[发明专利]对天线元件进行馈电的装置及方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种用于对天线阵列中的天线元件进行馈电的装置。具体地，本发明涉及一种包括该装置和天线阵列的系统。更具体地，本发明涉及一种用于对天线元件馈电装置进行操作的方法。

这种装置用来完成相控阵列天线中辐射图控制，其中术语相控阵列天线意味着多个天线元件的阵列，其中每一天线元件的相位以及幅度是可变的，以提供对辐射图的控制，特别是波束方向。

背景技术

用来提供相控阵列天线的波束操纵(beam steering)的已知装置是所谓的Butler矩阵，这是具有可观数量传输线或电缆的矩阵传输网络，其中波束操纵通过在该网络的输入和输出端子之间切换信号路径来实现。在此，所需数量传输线的电长度通过电子开关来改变，使得Butler矩阵表现为具有可变延时的无源结构。由于这种切换传输线思想需要每天线元件至少半波线长度，这种类型的结构在二维中至少需要这种尺寸，使得其不太适于以现代亚微米IC技术进行小型化和单片集成。另外，为了限制RF损耗，这种类型的无源结构需要高质量RF(射频)开关或变容抗器(varactor)技术，这在基线集成技术中尚不可用。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于对天线元件进行馈电的装置，其尺寸和结构使得该装置能够很好的小型化，且适于以亚微米技术进行单片集成。

该目的通过权利要求1中所述的用于对相控阵列天线的天线元件进行馈电的装置来实现。

因此，一种用于对相控阵列天线的天线元件进行馈电的装置包括：至少两条传输线或具有相似传输特性的集总电路，并行设置且工作于一定频率作为谐振器，每一条传输线具有预定长度，该预定长度的大小至少为工作频率ω的约四分之一电波长；沿传输线纵向方向间隔设置在传输线上的多个测量位置；多个无源或有源电路，用于检测来自传输线上测量位置的测量信号，处理这些测量信号，并生成输出信号用于对相应的天线元件进行馈电，所述测量信号是相应位置处传输线中谐振场的函数。

由于该装置的传输线对工作为谐振器，相应物理长度为工作频率的四分之一波长，该装置中设置的多个电子电路检测并处理来自谐振器上相应测量位置的信号，其中测量的信号是相应测量位置处幅度和相位角度关系的函数，这种幅度和相位角度关系是由于谐振器中作为驻波储存的局部能量集中造成的。因此，电子电路生成的输出信号反映了传输线上相应位置处的幅度和相位关系，并且能够用作天线元件的驱动信号或者用于电子电路和相应天线元件之间的上变换混频器的LO(本地振荡器)信号。由于谐振器的物理长度较小，该装置具有能够很好的小型化且适于以亚微米集成电路技术进行单片集成的优点。另外，损耗并不关键，因为传输线被配置为处于电子电路之前。

在一个实施例中，测量位置沿着传输线按等距间隔设置。由于测量位置在传输线上按规则间隔设置，相关的电子电路按照规则和恒定的间隔检测谐振器上的驻波。

在一个实施例中，两条传输线中一条传输线上的每一测量位置正对另一传输线上相应的测量位置，这种在与传输线的纵向方向横切的方向上彼此相邻的相对应测量位置分别形成测量位置对，其中每一放大/衰减电路检测和处理来自针对相应纵向位置的、与传输线相关联的分配测量位置对的测量信号。因此，每一电路测量针对不同传输线的相关坐标位置处谐振场的局部能量集中。

在一个实施例中，每一传输线分别耦合至信号源，且信号源工作于相同频率ω且相对于彼此具有相位差γ，以实现传输线中的谐振条件。在一个实施例中，一条传输线一端耦合至相应信号源，而另一传输线的相反端耦合至另一信号源。通过这种配置，信号源提供所需能量以在传输线上生成驻波。

在一个实施例中，放大电路包括放大器，其增益可调。通过调节属于相应放大电路的放大器的增益，可以检测到甚低电平信号。

在一个实施例中，放大电路各自包括用于对分配测量位置对的测量信号进行检测和放大的第一和第二放大器，其中放大电路的第一放大器检测和放大测量位置对中第一传输线的测量位置的测量信号，第二放大器检测和放大相同测量位置对中第二传输线的相应测量位置的测量信号。因此，每一放大电路利用其第一和第二放大器同时测量不同传输线沿纵向方向的相应坐标位置处场的局部能量集中。

在一个实施例中，放大电路各自包括求和元件，所述求和元件将电路所检测和处理的所述测量信号相加，并产生分配至测量位置对的输出信号用于对相应天线元件进行馈电。

一种备选方法每一支路使用两个天线元件，以在辐射场中对两个信号进行求和。相应输出信号通过将属于不同传输线的信号进行叠加而形成。