[發明專利]一種基于法拉第旋轉的單通道波束掃描裝置及方法

有效

• 申請號: 202011239088.4
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112421240B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 鄭斌;曾卓;劉明凱;趙海峰;楊明生
• 申請（專利權）人: 重慶兩江衛星移動通信有限公司
• 主分類號: H01Q15/24
• 分類號: H01Q15/24;H01Q21/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種基于法拉第旋轉的單通道波束掃描裝置及方法，包括依次連接的基帶處理模塊、單射頻通道、有源饋電網絡和天線陣列；基帶處理模塊：實現基帶信息的調制和解調處理，將處理后的基帶信息通過單射頻通道傳出；單射頻通道：將基帶處理模塊傳入的基帶信息傳輸至有源饋電網絡；有源饋電網絡：包括法拉第極化旋轉器，接收單射頻通道傳入的基帶信息，對基帶信息進行功率分配后傳出至天線陣列中的天線單元；天線陣列：包括多個天線單元，各天線單元分別接收有源饋電網絡中法拉第旋轉器傳入的基帶信息。本發明可以在陣列波束掃描方案和單天線波束掃描方案中進行選擇；因此本發明同時具備多天線陣列掃描和單天線掃描方案的優點。

技術領域

本發明涉及無線通信技術，具體涉及一種基于法拉第旋轉的單通道波束掃描裝置及方法。

背景技術

近年來毫米波在5G和衛星通信領域中的應用越來越廣泛，但為了彌補高頻傳輸路徑的傳輸損耗較高，通常采用高增益天線以實現遠距離無線通信。常見的高增益天線，天線波束較窄，需要使用Beam Forming技術進行用戶對準與跟蹤。

Beam Forming技術的實現方式分為電掃描和機械掃描兩大類；

機械掃描是一類通過機械轉動天線，來改變波束掃描方向的技術。雖然機械掃描的掃描范圍大，但是掃描速度慢，可靠性不高。

電掃描是一類通過改變天線表面陣發出波束的合成方式，來改變波束掃描方向的技術。目前使用的電子掃描方式包括改變頻率或者是改變幅度相位的方式，實現合成的波束方向掃描。電掃描技術成熟、性能優異，主要在軍工產品上應用。但由于通道數量龐大、成本高昂、功耗過大等問題，在實際應用中受到極大限制，在商業產品上難以大規模應用。以5G基站產品為例，采用電掃描技術帶來的設備尺寸和功耗成倍增長問題，已成為當前阻礙5G大規模化的關鍵問題。

發明內容

為解決電掃描技術帶來的設備尺寸和功耗成倍增長問題，本發明提供了一種基于法拉第旋轉的單通道波束掃描裝置及方法。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于法拉第旋轉的單通道波束掃描裝置，包括依次連接的基帶處理模塊、單射頻通道、有源饋電網絡和天線陣列；其中，

基帶處理模塊：實現基帶信息的調制和解調處理，將處理后的基帶信息通過單射頻通道傳出；

單射頻通道：將基帶處理模塊傳入的基帶信息傳輸至有源饋電網絡；

有源饋電網絡：包括至少一個法拉第極化旋轉器，接收單射頻通道傳入的基帶信息，對基帶信息進行功率分配后傳出至天線陣列中的天線單元；

天線陣列：包括多個天線單元，各天線單元分別接收有源饋電網絡中法拉第旋轉器傳入的基帶信息，實現波束掃描。

法拉第極化旋轉器的信號極化方向可以分為垂直和水平兩個矢量，極化器的輸出端口為垂直和水平端口。極化方向0°時，信號能量全部通過水平端口輸出；極化方向90°時，信號能量全部通過垂直端口輸出；極化方向為0-90°之間時，信號垂直和水平的兩個端口都有能量輸出，兩個端口的能量分配比例，由實際極化方向度數控制。

在上述方案的基礎上，進一步地有：

所述法拉第極化旋轉器為鐵氧體法拉第極化旋轉器。

一個線性極化波在縱向磁化的鐵氧體介質中傳播時，鐵氧體介質可以把它分解成右旋、左旋兩個圓極化波，這兩個極化波具有不同的傳播速度，在傳輸一段距離后，兩個圓極化波合成的線性極化波場矢量旋轉一下角度?？刂畦F氧體磁路中電流大小，鐵氧體材料外部磁場改變，可以實現線性極化波的極化方向改變。

在上述方案的基礎上，進一步地有：

基帶處理模塊與有源饋電網絡電連接，基帶處理模塊傳輸控制信號到有源饋電網絡，實行波束掃描控制。