[發(fā)明專利]一種基于相位分解的液晶陣列天線波束成型與自適應(yīng)控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010417188.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113690616A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京道古視界科技有限公司
• 主分類號(hào): H01Q3/26
• 分類號(hào): H01Q3/26
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及通信及算法領(lǐng)域，具體為一種基于相位分解的液晶陣列天線波束成型與自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟，S1、給定所期望的陣列天線的輻射方向圖函數(shù)；S2、通過(guò)對(duì)給定方向圖函數(shù)進(jìn)行逼近，確定每一陣元的饋電權(quán)重矢量；S3、對(duì)每一個(gè)在陣列平面上進(jìn)行相位分解，確定某一波束指向所對(duì)應(yīng)的相位分解陣元分布；S4、通過(guò)天線的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相位分解陣元中液晶偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的陣列分布進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所期望的陣列天線輻射方向圖。本發(fā)明形成針對(duì)液晶陣列天線和其它超材料陣列天線波束合成與指向控制的一種普遍方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信及算法領(lǐng)域，具體為一種基于相位分解的液晶陣列天線波束成型與自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)相控陣天線采用衰減器加移相器的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)天線單元的輻射場(chǎng)的幅度和相位進(jìn)行控制。首先由每一個(gè)輻射單元形成二維或三位的陣列結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)波束指向要求確定每一個(gè)天線單元所對(duì)應(yīng)的饋電權(quán)重復(fù)矢量，通過(guò)給每一個(gè)輻射單元連接一個(gè)衰減器和一個(gè)移相器，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)陣元的饋電權(quán)重，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)陣列天線的數(shù)字波束成型與指向掃描。

包括液晶陣列天線在內(nèi)的超材料陣列天線可以不通過(guò)衰減器和移相器實(shí)現(xiàn)陣列天線的數(shù)字波束成型和指向控制。這可以在很大程度上降低天線的制造成本。同時(shí)，由于不采用衰減器和移相器，使得包括液晶陣列天線在內(nèi)的超材料陣列天線具有更低的剖面，更小的體積以及更輕的重量。從而，使其在衛(wèi)星通訊、物聯(lián)網(wǎng)及車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、以及5G毫米波通信領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

在液晶陣列天線中，對(duì)于某一波束指向所對(duì)應(yīng)的陣元的饋電權(quán)重復(fù)矢量，可以通過(guò)對(duì)每一個(gè)饋電權(quán)重復(fù)矢量進(jìn)行相位分解，將其分解在兩個(gè)或多個(gè)具有一定相位差的液晶單元上，并通過(guò)外加電場(chǎng)使每一個(gè)輻射單元中的液晶的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行幅度，通過(guò)相位分解單元之間的光程差實(shí)現(xiàn)相位控制，從而實(shí)現(xiàn)饋電權(quán)重復(fù)矢量在液晶陣列上的編碼。對(duì)于每一個(gè)指向的波束，在液晶陣列中重復(fù)一次對(duì)饋電權(quán)重復(fù)矢量的編碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶陣列天線的指向控制。

基于以上背景，本發(fā)明通過(guò)外加電場(chǎng)與極化液晶偶極矩之間產(chǎn)生和的力矩，對(duì)液晶陣列天線中，每一個(gè)輻射單元中的液晶的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)輻射單元中，電磁場(chǎng)幅度的調(diào)控，通過(guò)相位分解單元之間的光程差實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)液晶單元的相位控制，并在這種調(diào)控方法的基礎(chǔ)上，給出了液晶陣列天線的數(shù)字波束成型和指自適應(yīng)向控制的算法。

本發(fā)明的目的在于提供一種基于相位分解的液晶陣列天線波束成型與自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟：

S1、給定所期望的陣列天線的輻射方向圖函數(shù)；

S2、通過(guò)對(duì)給定方向圖函數(shù)進(jìn)行逼近，確定每一陣元的饋電權(quán)重矢量；

S3、對(duì)每一個(gè)在陣列平面上進(jìn)行相位分解，確定某一波束指向所對(duì)應(yīng)的相位分解陣元分布；

S4、通過(guò)天線的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相位分解陣元中液晶偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的陣列分布進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所期望的陣列天線輻射方向圖。

可選的，步驟S3中對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相位分解單元中陣元輻射場(chǎng)Eij在x軸和y軸上的分量的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)相位分解陣元中的液晶的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

可選的，液晶的偏轉(zhuǎn)程度調(diào)節(jié)包括如下內(nèi)容，外加電場(chǎng)并控制其大小變化，極化液晶材料中液晶分子產(chǎn)生不同程度的偏轉(zhuǎn)。

可選的，步驟S4包括如下內(nèi)容，通過(guò)給每一個(gè)相位分解陣元加載電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相位分解陣元中液晶偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的陣列分布，從而確定每一個(gè)所對(duì)應(yīng)的幅度在兩個(gè)分解單元上的數(shù)值；通過(guò)相位分解陣元上的輻射場(chǎng)在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的疊加，實(shí)現(xiàn)所期望的陣列天線輻射方向圖。

可選的，步驟S4中，當(dāng)陣列天線的波束指向發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)天線的控制系統(tǒng)刷新這一陣列天線中相應(yīng)的輻射單元上的控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)波束指向的切換，達(dá)到陣列天線方向圖的再現(xiàn)。