端及存储介质 | |
| Tatomirescu et al. | Beam-steering array for handheld devices targeting 5G | |
| CN112838362A (zh) | 一种天线结构和终端设备 | |
| Kim et al. | Frequency-selective beamforming array antenna systems with frequency-dependent phase shifters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |