应用有源相控阵原理的短波段通信系统以及短波通信方法

摘要

一种应用有源相控阵原理的短波段通信系统，包括：发射机，发射机包括有多台；与发射机连接的波束指向控制器；与发射机连接的相位控制器；与相位控制器连接的频率合成器；以及具有逻辑控制功能的自适应控制器。本发明还提供了一种短波通信方法，创建数据库；创建与方位角信息相关的通信短波的移相角度信息；利用自适应控制器、频率合成器、波束指向控制器、相位控制器控制发射机的工作状态。本发明利用多台同频工作的发射机接入同向矩阵天线，利用改变不同发射机频率相位的原理，引起合成电波主向在水平方向和垂直方向的改变，从而找出地球表面两点间或多点间在不同地域、不同季节、不同时段的最佳工作频率，来实现不间断的稳定无线通讯。

说明书

技术领域

本发明涉及短波通信技术领域，更具体地说，特别涉及一种应用 有源相控阵原理的短波段通信系统以及一种短波通信方法。

背景技术

在没有用卫星实现远距离无线通讯之前，地球上的远距离无线通 讯大部分是利用无线电波中的短波段(大约1.8---30MHz)来完成的。 而短波段的远距离电波传播是依靠电波在电离层与地面之间的不断反 射来实现的。由于天空中的电离层特性(有无、离地面高度、电离层 厚度、对不同频率的穿透性能等)是随着太阳的升起和降落而变化的， 也由于地球表面的千差万别(高山、平原、海水、淡水、冰面、雪面、 高温、低温等)会呈现出对短波段电波不同的反射特性，造成了短波 远距离无线通讯存在不稳定性。

为了解决上述问题，现有技术对此作出了改进，其改进方面主要 有：

1、加大发射功率。采用加大发射功率的方法存在设备重、耗电多、 移动不便等问题；

2、选用增益大、效率高的天线。该方法的实现需要满足全波段发 射，这样就存在不管使用哪种天线类型，天线的物理尺寸都很大，也 不便移动使用；

3、采用短波基站。虽然短波基站具有很多种类，但短波转动天线 转动部分结构复杂，价格昂贵。

发明内容

(一)技术方案

本发明提供了一种应用有源相控阵原理的短波段通信系统，包括：

用于发射通信短波的发射机，所述发射机包括有多台，全部的所 述发射机的工作频率相同；

用于控制所述发射机工作指向的波束指向控制器，所述波束指向 控制器与所述发射机信号连接；

用于控制所述发射机短波相位的相位控制器，所述相位控制器与 所述发射机信号连接；

用于控制所述发射机之间发射的短波信号合成的频率合成器，所 述频率合成器与所述相位控制器信号连接；

具有逻辑控制功能的自适应控制器，所述自适应控制器能够接收 由所述发射机发出的控制反馈信号，所述自适应控制器能够向所述波 束指向控制器、所述相位控制器以及所述频率合成器发出控制指令， 所述自适应控制器与所述发射机、所述波束指向控制器、所述相位控 制器以及所述频率合成器信号连接。

优选地，所述发射机连接宽波段同向水平天线。

优选地，两台所述发射机横向设置构成发射机组；所述发射机组 包括有两组，两组所述发射机组纵向并列设置。

优选地，本发明还包括有储存有控制程序的数据库，所述数据库 与所述自适应控制器信号连接。

本发明还提供了一种短波通信方法，该短波通信方法应用上述的 应用有源相控阵原理的短波段通信硬件系统运行，该短波通信方法的 具体工作流程为：

创建以通讯基站为坐标原点的数据库，于所述数据库中储存有： 波束指向方位角信息、通讯距离信息、建立通讯链路的相关电平值或 通讯质量等级、工作频段或确定频率、通讯的季节、以及通讯时间段 等；

创建与方位角信息相关的通信短波的移相角度信息；

利用自适应控制器、频率合成器、波束指向控制器、相位控制器 控制发射机的工作状态。

(二)有益效果

本发明提供的短波通信方法应用上述的应用有源相控阵原理的短 波段通信系统作为运行硬件，通过上述结构设计，本发明利用多台同 频工作的发射机接入同向矩阵天线，利用改变不同发射机频率相位的 原理，引起合成电波主向在水平方向和垂直方向的改变，从而找出地 球表面两点间或多点间在不同地域、不同季节、不同时段的最佳工作 频率，来实现不间断的稳定无线通讯。

附图说明

图1为本发明实施例中应用有源相控阵原理的短波段通信系统的 方框示意图；

在图1中，部件名称与附图编号的对应关系为：

发射机1、波束指向控制器2、相位控制器3、频率合成器4、

自适应控制器5、数据库6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个 以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、 “头部”、“尾部”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，术语“第一”、“第二”、“第 三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“相连”、“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。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发明中的具体含义。

请参考图1，图1为本发明实施例中应用有源相控阵原理的短波段 通信系统的方框示意图。

本发明提供了一种应用有源相控阵原理的短波段通信系统，包括： 用于发射通信短波的发射机1，发射机1包括有多台，全部的发射机1 的工作频率相同；用于控制发射机1工作指向的波束指向控制器2，波 束指向控制器2与发射机1信号连接；用于控制发射机1短波相位的 相位控制器3，相位控制器3与发射机1信号连接；用于控制发射机1 之间发射的短波信号合成的频率合成器4，频率合成器4与相位控制器 3信号连接；具有逻辑控制功能的自适应控制器5，自适应控制器5能 够接收由发射机1发出的控制反馈信号，自适应控制器5能够向波束 指向控制器2、相位控制器3以及频率合成器4发出控制指令，自适应 控制器5与发射机1、波束指向控制器2、相位控制器3以及频率合成 器4信号连接。

在上述结构设计中，由多台发射机组成基站天线阵列，全部的发 射机1工作频率相同。通过波束指向控制器2控制发射机1的天线指 向方位；利用相位控制器3控制单个发射机1的的短波信号相位；利 用频率合成器4控制发射机1之间发射的短波信号的合成，从而改变 短波信号的振幅。

本发明是利用多台同频工作的发射机1接入同向矩阵天线，利用 改变不同发射机1频率相位的原理，引起合成电波主向在水平方向和 垂直方向的改变，从而找出地球表面两点间或多点间在不同地域、不 同季节、不同时段的最佳工作频率，来实现不间断的稳定无线通讯。

具体地，发射机1连接宽波段同向水平天线。

具体地，两台发射机1横向设置构成发射机组；发射机组包括有 两组，两组发射机组纵向并列设置。

当然，在本发明的其他实施方式中，发射机组还可以设置有四组 或者六组等其他偶数个组合。

本发明还特别提供了储存有控制程序的数据库6，数据库6与自适 应控制器5信号连接。使用数据库6中的控制程序实现该短波段通信 系统的自动控制。

基于上述结构设计，本发明还可以提供远程通信装置，从而实现 基站的远程控制，这种结构设计更适于山区等交通不便的地域使用。 本发明还可以提供温度传感器，利用温度传感器检测环境温度，从而 改变发射机组的工作状态。

本发明还提供了一种基于上述短波段通信硬件系统的短波通信方 法，在该方法中，首先创建以通讯基站为坐标原点的数据库，于数据 库中储存有：波束指向方位角信息、通讯距离信息、建立通讯链路的 相关电平值或通讯质量等级、工作频段或确定频率、通讯的季节、以 及通讯时间段等；然后创建与方位角信息相关的通信短波的移相角度 信息；使用自适应控制器5、频率合成器4、波束指向控制器2、相位 控制器3控制发射机1的工作状态。

本发明主要针对远距离无线通讯的短波基站建设需要，它可以完 成对短波转动天线转动部分的替代。

短波基站设备在与之通讯站点之间建立正式通讯之前，需要进行 “建模”。所谓“建模”就是选出基站与通讯站点之间能够建立通讯链 路的电平值、工作频段、天线电波主向(波束)方位角等数据，并进 行储存，这些储存数据可以在正式通讯完成以后随时进行修正。

本发明的工作流程为：

1.创建以通讯基站为坐标原点的数据库。其数据库中应有的主要 数据有：与不同波束指向(方位角)，不同通讯距离，能够建立起通讯 链路所需要的各种数据，如电平值(或通讯质量等级)、工作频段(或 确定频率)、能够通讯的季节、一天中的时间段等。

2.创建不同指向方位角(水平角度及仰角)时，第一发射机、第 二发射机、第三发射机、第四发射机所需的移相角度。

3.预想基站与尽可能多的与之通讯的站点之间建立通讯链路。

4.要求各站点的接收设备始终处于能够接收数据状态。

5.基站通过自适应控制器5同时向第一发射机、第二发射机、第 三发射机、第四发射机、频率合成器4、波束指向控制器2、相位控制 器3下发任务。

6.对于确定的站点，波束指向方位角已经确定，只需下发仰角变 化时的扫频任务。

7.站点将接收到的信息及数据送给基站的自适应控制器5，经处 理后，将有用的信息及数据存入数据库。

当基站与站点进行正式通讯时，系统会自动选出站点与之链接的 所需基站天线波束方向的方位角。从该方位角所确定的数据库中，会 根据不同气候、季节、时间段等因素所确定的最佳使用频段。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗 漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的 普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明 本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本 发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。