[实用新型]一种基于数字移相器的天线极化瞬变装置

说明书

本实用新型涉及天线技术领域，更具体的说是一种基于数字移相器的天线极化瞬变装置。该装置包括一分二功分器、第一馈电支路、第二馈电支路、可编程控制板卡以及双圆极化天线，其中第一馈电支路包括第一开关和数字移相器，第二馈电支路包括第二开关和数字衰减器；本实用新型的有益效果为：通过可编程控制板卡电控数字移相器的相移量，可以方便快捷地调控左旋、右旋圆极化方向的电磁波相位，进而实现输出功率恒定、极化角连续步进可调的线极化状态瞬变，另外通过开关切换还能够产生单一的左旋或右旋圆极化电磁波辐射。该方法精度高、反应快、输出功率稳定且无需大量使用衰减器，能避免额外的功率损失。

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，更具体的说是一种基于数字移相器的天线极化瞬变装置。

背景技术

随着频谱资源日益消耗、通信密集化程度不断提升，单极化天线已经不能够完全满足现代通信在频谱利用率、抗干扰等方面的需求，变极化天线具有工作在多种极化态的特点，能够实现电磁波极化形式的瞬时可变，在提高频谱利用率、抗干扰及通信加密等方面具有广阔的应用前景。当前变极化天线主要采用机械旋转或电控的方式，通常是指垂直/水平极化、±45°极化及左旋/右旋圆极化等极化状态的切换，利用电控方法实现极化状态连续变化的变极化系统尚未有具体的实现。

基于衰减器的变极化方法是通过控制两个正交线极化信号的幅度来实现极化控制，需要大量使用衰减器，会造成了严重的功率损失，合成波的输出功率也存在起伏，而且衰减器的精度也会对极化角带来误差，会造成极化状态准确度下降，系统误差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于数字移相器实现的极化状态能够连续步进变化的天线极化瞬变装置。所述装置能够实现下述功能，即将输入的两路相同的射频信号变换成具有设定的相位关系并且幅度相同的两路射频信号通过双圆极化天线发射出去。

本实用新型的技术方案是：

一种基于数字移相器的天线极化瞬变装置，其特征在于，该装置包括一分二功分器、第一馈电支路、第二馈电支路、可编程控制板卡以及双圆极化天线，其中第一馈电支路包括第一开关和数字移相器，第二馈电支路包括第二开关和数字衰减器；两路射频信号由一分二功分器的输入端口馈入，功率等分后分别进入第一馈电支路和第二馈电支路，两条馈电支路的通断均由开关控制，两路信号分别经过相位延迟和幅度平衡后进入双圆极化天线的左旋圆极化端口和右旋圆极化端口，合成出左旋、右旋圆极化及不同偏转角的线极化辐射。另外通过开关切换还能够产生单一的左旋或右旋圆极化电磁波辐射。所述数字移相器可在其相移范围内步进变化，使得两路圆极化电磁波产生相位差，所述数字衰减器则用于对两条馈电支路的功率幅度进行补偿平衡，所述可编程控制板卡用于对数字移相器和数字衰减器进行远程实时控制，其采用FPGA程控电路实现，当FPGA程控电路接收到需要输出的信号极化类型的指令后，程控电路通过预先输入的天线极化发射表，对数字衰减器和数字移相器进行控制，方便快捷的调控水平、垂直极化方向的电磁波幅相，实现极化态的快速切换。

本实用新型的工作原理如下：设输入的两路射频信号对应左旋和右旋方向上的圆极化电磁波E_L、E_R，两路电磁波在空间合成线极化电磁波E：

其中ω表示角频率，k表示传播常数，z表示电磁波在z方向传播距离，左旋圆极化电磁波相比右旋圆极化电磁波相位滞后φ。其中左旋、右旋圆极化电磁波的单位矢量与水平线极化、垂直线极化单位矢量之间的关系为

两路振幅相同、旋向相反的圆极化电磁波叠加可形成线极化电磁波，因此左旋圆极化电磁波电场幅度E_L需等于右旋圆极化电磁波电场幅度E_R。将合成的线极化电磁波的极化角α定义为总电场与水平方向的夹角，α对应的线极化电磁波的水平、垂直方向上的线极化分量E_h、E_v为：