一种可调多极化多波束馈源系统和天线

摘要

一种可调多极化多波束馈源系统及天线，可调多极化多波束馈源系统包括馈源、多个极化调节单元、多条传输线、多个辐射单元和控制单元，多个极化调节单元的一端均与馈源连接，以将多路信号输入馈源。多条传输线分别与多个极化调节单元的另一端一一对应连接，以传输多路信号。多个辐射单元均与传输线连接，控制单元与馈源、传输线和辐射单元连接，用于调节多个极化调节单元的通断状态，以及多个辐射单元的通断状态，以实现馈源系统的多极化可调，满足用户的使用需求。

说明书

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，特别涉及一种可调多极化多波束馈源系统和天线。

背景技术

天线是一种用来接收信号的装置，随着无线通信技术的快速发展，低成本、低功耗波束控制天线成为众多厂家研发的重点。

天线包括波束控制天线，波束控制天线具有传输效率高和旁瓣抑制明显等优势，从而在波束赋形天线领域中使用广泛。

其中,传统由透镜和馈源系统构成的波束控制天线中，透镜只是有规律地实现馈源球面波的相位调整，并不能改变馈源自身的极化方式。在变极化需求越来越多的今天，传统的波束控制天线由于控制相对复杂，且硬件及控制系统过于庞大，也严重限制了波束控制天线的极化方式。

因此，如何解决波束控制天线的多极化可调成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种可调多极化多波束馈源系统和天线，能够解决天线极化调整困难的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种可调多极化多波束馈源系统，可调多极化多波束馈源系统包括馈源、多个极化调节单元、多条传输线、多个辐射单元和控制单元，多个极化调节单元的一端与所述馈源连接，以将多路信号输入所述馈源。多条传输线分别与多个所述极化调节单元的另一端一一对应连接，以用于传输多路信号。多个辐射单元均与所述传输线连接。控制单元与所述馈源、所述传输线和所述辐射单元连接，用于调节所述极化调节单元的通断状态，以及所述辐射单元的通断状态。

进一步地，所述控制单元包括第一控制模块和多个第二控制模块。第一控制模块与所述馈源连接，多个第二控制模块中每个所述第二控制模块与每条所述传输线对应连接。其中，所述第一控制模块和所述第二控制模块共同控制所述极化调节单元的通断状态。

进一步地，第一控制模块包括第一阻抗传输线和第一阻抗射频接地结构。第一阻抗传输线与所述馈源连接，第一阻抗射频接地结构与所述第一阻抗传输线连接，且所述第一阻抗射频接地结构与所述馈源间隔一定距离，所述距离满足条件式：(1/4+n)*W，其中，n表示参数，n＝0,1,2…n+1，W表示电磁波在介质中的波长。

进一步地，第二控制模块包括第二阻抗传输线和第二阻抗射频接地结构。第二阻抗传输线与所述传输线连接，第二阻抗射频接地结构与所述第二阻抗传输线连接，且所述第二阻抗射频接地结构与所述传输线间隔一定距离，n表示参数，n＝0,1,2…n+1，W表示电磁波在介质中的波长，其中，n表示参数，n＝0,1,2…n+1，W表示电磁波在介质中的波长。

进一步地，所述辐射单元包括辐射片和控制开关。辐射片其通过电磁感应元件与所述传输线连接，控制开关一端与所述辐射片连接，所述控制开关的另一端连接有电容。其中，所述控制单元还包括第三控制模块，所述第三控制模块与所述控制开关连接，所述第三控制模块与所述第二控制模块共同控制所述控制开关的通断状态。

进一步地，所述馈源、多个所述极化调节单元和多条所述传输线共同构成放射状结构，所述馈源为所述放射状结构的圆心，多条所述传输线绕所述馈源周向布置，多个所述辐射单元分布在所述传输线的两侧。

进一步地，所述传输线的一侧间隔布置有多个所述辐射单元，所述传输线的另一侧间隔布置有多个所述辐射单元，所述一侧与所述另一侧的所述辐射单元一一对称。

进一步地，所述极化调节单元和所述控制开关为PIN二极管、可变电容二极管、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)和电压控制电容特性或开关特性的液晶全息结构中的一种。

进一步地，所述馈源为圆形、方形或多边形的金属片。

根据本发明的第二个方面,本发明提供了一种天线，包括上述的可调多极化多波束馈源系统，还包括金属层以及铺设于所述金属层表面的介质层，所述可调多极化多波束馈源系统设于所述介质层表面。天线还包括透镜，透镜设置于所述可调多极化多波束馈源系统的波束行进的方向上，用于对所述波束进行整形。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：基于本申请实施例的一种可调多极化多波束馈源系统，可调多极化多波束馈源系统包括馈源、多个极化调节单元、多条传输线、多个辐射单元和控制单元，多个极化调节单元的一端与所述馈源连接，以将多路信号输入所述馈源。多条传输线分别与多个所述极化调节单元的另一端一一对应连接，以用于传输多路信号。多个辐射单元均与所述传输线连接。控制单元与所述馈源、所述传输线和所述辐射单元连接，用于调节所述极化调节单元的通断状态，以及所述辐射单元的通断状态，以实现馈源系统的多极化可调，以满足用户的使用需求。

附图说明

图1是本发明提供的可调多极化多波束馈源系统的结构图；

图2是本发明提供的可调多极化多波束馈源系统的结构图的部分放大示意图；

图3是本发明提供的天线的结构图。

附图标记：

100-可调多极化多波束馈源系统、110-馈源、120-极化调节单元、130-传输线、140-辐射单元、141-辐射片、142-电磁感应元件、143-控制开关、144-电容、150-第一控制模块、151-第一阻抗传输线、152-第一阻抗射频接地结构、160-第二控制模块、161-第二阻抗传输线、162-第二阻抗射频接地结构、170-第三控制模块、200-金属层、300-介质层、400-透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

在一实施例中，如图1-2所示，本发明提供了一种可调多极化多波束馈源系统100，可调多极化多波束馈源系统100包括馈源110、多个极化调节单元120、多条传输线130、多个辐射单元140和控制单元，多个极化调节单元120的一端均与馈源110连接，以将多信号输入馈源110。多条传输线130分别与多个极化调节单元120的另一端一一对应连接，以用于传输多路信号，多路信号可以理解为，由多个不同路传输线130传送的信号。多个辐射单元140均与传输线130连接，需要注意的是，每一条传输线130均可以设置多个数量的辐射单元140。控制单元与馈源110、传输线130和辐射单元140连接，用于调节极化调节单元120的通断状态，以及辐射单元140的通断状态，辐射单元140用于向空间发射电磁波束。

本申请实施例中，馈源110和传输线130通过极化调节件120连接，控制单元通过控制极化调节件120的通断状态选取信号源进入的某一路或多路传输线130，以实现馈源系统的多极化可调，满足用户的使用需求。

控制单元可以包括第一控制模块150和多个第二控制模块160。第一控制模块150与馈源110连接，多个第二控制模块160中每个第二控制模块160与每条传输线130对应连接。其中，第一控制模块150和第二控制模块160共同控制极化调节单元120的通断状态。

本申请实施例中，通过第三控制模块170与第二控制模块160共同控制极化调节件120的通断状态，以选取位于馈源110周围特定方向上的辐射单元140，可实现馈源系统的辐射的极化选择。

进一步，第一控制模块150包括第一阻抗传输线151和第一阻抗射频接地结构152。第一阻抗传输线151与馈源110连接，第一阻抗射频接地结构152与第一阻抗传输线151连接，且第一阻抗射频接地结构152与馈源110间隔一定距离，距离满足条件式：(1/4+n)*W。其中，n表示参数，n＝0,1,2…n+1，W表示电磁波在介质中的波长。

同样，第二控制模块160包括第二阻抗传输线161和第二阻抗射频接地结构162。第二阻抗传输线161与传输线130连接，第二阻抗射频接地结构162与第二阻抗传输线161连接，且第二阻抗射频接地结构162与传输线130间隔一定距离，距离满足条件式：(1/4+n)*W(n＝0,1,2…)。其中，距离满足条件式：(1/4+n)*介质波长(n＝0,1,2…)。

在一些实施例中，极化调节单元120的数量、传输线130和第二控制模块的数量均可以为8个，一个第一控制模块150和8个第二控制模块160共同构成8个极化控制电路，8个极化控制电路与8个极化调节单元120一一对应，每个极化控制电路均可以对与其对应的极化调节单元120进行状态控制，状态包括导通和断开。当极化调节单元120处于导通状态时，信号可由传输线130传送至与该传输线130对应的一个或多个辐射单元140中，以使得辐射单元140产生极化现象，而当极化调节单元120处于通断状态时，信号则无法通过传输线130输送至辐射单元140，辐射单元140不产生极化现象。

其中，控制单元可对8个极化控制电路分别进行控制，即控制单元可选择性控制8个极化控制电路中的一个或多个极化控制电路，以改变不同传输线130的通断状态，实现馈源系统的多极化可调功能。

辐射单元140包括辐射片141和控制开关143。辐射片141其可以通过电磁感应元件142与传输线130连接，电磁感应元件142包括但不限于可以为高频电感。控制开关143一端与辐射片141连接，控制开关143的另一端可以连接有电容144，以进行接地连接,电容144包括但不限于可以为接地电容，其具体可以为射频的插指电容。

本实施例中，通过在控制开关143的一端连接有电容144，可有效滤除杂波，保证馈源系统的使用品质，而未选通的控制开关143处于接地状态，进而有效避免传输线130辐射，提升传输线130的传输效率。而在传输线130与辐射片141之间放置电磁感应元件142，可以起到隔离高频直通直流的作用，保证馈源系统的正常工作。

其中，为了实现馈源系统的多波束可调功能，控制单元还包括第三控制模块170，第三控制模块170与控制开关143连接，第三控制模块170与第二控制模块160共同控制控制开关143的通断状态。

同样，第一控制模块150、第二控制模块160和第三控制模块170包括但不限于可以为偏压线。

本申请实施例中，第三控制模块170与第二控制模块160共同控制控制开关143的通断状态，以实现馈源系统的多波束可调功能，从而提升馈源系统的使用灵活性，满足用户的特殊化需求。

在另一些实施例中，多个数量的辐射单元140包括多个数量的控制开关143，第三控制模块170的数量为多个，多个数量的第三控制模块170与多个数量的控制开关143一一对应连接。

一个第二控制模块160和多个第三控制模块170共同构成多个波束控制电路，多个波束控制电路与多个控制开关143一一对应，每个波束控制电路均可以对与其对应的控制开关143进行状态控制，状态包括导通和断开。当控制开关143处于导通状态时，由传输线130输送的信号可由控制开关143传送至与该控制开关143对应的辐射片141中，以使得辐射片141发生极化作用，并产生电磁波束。而当控制开关143处于通断状态时，信号则无法通过控制开关143输送至辐射片141，辐射片141不产生电磁波束。

其中，控制单元可对多个波束控制电路分别进行控制，即控制单元可选择性控制多个波束控制电路中的一个或多个波束控制电路，以改变不同控制开关143的通断状态，实现馈源系统的多波束可调功能。

一些实施例中，馈源110、多个极化调节单元120和多个传输线130共同构成放射状结构，馈源110为放射状结构的圆心，多个传输线130绕馈源110周向布置，多个极化调节单元120包括但不限于可以等角度布置于馈源110的周向，即多个极化调节单元120中，相邻两个极化调节单元120的夹角相同。

多个辐射单元140分布在传输线130的两侧。需要注意的是，呈放射状仅仅是本申请实施例示意出的馈源系统的一种可行实施例，馈源系统的形状包括但不限于放射状一种。

为了提高馈源系统的有效辐射带宽，传输线130的一侧间隔布置有多个辐射单元140，且多个辐射单元140沿传输线130的长度方向包括但不限于等间距布置。传输线130的另一侧间隔布置有多个辐射单元140，且多个辐射单元140沿传输线130的长度方向包括但不限于等间距布置。其中，传输线130一侧与传输线130另一侧的辐射单元140一一对称。

本申请实施例中，成对的辐射片141可有效拓展馈源系统的辐射带宽，且通过第三控制模块170与第二控制模块160共同控制控制开关143的通断状态，以选取位于馈源110周围特定方向上的辐射片141可实现天线辐射的极化选择，通过选取某一传输线130两侧不同位置的一对或多对辐射片141可实现辐射源位置及点源和线源的选取。

进一步，极化调节单元120和控制开关143可以包括但不限于为PIN二极管、可变电容二极管、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)和电压控制电容特性或开关特性的液晶全息结构中的一种。且馈源110包括但不限于可以为圆形、方形或多边形的金属片。

当馈源110为圆形金属片时，极化调节单元120包括但不限于可以呈条形，极化调节单元120的延伸方向与馈源110的径向平行，且传输线130的长度方向与馈源110的径向平行。

根据本发明的第二个方面,本发明提供了一种天线，如图3所示，天线包括上述任一项的可调多极化多波束馈源系统100，还包括金属层200以及铺设于金属层200表面的介质层300，可调多极化多波束馈源系统100设于介质层300表面。天线还包括透镜400，透镜400设置于可调多极化多波束馈源系统100的波束行进的方向上，用于对波束进行整形。

图中，实线和虚线均代表由馈源系统辐射的电磁波束，且图中示意出了电磁波束的传播方向，及经过透镜后的传播方向，其中，具体示意出了位于介质层上的三个辐射单元140，且三个辐射单元140中，两个辐射单元140通过控制单元的控制进行电磁波束的生成。

基于本申请实施例的天线，具有多极化可调和多波束可调的功能，可满足用户的使用需求。

进一步，介质层300的设置有所述电容144的表面形成有多个数量的接地孔，每个电容144配置为通过一个接地孔进行接地连接。且多个数量的接地孔沿传输线130的长度方向布置，其排列方式包括但不限于等间距排列。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。