[发明专利]基于MEMS开关矩阵的可重构重叠子阵天线

说明书

本发明提供了一种基于MEMS开关矩阵的可重构重叠子阵天线，天线阵列中的每个天线单元与一个1分2功分器相连，天线单元的输出与MEMS开关网络相连，MEMS开关为单刀N掷开关，MEMS开关数量与天线单元数量相等，MEMS开关的状态数N决定可重构重叠子阵的状态数，MEMS开关网络的输出与子阵波束形成网络层相连，实现不同重叠子阵多波束。本发明实现模拟多波束形成，采用子阵模拟波束形成网络实现了阵面的波束形成功能，相对于数字波束形成，减少了数字器件的使用，降低了系统的成本和功耗，重叠子阵的使用可以降低由于子阵划分而引入的栅瓣影响，具备低成本、高集成度的特征。

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其是一种可重构重叠子阵天线，主要应用于大型低成本相控阵的可重构设计。

背景技术

在很多情况下，单个天线单元的功能受到增益等性能的限制，都达不到系统的要求。采用阵列天线可以提高单个天线的增益,且辐射方向图灵活可控。因此，在军事领域及民用通信中经常使用阵列天线。而传统阵列天线的低副瓣笔形波束已经不能适应复杂多样的应用场合的需要，具有特定赋形波束的阵列天线获得了越来越广泛地关注。为了满足接收天线的高增益、低杂波等条件，大量的科研工作者已经对大型口径天线和由抛物面天线组成的大型阵列天线进行了广泛而深入地研究。但是这类天线的缺点比较明显，主要体现在实现成本高和系统维护比较困难两个方面。针对这一问题,最近有学者提出，可以尝试采用成本较低的微带贴片形式的天线单元来组成大型阵列。但是由于阵列结构过于庞大，若直接采用传统方法对天线各个单元独立馈电，则馈电网络实现难度较，于是又引入了子阵分割的思想。采用子阵，减少了控制元件和接收前端的通道数，简化系统设计的同时，提高了系统的可靠性。

对于多波束系统，波束的栅瓣抑制效果不理想，波束的增益损失会增大。采用重叠子阵可以减小子阵的间距，有利于栅瓣抑制，同时，扫描范围不会因子阵的大小而受到影响。重叠子阵是指相邻子阵有共用的天线单元,即有重叠。多波束天线做馈源时,天线单元数目较少,可以用波束形成网络进行馈电。如果能将平顶方向图合成技术应用于大型重叠子阵当中,不仅可以有效抑制栅瓣,而且阵列数会相对减少。

上海诺基亚贝尔股份有限公司所提交的名为《基于重叠子阵列(OSA)的波束赋形方法和设备》的专利(专利号为：201611082379.0)利用了基站和UE侧的发射-接收协作波束赋形以实现大的阵列增益，其设计初衷在于通过集成化的多模拟波束形成网络设计，完成不同波束指向的控制，进而减少有源相控阵原有的多通道移相器，故该方法所涉及的重叠子阵设计，并不能完成子阵级的栅瓣抑制。

现阶段的重叠子阵设计，大多采用模拟波束形成的方式实现阵面波束合成，其多波束馈电网络实现功能单一，无法实现阵面的可重构设计，亟需新的网络设计方法实现阵面多波束馈电网络的可重构功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于MEMS开关矩阵的可重构重叠子阵天线，主要应用于大型低成本相控阵的可重构设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于MEMS开关矩阵的可重构重叠子阵天线包括天线阵列、功分馈电网络、MEMS开关网络和子阵波束形成网络层；

天线阵列中的每个天线单元与一个1分2功分器相连，天线单元的输出与MEMS开关网络相连，MEMS开关为单刀N掷开关，MEMS开关数量与天线单元数量相等，MEMS开关的状态数N决定可重构重叠子阵的状态数，MEMS开关网络的输出与子阵波束形成网络层相连，实现不同重叠子阵多波束。