簡單2d相模使能的波束轉(zhuǎn)向構(gòu)件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請案交叉申請
[0002] 本發(fā)明要求2013年3月12日遞交的發(fā)明名稱為"簡單2D相模輔助的波束轉(zhuǎn)向 構(gòu)件（Simple2DPhase-ModeAssistedBeam-SteeringMeans)"的第 61/778, 097 號美國 臨時專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，且要求2013年4月25日遞交的發(fā)明名稱為"簡單2D 相模使能的波束轉(zhuǎn)向構(gòu)件（Simple2DPhase-ModeEnabledBeam-SteeringMeans)" 的第 13/870, 309號美國專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，所述在先申請的內(nèi)容如同全文復制一樣 以引入的方式并入本文本中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及天線和電磁輻射改性，以及在特定實施例中，涉及用于使通過天線實 現(xiàn)的輻射方向圖主瓣的方向轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 波束轉(zhuǎn)向是輻射方向圖的主瓣的角度定位。這允許有利于所希望的信號與在天線 的遠場中的點狀源的較大區(qū)別，以用于感測或信息發(fā)送和接收。當需要使平面陣列天線的 波束在圍繞陣列軸線（所述陣列軸線垂直于陣列的平面）的2維的有限范圍上轉(zhuǎn)向時，變 得難以如在常規(guī)方法中將設計的使每個單元都適合可變移相器或收發(fā)器模塊（TR)以及將 所述單元、可變移相器或收發(fā)器模塊都并入到饋送結(jié)構(gòu)中。在所涉及的波長較小時尤其如 此，因為陣列單元和間距按波長的比例決定（一定是大約一半波長），而饋線和移相器占據(jù) 另外的空間且不完全按波長的比例決定（尤其是TR)。在任何情況下，移相器和TR對于短 波長（例如，毫米波）變得非常昂貴，因此希望使用盡可能少的移相器和TR來實現(xiàn)必需的 波束控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)實施例，一種用于波束轉(zhuǎn)向的裝置包含：第一混合分路器/合路器，其連接到 天線單元的陣列的0階相模饋送；第二混合分路器/合路器，其中所述第二分路器/合路器 的輸出包括主輸出波束；第一對可變移相器，其將第一混合分路器/合路器連接到第二混 合分路器/合路器，其中所述第一對可變移相器通過調(diào)整所述可變移相器的對應的相位來 控制主輸出波束徑向相對于陣列軸線的轉(zhuǎn)向方向，其中所述對應的相位量值相等且符號相 反，并且其中所述陣列軸線垂直于陣列的平面；以及第三可變移相器，其將單元的陣列的1 階相模饋送連接到第一混合分路器/合路器的輸入，其中第三可變移相器用于獨立地控制 主輸出波束在周向相對于陣列軸線的方向上的方向。
[0006] 根據(jù)另一實施例，一種用于輻射束轉(zhuǎn)向的接收和/或發(fā)射系統(tǒng)包含：第一端口，其 連接到福射傳感器單元的陣列的0階相模饋送；第二端口，其連接到所述陣列的+1階相模 饋送；第一對可變移相器，其包括第一可變移相器和第二可變移相器；第三可變移相器，其 連接到第二端口；第一等幅混合分路器/合路器，其連接到第一對可變移相器、連接到第三 可變移相器、且連接到第一端口；以及第二等幅混合分路器/合路器，其連接到第一對可變 移相器，其中第三可變移相器用于獨立地控制主輸出波束在周向相對于陣列軸線的方向上 的方向，并且其中第一對可變移相器用于以相等的量值和相反的符號被控制，從而實現(xiàn)輻 射束在圍繞垂直于陣列平面的軸線的徑向方向上的轉(zhuǎn)向。
[0007] 根據(jù)又另一個實施例，一種用于波束轉(zhuǎn)向的裝置包含：第一混合分路器/合路器， 其連接到天線單元的陣列的0階相模饋送；第二混合分路器/合路器，其中所述第二分路器 /合路器的輸出包括所得陣列波束；第一對可變移相器，其將第一混合分路器/合路器連接 到第二混合分路器/合路器，其中所述第一對可變移相器通過調(diào)整所述可變移相器的對應 的相位來控制主輸出波束徑向相對于陣列軸線的轉(zhuǎn)向方向，其中所述對應的相位量值相等 且符號相反，并且其中陣列軸線垂直于陣列的平面；第二對可變移相器，其中所述第二對可 變移相器中的第一者連接到天線的陣列的+1階相模饋送，且所述第二對可變移相器中的 第二者連接到天線的陣列的-1階相模饋送；以及第三混合分路器/合路器，其連接到第二 對可變移相器且連接到第一混合分路器/合路器，其中第二對可變移相器用于以相等的量 值和相反的符號來調(diào)整其對應的相位，其中第二對可變移相器可獨立于第一對可變移相器 被控制，并且其中第二對可變移相器控制對主輸出波束在相對于陣列軸線的周向方向上的 轉(zhuǎn)向的掃描。
【附圖說明】
[0008] 為了更加完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進行的以下描述，所述 附圖圖示具體實施例但并不將本發(fā)明的范圍限制到具體實施例，其中：
[0009] 圖1是圖示16單元、間隔A/2的圓環(huán)陣列的0階相模Ptl的遠場圖的曲線圖；
[0010] 圖2是圖示16單元、間隔A/2的圓環(huán)陣列的-1階相模P_i的遠場圖的曲線圖；
[0011] 圖3是圖示16單元、間隔A/2的圓環(huán)陣列的1階相模P1的遠場圖的曲線圖；
[0012] 圖4圖示具有通過設定相移9控制的變比合路器的實施例波束轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)，其中 相移0施加到輸入B;
[0013] 圖5圖示在來自圖4的波束轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的主（M)輸出C處的所得經(jīng)轉(zhuǎn)向波束遠場 輻射圖的實例的繪圖；
[0014] 圖6圖示使用一階相模PdPP_i兩者的所得經(jīng)轉(zhuǎn)向波束遠場輻射圖的實例的繪圖； 以及
[0015] 圖7圖示所公開的波束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實施例。
【具體實施方式】
[0016] 下文將詳細論述當前優(yōu)選實施例的制作和使用。然而，應了解，本發(fā)明提供可在各 種具體上下文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實施例僅僅說明用以實施和 使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0017] 本文中所公開的是2維（2D)相模波束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其使用固定數(shù)目的可變移相器和 混合分路器/合路器來實現(xiàn)任意數(shù)目的天線單元的圓形或多邊形環(huán)陣列的電磁（EM)輻射 束的2D轉(zhuǎn)向。以天線環(huán)陣列的饋送結(jié)構(gòu)實施固定數(shù)目的相模。不同的相?？梢愿髯允褂锰?線的單獨的同心環(huán)陣列，或它們可以將天線的公共的環(huán)陣列用于任何或所有相模?？勺円?相器的數(shù)目和混合分路器/合路器的數(shù)目與所使用的天線單元的數(shù)目無關(guān)。所公開的2D相 模波束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和裝置可以連接到相模饋送網(wǎng)絡。關(guān)于相模饋送網(wǎng)絡以及關(guān)于混合分路器 /合路器的其它信息可以在戴維斯，D.E.N. (Davies,D.E.N.)和里茨克，M.S.A.S. (Rizk，M. S.A.S.)在1977年10月27日的電子快報（ElectronicsLetters)的第13卷、第22期、 第669到670頁上發(fā)表的"圓形陣列的多個零點的電子轉(zhuǎn)向（ElectronicSteeringof MultipleNullsforCircularArrays)"中發(fā)現(xiàn)，所述發(fā)表內(nèi)容以全文引入的方式并入本 文本中。
[0018] 在實施例中，所公開的2D相模波束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用僅4個（或任選地3個）可變移 相器和僅3個（或任選地2個）混合分路器/合路器來實現(xiàn)任何數(shù)目的天線單元的圓環(huán)陣 列的波束的2維轉(zhuǎn)向。僅需要以圓環(huán)陣列的饋送結(jié)構(gòu)實施3個（或任選地2個）相模。所 述相?？梢愿髯詫为毜耐沫h(huán)陣列或公共陣列用于任何或所有相模。〇階相模還可以使 用填滿的平面多邊形陣列，且+1階和-1階相?？梢允褂迷诖岁嚵械耐庵苌系亩噙呅螁卧?環(huán)；幾何結(jié)構(gòu)的這些變化應理解為隱含在如此描述中所使用的術(shù)語"圓環(huán)陣列"中。
[0019] 因此，所公開的系統(tǒng)和裝