[發明專利]基于1Bit可重構反射陣的單波束設計方法

有效

• 申請號: 202011068436.6
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112216995B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 劉海霞;樂舒瑤;路澤卿;李龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/29
• 分類號: H01Q21/29;H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q3/36
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于1Bit可重構反射陣的單波束設計方法，主要解決1Bit可重構反射陣不能得到理想單波束的問題。其實現方案是，確定可重構反射陣主波束θ掃描范圍；計算掃描范圍中心主波束補償相位，對該補償相位編碼得Bit(i,j)；根據該編碼矩陣選擇(i,j)坐標位置下的金屬輻射單元類型，得到由兩種類型的金屬輻射單元構成的反射陣；計算所需主波束θ的補償相位，對該補償相位進行編碼得到編碼后的矩陣Bit_c(i,j)；根據該矩陣控制反射陣各位置金屬輻射單元的PIN管通斷，實現波束可重構。本發明在不增加成本的前提下能得到理想的單波束，優化了天線性能，可用于L型走廊室內信號補盲及波束掃描。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種單波束設計方法，可用于L型走廊室內信號補盲及波束掃描。

背景技術

隨著現代通信發展，尤其在雷達通信和公共通信網絡中對天線的功能多樣性和自適應能力要求越來越高。可重構反射陣最重要的一個優點就是可以實現波束掃描，并且不像傳統的相控陣要使用復雜的T/R組件，使用一個低損耗的相位轉換器就能實現需要的功能。實現波束掃描的可重構反射陣其中應用最多的是1Bit可重構反射陣。通過控制PIN管來實現單元之間的180°相位差，從而呈現出“0”“1”兩種狀態，繼而將反射陣單元所需補償相位進行量化，從而實現波束掃描。

Hirokazu Kamoda,Toru Iwasaki等人在2011年的文章“60-GHz ElectronicallyReconfigurable Large Reflectarray Using Single-Bit Phase Shifter”中提出一種工作于60GHz的毫米波成像系統的1Bit可重構反射陣天線。該設計原理是通過在微帶貼片末端的相位延遲線上加載PIN管控制通斷，改變單元電長度，從而改變單元反射相位最終實現±25°的波束掃描。然而在使用1Bit編碼時，必然出現對稱的兩個波束，這是1Bit本身固有的。這種兩個對稱波束在應用場景恰好需要兩個波束時是適用的，例如T型走廊。但是，如果該反射陣應用場景僅需要單波束時，多余的波束就成了浪費，并且會使得主波束減少3dB。

薛揚，徐深恒等人在2015年的文章“Design of a 2-bit reconfigurablereflectarray element using two MEMS switches”中提出了一種Ku波段可重構反射陣單元的設計。該設計是在一個單元上加載兩個微機電系統MEMS開關，以實現2Bit相位可重構性。1Bit有“0”“1”兩種狀態，對應相位精度為180°；然而2Bit可以實現“00”“01”“10”“11”四種狀態，對應相位精度為90°。使得相位精度從180°提高到了90°可以得到理想的單波束，但是這樣卻增加了天線的成本和直流偏置電路的復雜度。

綜上所述，目前1Bit可重構反射陣實現單波束掃描存在一種矛盾。1Bit必然會浪費不需要的對稱波束，如果使用2Bit又會增加天線成本。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于1Bit可重構反射陣的單波束設計方法，以在不增加天線成本前提下，得到理想的單波束。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于1Bit可重構反射陣的單波束設計方法，其特征在于，所述1Bit可重構反射陣，由兩種類型的金屬輻射單元構成M×N的1Bit可重構反射陣，M、N均為大于等于2的正整數，這兩種類型的金屬輻射單元均通過相位延遲線加載一個PIN二極管；該第一類金屬輻射單元通過控制PIN管的通斷實現0°和180°相移；第二類金屬輻射單元通過控制PIN管的通斷實現90°和270°相移；

基于所述1Bit可重構反射陣的單波束設計，包括如下步驟：

1)確定可重構反射陣主波束θ掃描范圍為θ_S≤θ≤θ_F，其0≤θ_S＜60,0＜θ_F≤60；