[發明專利]基于MEMS開關矩陣的可重構重疊子陣天線

有效

• 申請號: 201911313050.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110957579B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 季帥;王敬東;關煬;王軼
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q3/24;H01Q21/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種基于MEMS開關矩陣的可重構重疊子陣天線，天線陣列中的每個天線單元與一個1分2功分器相連，天線單元的輸出與MEMS開關網絡相連，MEMS開關為單刀N擲開關，MEMS開關數量與天線單元數量相等，MEMS開關的狀態數N決定可重構重疊子陣的狀態數，MEMS開關網絡的輸出與子陣波束形成網絡層相連，實現不同重疊子陣多波束。本發明實現模擬多波束形成，采用子陣模擬波束形成網絡實現了陣面的波束形成功能，相對于數字波束形成，減少了數字器件的使用，降低了系統的成本和功耗，重疊子陣的使用可以降低由于子陣劃分而引入的柵瓣影響，具備低成本、高集成度的特征。

技術領域

本發明涉及天線領域，尤其是一種可重構重疊子陣天線，主要應用于大型低成本相控陣的可重構設計。

背景技術

在很多情況下，單個天線單元的功能受到增益等性能的限制，都達不到系統的要求。采用陣列天線可以提高單個天線的增益,且輻射方向圖靈活可控。因此，在軍事領域及民用通信中經常使用陣列天線。而傳統陣列天線的低副瓣筆形波束已經不能適應復雜多樣的應用場合的需要，具有特定賦形波束的陣列天線獲得了越來越廣泛地關注。為了滿足接收天線的高增益、低雜波等條件，大量的科研工作者已經對大型口徑天線和由拋物面天線組成的大型陣列天線進行了廣泛而深入地研究。但是這類天線的缺點比較明顯，主要體現在實現成本高和系統維護比較困難兩個方面。針對這一問題,最近有學者提出，可以嘗試采用成本較低的微帶貼片形式的天線單元來組成大型陣列。但是由于陣列結構過于龐大，若直接采用傳統方法對天線各個單元獨立饋電，則饋電網絡實現難度較，于是又引入了子陣分割的思想。采用子陣，減少了控制元件和接收前端的通道數，簡化系統設計的同時，提高了系統的可靠性。

對于多波束系統，波束的柵瓣抑制效果不理想，波束的增益損失會增大。采用重疊子陣可以減小子陣的間距，有利于柵瓣抑制，同時，掃描范圍不會因子陣的大小而受到影響。重疊子陣是指相鄰子陣有共用的天線單元,即有重疊。多波束天線做饋源時,天線單元數目較少,可以用波束形成網絡進行饋電。如果能將平頂方向圖合成技術應用于大型重疊子陣當中,不僅可以有效抑制柵瓣,而且陣列數會相對減少。

上海諾基亞貝爾股份有限公司所提交的名為《基于重疊子陣列(OSA)的波束賦形方法和設備》的專利(專利號為：201611082379.0)利用了基站和UE側的發射-接收協作波束賦形以實現大的陣列增益，其設計初衷在于通過集成化的多模擬波束形成網絡設計，完成不同波束指向的控制，進而減少有源相控陣原有的多通道移相器，故該方法所涉及的重疊子陣設計，并不能完成子陣級的柵瓣抑制。

現階段的重疊子陣設計，大多采用模擬波束形成的方式實現陣面波束合成，其多波束饋電網絡實現功能單一，無法實現陣面的可重構設計，亟需新的網絡設計方法實現陣面多波束饋電網絡的可重構功能。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于MEMS開關矩陣的可重構重疊子陣天線，主要應用于大型低成本相控陣的可重構設計。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于MEMS開關矩陣的可重構重疊子陣天線包括天線陣列、功分饋電網絡、MEMS開關網絡和子陣波束形成網絡層；

天線陣列中的每個天線單元與一個1分2功分器相連，天線單元的輸出與MEMS開關網絡相連，MEMS開關為單刀N擲開關，MEMS開關數量與天線單元數量相等，MEMS開關的狀態數N決定可重構重疊子陣的狀態數，MEMS開關網絡的輸出與子陣波束形成網絡層相連，實現不同重疊子陣多波束。