CN102496787A - 集成频域滤波的宽带方向图可重构天线*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，该天线***主要由宽带圆阵列天线，射频开关，宽带可重构带通滤波器，以及控制射频开关和宽带可重构带通滤波器的直流偏压电路组成。该天线可以通过对射频开关和带通滤波器的控制，形成天线***覆盖频率范围内任意频段，任意指向方向的天线方向图。本发明的天线***既能够在频域实现滤波又能在空域实现滤波，并且可自由切换工作频率和方向图指向。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信***天线***的技术领域，特别涉及一种超宽带集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其主要应用于室内及室外的小型无线通信基站，可以满足多个通信频段的切换需要，并且提供具有可连续在空域扫描的具有方向性的阵列方向图。
背景技术
随着移动终端设备的发展，无线通信***工作的频带和体制越来越多，可以预见，未来基站天线将采用可自由调整或切换工作频率及天线方向图的工作方式。例如在同一个基站天线上覆盖GSM，CDMA，WIFI，WLAN等工作频率。由此必然产生对于工作频率选择和方向图指向的要求。目前的技术主要基于窄带的单频，双频，随着无线通信频率的进一步增加，这种可切换的方式将会使天线后端的馈电网络越来越复杂。同时新一代移动通信对空域的利用要求越来越高，单纯的频率切换无法满足空域的自由切换要求。既能够在频域实现滤波又能在空域实现滤波，并且可自由切换工作频率和方向图指向的天线必然是未来移动通信基站天线的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其既能够在频域实现滤波又能在空域实现滤波，并且可自由切换工作频率和方向图指向的天线。
本发明为了达到上述发明目的采用如下技术方案：
一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，该天线***的构成为：一个由多个宽带天线阵元构成的宽带圆阵列天线，该宽带圆阵列天线的直径线两端的每两个宽带天线阵元的馈电端口分别连接一个单刀双掷的射频开关的通断端，该单刀双掷的射频开关公共端连接一个宽带可重构带通滤波器，所有宽带可重构带通滤波器通过一个带有隔离度的功率分配器连接到射频信号的发射和接收端。
其中，所述的宽带天线阵元可以是宽带单极天线，宽带双极天线或者vivaldi天线。
其中，所述的宽带天线阵元可以是双极化阵元，也可以是单极化天线阵元。
其中，所述的宽带可重构带通滤波器可以为直流偏压控制的宽带可重构带通滤波器，也可以是机械调整的宽带可重构带通滤波器。
其中，所述的射频开关可以是直流偏压控制的射频开关，也可以是机械控制的射频开关。
其中，所述的射频开关可以是开关二极管或者微机电开关，也可以是其他通过外加直流电压或电流控制的射频开关。
其中，所述的宽带可重构带通滤波器的通带中心频率改变通过外置偏压直流电路控制可变电容的容值实现。
其中，所述的可变电容，可变电容可以为变容二极管、微机电可变电容或其他形式的可通过电压变化控制电容值的可调电容。
其中，该天线***由可重构带通滤波器控制通带的位置。
其中，该天线***由射频开关控制选定工作的天线阵元。
其中，该天线***通过对宽带可重构带通滤波器的中心频带微调控制选定工作的天线阵元的馈电相位。
本发明的原理如下：
本发明由宽带可重构带通滤波器确定天线的工作频点，设宽带天线阵元的阵元总数为2*N，以圆阵列的圆心为基准点，宽带天线***根据所需要方向图指向，确定与该指向夹角最小的N个天线单元。将射频开关切换到连接这N个天线单元。宽带可重构带通滤波器在通带中心频率略微改变的时候，相对于改变之前对于同一频点会产生相位差。它可替代传统的移相器。调整每个宽带可重构带通滤波器的相位，使得选出的N个天线单元的等相位面与所需要方向图指向垂直，从而形成具有特定方向图指向，特定工作频带的天线阵列方向图。
本发明相对于现有技术的优点在于：
1、该天线***既能够在频域实现滤波又能在空域实现滤波。
2、该天线***的工作频率是可以自由调整的，该天线***的方向图指向也是可以自由调整的。
附图说明
图1是本发明的天线***结构示意图。
图2是本发明宽带可重构带通滤波器S21幅度和相位变化曲线。
图3是本发明的天线***工作状态示意图。
图中，1a为宽带圆阵列天线；1a1-1a8为宽带天线阵元；2a为宽带可重构带通滤波器；2a1-2a4为宽带可重构带通滤波器；3a为射频开关；4a为带有隔离度的功率分配器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图1中所示，1a为宽带圆阵列天线，该宽带圆阵列天线的宽带天线阵元1a1可以是宽带单极天线、宽带双极天线等全方向性天线阵元，也可以是vivaldi天线等具有一定方向性的宽带天线阵元。宽带天线阵元间的间距为0.5～1倍最高频率波长。
本行业技术人员可以理解：当天线间距为0.5～1倍工作波长的时，天线阵元数量越大，整个圆阵列的直径越大，圆阵列天线的增益越高。天线阵元数量可以选择4，6，8，10，12，14，...，2*N。N越大，阵列天线的方向性越好。同时，N越大移相器移相范围也越宽。为了提供更大的移相范围，可重构带通滤波器的带宽比***需要的工作带宽宽得越多。
如图1中所示，3a为射频开关，用于确定工作的宽带天线阵元，在本发明中如果假设总的宽带天线阵元的数目为2*N个，由射频开关选择实际工作的N个宽带天线阵元。选择的依据是所要求天线方向图的指向。根据宽带天线***根据所需要方向图指向，确定与该指向夹角最小的N个天线单元。
在很宽频带内实现方向图电扫描，可以使用宽带移相器。而在目前技术条件下，宽带移相器研制困难，造价高昂。本发明采用可重构带通滤波器代替宽带移相器。如图1中所示，2a为可重构带通滤波器。如图2所示，设所需通带为Δf，可重构带通滤波器在通带中心频率略微改变的时候，相对于改变之前对于同一频点会产生相位差。相位差数值的大小取决于中心频率变化的情况。中心频率变化越大，对于同一频点产生的相位差也越大。利用可重构带通滤波器的这个特性，可以用它替换宽带移相器。这种替换的好处是可以解决宽带移相的问题，并同时实现频域滤波功能，提高***的抗干扰能力。
如图1中所示，4a为带有隔离度的功率分配器，该功率分配器的主要作用是将多个天线阵元的信号合成一路，送往收发送机。
本发明的一个优选实施例：如图1所示的天线***结构示意图。宽带天线阵元1a1可选择单极化或双极化的宽带单极天线、宽带双极天线、vivaldi天线。选用单极化宽带天线阵元时，天线***只能工作于固定极化方向的单极化状态。当选用双极化宽带天线阵元时，天线***可以工作于可变极化方向的单极化状态或圆极化状态。天线阵元的工作的频带可以是1GHz～3GHz。宽带圆阵列天线1a的直径为1～4倍最高频率波长。1a1，1a2，1a3，1a4，1a5，1a6，1a7，1a8为宽带天线阵元。宽带圆阵列天线1a直径越大天线阵列的增益越高，相应的天线阵列的副瓣也越高。射频开关3a选择市面上通用的低损耗射频开关。宽带可重构带通滤波器2a可选用传统的梳状可重构带通滤波器或其他形式的宽带可重构带通滤波器。可调通带的中心频率可以覆盖1GHz～3GHz。带有隔离度的功率分配器4a选用市面常见的宽带隔离度高于15dB的能够覆盖1GHz～3GHz的功率分配器。
如图3所示，假设需要天线***提供一个1.5GHz，指向为d1的天线方向图，***首先根据方向图指向，用射频开关3a选择宽带天线阵元1a4，1a5，1a6，1a7。将宽带可重构带通滤波器2a1，2a2，2a3，2a4的中心频率设置为1.5GHz。微调宽带可重构带通滤波器2a1，2a2，2a3，2a4的中心频率，使得宽带天线阵元1a4，1a5，1a6，1a7的等相位面与指向d1垂直。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
Claims (11)
1.一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：该天线***的构成为：一个由多个宽带天线阵元构成的宽带圆阵列天线，该宽带圆阵列天线的直径线两端的每两个宽带天线阵元的馈电端口分别连接一个单刀双掷的射频开关的通断端，该单刀双掷的射频开关公共端连接一个宽带可重构带通滤波器，所有宽带可重构带通滤波器通过一个带有隔离度的功率分配器连接到射频信号的发射和接收端。
2.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的宽带天线阵元可以是宽带单极天线，宽带双极天线或者vivaldi天线。
3.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的宽带天线阵元可以是双极化阵元，也可以是单极化天线阵元。
4.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的射频开关可以是直流偏压控制的射频开关，也可以是机械控制的射频开关。
5.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的射频开关可以是开关二极管或者微机电开关，也可以是其他通过外加直流电压或电流控制的射频开关。
6.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的宽带可重构带通滤波器可以为直流偏压控制的宽带可重构带通滤波器，也可以是机械调整的宽带可重构带通滤波器。
7.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的宽带可重构带通滤波器的通带中心频率改变通过外置偏压直流电路控制可变电容的容值实现。
8.如权利要求7所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：所述的可变电容，可变电容可以为变容二极管、微机电可变电容或其他形式的可通过电压变化控制电容值的可调电容。
9.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：该天线***由可重构带通滤波器控制通带的频率。
10.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：该天线***由射频开关控制选定工作的天线阵元。
11.如权利要求1所述的一种集成频域滤波的宽带方向图可重构天线***，其特征在于：该天线***通过对宽带可重构带通滤波器的中心频带微调控制选定工作的天线阵元的馈电相位。
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