本發(fā)明涉及通訊裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)。

背景技術(shù)：

波束切換如相控陣最先在雷達(dá)上有較成熟的運(yùn)用，后來(lái)為提高基站覆蓋距離及保證有效覆蓋區(qū)域，發(fā)展出運(yùn)用于基站天線(xiàn)的波束賦形技術(shù)，波束賦形是一種基于天線(xiàn)陣列的信號(hào)預(yù)處理技術(shù)，通過(guò)調(diào)整天線(xiàn)陣列中每個(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。波束賦形技術(shù)在擴(kuò)大覆蓋范圍、改善邊緣吞吐量以及干擾抑止等方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。

波束賦形在終端類(lèi)天線(xiàn)采用較少，一是需要組陣，天線(xiàn)空間相對(duì)要求較大；二是通過(guò)移相器等射頻器件控制單個(gè)陣元相位，成本較高。然而，對(duì)于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)更遠(yuǎn)距離遙控飛行，因此，無(wú)人機(jī)領(lǐng)域?qū)Σㄊx形技術(shù)有更急迫的需求。

希望通過(guò)提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，飛機(jī)端的空間有限，我們考慮在地面控制端設(shè)計(jì)一款高增益天線(xiàn)，同時(shí)根據(jù)需求的場(chǎng)景，保證波束可以覆蓋整個(gè)需要的空域。另外我們希望也設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)更輕便，控制更靈活的天線(xiàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高增益多波束切換。且多波束天線(xiàn)與傳統(tǒng)天線(xiàn)不同，它只在指定的區(qū)域有較高的增益值，而在其他地方增益很低，所以能減少覆蓋區(qū)域外信號(hào)對(duì)多波束系統(tǒng)造成的干擾，提高系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。

因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)。該裝置該由高增益的天線(xiàn)陣列、波束控制的饋電網(wǎng)絡(luò)組成和開(kāi)關(guān)陣列組成，該裝置可提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，從而提升無(wú)人機(jī)的遙控距離或圖傳距離。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)，包括：天線(xiàn)陣列、饋電網(wǎng)絡(luò)和單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列；所述天線(xiàn)陣列與饋電網(wǎng)絡(luò)連接，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電點(diǎn)與單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列中單刀多擲開(kāi)關(guān)的動(dòng)端連接，所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列中多個(gè)單刀多擲開(kāi)關(guān)的不動(dòng)端接天線(xiàn)端口；

所述天線(xiàn)陣列布置有多個(gè)天線(xiàn)陣元，所述天線(xiàn)陣元產(chǎn)生直線(xiàn)排列的一維波束帶或一片區(qū)域的二維波束覆蓋區(qū)域；所述饋電網(wǎng)絡(luò)中不同的饋電點(diǎn)連接天線(xiàn)陣列中不同的天線(xiàn)陣元，所述饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列中的各天線(xiàn)陣元輸入波束的相位來(lái)產(chǎn)生高增益的窄波束；所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列控制饋電網(wǎng)絡(luò)的不同饋電點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，通過(guò)切換饋電點(diǎn)的開(kāi)關(guān)來(lái)切換饋電點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接的天線(xiàn)陣元，從而切換所述一維波束帶或所述二維波束覆蓋區(qū)域的波束方向。

進(jìn)一步地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列各中各個(gè)陣元的輸入相位，從而產(chǎn)生高增益的窄波束。

進(jìn)一步地，所述天線(xiàn)陣列包括m×n個(gè)天線(xiàn)陣元，所述m×n個(gè)天線(xiàn)陣元將天線(xiàn)裝置上方所覆蓋區(qū)域劃分成相應(yīng)的m×n個(gè)子域，每個(gè)子域的波束由相應(yīng)的天線(xiàn)陣元控制。

進(jìn)一步地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)分為第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)；所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列分為第一單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列和第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列；所述第一單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列包括n個(gè)單刀m擲開(kāi)關(guān)，所述單刀m擲開(kāi)關(guān)的動(dòng)端分別與第一饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電點(diǎn)連接，所述單刀m擲開(kāi)關(guān)的不動(dòng)端分別與第二饋電網(wǎng)絡(luò)連接；所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電點(diǎn)連接第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列，所述第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列包含一個(gè)單刀n擲開(kāi)關(guān)，所述單刀n擲開(kāi)關(guān)的不動(dòng)端接天線(xiàn)端口。

進(jìn)一步地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)為butler矩陣或rotman透鏡饋電網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步地，所述第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列中的開(kāi)關(guān)為射頻單刀多擲開(kāi)關(guān)。

進(jìn)一步地，所述天線(xiàn)陣列的增益大于或等于6dbi。

相對(duì)以往的采用微帶饋電技術(shù)配合純粹開(kāi)關(guān)響應(yīng)的天線(xiàn)裝置，本發(fā)明采用饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列各陣元的輸入相位，能產(chǎn)生更高增益的窄波束，采用饋電網(wǎng)控制天線(xiàn)陣元還能使得天線(xiàn)信號(hào)的響應(yīng)更快，損耗更小

采用上述方案，本發(fā)明提供一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)，可將天線(xiàn)發(fā)射波束覆蓋所需要的整個(gè)的空域。本發(fā)明結(jié)構(gòu)更輕便，天線(xiàn)控制更靈活，可實(shí)現(xiàn)高增益多波束的切換。有利于減少覆蓋區(qū)域外信號(hào)對(duì)多波束系統(tǒng)造成的干擾，提高通訊系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，從而提升無(wú)人機(jī)的遙控距離或圖傳距離。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的子域劃分示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1和圖2所示，無(wú)人機(jī)領(lǐng)域?qū)Ω咴鲆娴奶炀€(xiàn)系統(tǒng)有急迫的需求，提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，有利于提升無(wú)人機(jī)的遙控距離或圖傳距離?，F(xiàn)有的無(wú)人機(jī)內(nèi)部空間有限，為提高天線(xiàn)增益，本發(fā)明在地面控制端設(shè)計(jì)一款高增益天線(xiàn)，并根據(jù)需求的場(chǎng)景，保證波束可以覆蓋所需要的整個(gè)的空域。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)更輕便，控制更靈活，可實(shí)現(xiàn)高增益多波束切換。多波束天線(xiàn)裝置與傳統(tǒng)天線(xiàn)不同，它只在指定的區(qū)域有較高的增益值，而在其他地方增益很低，所以能減少覆蓋區(qū)域外信號(hào)對(duì)多波束系統(tǒng)造成的干擾，提高通訊系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)，包括：天線(xiàn)陣列1、饋電網(wǎng)絡(luò)和單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列；所述天線(xiàn)陣列1與饋電網(wǎng)絡(luò)連接，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電點(diǎn)與單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列中單刀多擲開(kāi)關(guān)的動(dòng)端連接，所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列中多個(gè)單刀多擲開(kāi)關(guān)的不動(dòng)端接天線(xiàn)端口6；

所述天線(xiàn)陣列1布置有多個(gè)天線(xiàn)陣元11，所述天線(xiàn)陣列1中不同的天線(xiàn)陣元11控制波束的方向，所述天線(xiàn)陣元11產(chǎn)生直線(xiàn)排列的一維波束帶或一片區(qū)域的二維波束覆蓋區(qū)域；所述饋電網(wǎng)絡(luò)中不同的饋電點(diǎn)連接天線(xiàn)陣列1中不同的天線(xiàn)陣元11，所述饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列1中的各天線(xiàn)陣元11輸入波束的相位來(lái)產(chǎn)生高增益的窄波束；所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列控制饋電網(wǎng)絡(luò)的不同饋電點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，通過(guò)切換饋電點(diǎn)的開(kāi)關(guān)來(lái)切換饋電點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接的不同天線(xiàn)陣元11，從而切換所述一維波束帶或所述二維波束覆蓋區(qū)域的波束方向。所述饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列各陣元的輸入相位，從而產(chǎn)生高增益的窄波束。

本發(fā)明能產(chǎn)生覆蓋較大的區(qū)域的多束波，而且又能根據(jù)需要調(diào)整波束的波瓣方向。將每個(gè)天線(xiàn)陣元11發(fā)出的波束稱(chēng)為子波束或點(diǎn)波束，將子波束的集合稱(chēng)為總波束。每個(gè)子波束覆蓋的區(qū)域不同，所有子波束覆蓋區(qū)域的集合即我們需要的無(wú)人機(jī)的通信區(qū)域。

相應(yīng)的，把需要覆蓋的無(wú)人機(jī)通信區(qū)域劃分為若干個(gè)子域，每個(gè)子域?qū)?yīng)一個(gè)子波束，子域的多少?zèng)Q定了子波束的數(shù)量，子域越多，子波束就越多，天線(xiàn)裝置的增益也可以做到越高，但波束控制饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)會(huì)越復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度大。反之子域越少，開(kāi)發(fā)難度小，波瓣寬度大，增益相對(duì)低一些。因此，先根據(jù)需求確定好需要的子域數(shù)量后，天線(xiàn)裝置的其它設(shè)計(jì)參數(shù)也就基本確定，例如：陣列天線(xiàn)的波瓣寬度和增益；波束形成網(wǎng)絡(luò)方案；開(kāi)關(guān)控制方案等。

作為一種實(shí)施例。本發(fā)明的天線(xiàn)陣列1包括m×n個(gè)天線(xiàn)陣元11，以空間中某一點(diǎn)作為原點(diǎn)建立空間坐標(biāo)系，以豎直向上的方向作為z軸的正方向，以經(jīng)過(guò)原點(diǎn)且在與z軸垂直的平面上的任一方為x軸方向，以與x軸和z軸形成平面垂直的任一方向?yàn)閥軸方向?；谝陨锨闆r，把上半球天空的區(qū)域劃分為m×n個(gè)子域，x軸方向有m個(gè)子域，y軸方向有n個(gè)子域，每個(gè)子域的波束由相應(yīng)的天線(xiàn)陣元11控制。

為保證上半球全向覆蓋，陣列天線(xiàn)波束波瓣寬度x軸方向最小要求(180÷m)度，y軸方向最小要求(180÷n)度，同時(shí)保證陣列天線(xiàn)增益盡量高(天線(xiàn)陣列1的增益大于或等于6dbi)。同時(shí)根據(jù)波束形成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)陣列天線(xiàn)陣元11的排列、阻抗線(xiàn)的設(shè)計(jì)。

所述饋電網(wǎng)絡(luò)分為第一饋電網(wǎng)絡(luò)2和第二饋電網(wǎng)絡(luò)4；所述單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列分為第一單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列3和第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列5；所述第一單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列3包括n個(gè)單刀m擲開(kāi)關(guān)，所述單刀m擲開(kāi)關(guān)的動(dòng)端分別與第一饋電網(wǎng)絡(luò)2的饋電點(diǎn)連接，所述單刀m擲開(kāi)關(guān)的不動(dòng)端分別與第二饋電網(wǎng)絡(luò)4連接；所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)4的饋電點(diǎn)連接第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列5，所述第二單刀多擲開(kāi)關(guān)陣列5包含一個(gè)單刀n擲開(kāi)關(guān)，作為一種實(shí)施例，所述單刀n擲開(kāi)關(guān)為射頻單刀多擲開(kāi)關(guān)。所述單刀n擲開(kāi)關(guān)的管腳接到天線(xiàn)端口6上即可實(shí)現(xiàn)m×n個(gè)子域的波束覆蓋。當(dāng)然設(shè)計(jì)時(shí)的傳輸損耗需要特別注意。

所述饋電網(wǎng)絡(luò)由射頻開(kāi)關(guān)、矩陣或者透鏡組成，作為一種實(shí)施例，此處饋電網(wǎng)絡(luò)可以采用butler矩陣或者rotman透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里需要分成兩階來(lái)完成，首先完成x軸方向的正交波束形成網(wǎng)絡(luò)，后面跟上n個(gè)spmt的單刀m擲開(kāi)關(guān)作為控制接口；其次設(shè)計(jì)y軸方向的正交波束形成網(wǎng)絡(luò)，后面再跟上spnt的單刀n擲開(kāi)關(guān)作為控制接口，單刀n擲開(kāi)關(guān)的管腳接到rfc天線(xiàn)端口6。

值得一提的是，相對(duì)以往的采用微帶饋電技術(shù)配合純粹開(kāi)關(guān)響應(yīng)的天線(xiàn)裝置，本發(fā)明采用饋電網(wǎng)絡(luò)控制天線(xiàn)陣列各陣元的輸入相位，能產(chǎn)生更高增益的窄波束，減少信號(hào)對(duì)多波束系統(tǒng)造成的干擾；本發(fā)明采用饋電網(wǎng)控制天線(xiàn)陣元還能使得天線(xiàn)信號(hào)的響應(yīng)更快，損耗更小。

綜上所述，本發(fā)明提供一種運(yùn)用于無(wú)人機(jī)的二維切換多波束智能天線(xiàn)，可將天線(xiàn)發(fā)射波束覆蓋所需要的整個(gè)的空域。本發(fā)明結(jié)構(gòu)更輕便，天線(xiàn)控制更靈活，可實(shí)現(xiàn)高增益多波束的切換。有利于減少覆蓋區(qū)域外信號(hào)對(duì)多波束系統(tǒng)造成的干擾，提高通訊系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量。提高天線(xiàn)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)覆蓋，從而提升無(wú)人機(jī)的遙控距離或圖傳距離。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。