[发明专利]一种双频可拼接无源反射阵及其设计方法

说明书

本发明公开了一种双频可拼接无源反射阵及其设计方法，主要解决现有盲区覆盖技术中无源转发器体积大，无源反射阵难以实现口径波束同时可调的问题。设计的双频可拼接无源反射阵由多个反射阵单元组成阵列，该阵列包括“0”和“1”两类子阵，根据平均相位梯度原理，将M_s个“0”子阵与N_s个“1”子阵进行有序排列，组成反射阵阵列中最小周期行向量V_min，通过改变V_min中M_s和N_s的数目和两类子阵排列顺序，实现波束可重构，以最小周期行向量V_min为单位分别在阵列的俯仰面和方位面进行扩展，得到不同口径的可拼接反射阵，实现口径可重构，可用于无线通信中的毫米波补盲。

技术领域

本发明属于电磁通信技术领域，具体涉及一种双频可拼接无源反射阵及其设计方法。

背景技术

5G毫米波的通信容量以及低时延得到了业界的青睐，但是同时毫米波的低穿透性、绕射能力差以及较大的反射衰减，使得5G毫米波在推广上面遇到了阻碍，特别是在室内障碍物较多的情况下毫米波信号会形成较大的覆盖盲区。现有技术是通过部署更多的有源基站或者转发器来解决这一问题，但是这会增加成本和能耗。因此，如何在不增加成本的情况下增加毫米波的室内信号覆盖区域是当前的一大技术问题。

M.C.T.Kastelijn等人在2008年提出一种工作于毫米波频段的平面无源偏转器，该平面无源偏转器呈金字塔结构，可以将馈源的入射波偏转到指定方向上。通过部署该无源偏转器，可扩展馈源的通信距离，达到覆盖信号盲区的目的。但是，这种无源偏转器具有很大的体积，不利于室内场景的装配和集成。

方遥等人在2019提出一种工作在29GHz的无源反射阵，具有良好的毫米波特性，可以很好的实现毫米波室内盲区补盲。但是这种无源反射阵在设计时已经固定了角度，在某些角度更大的场景不能很好适用。

综上所述，目前的毫米波室内覆盖方法面临着一个矛盾，可以有效覆盖室内盲区的补盲方法体积较大、结构复杂；而结构简单的无源反射阵又不能适用于所有场景所有频点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有盲区覆盖技术中无源转发器体积大，无源反射阵难以实现口径波束同时可调的问题，提供一种基于1Bit数字编码的双频可拼接无源反射阵及其设计方法，以减小天线体积，实现对口径波束同时可调，满足不同的场景的使用要求。本发明设计出的可拼接无源反射阵，可用于无线通信中的毫米波补盲。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一方面，本发明通过了一种双频可拼接无源反射阵的设计方法，包括如下步骤：

1)、确定双频可拼接无源反射阵主波束θ的扫描范围为θ₀＜θ＜θ₁；确定双频可拼接无源反射阵工作频率f，f等于f₁或f₂，f₁＜f₂；

2)、根据主波束θ的扫描范围θ₀＜θ＜θ₁以及工作频率f₁和f₂，设计“0”和“1”两类子阵，其中第一类“0”子阵是由若干个平面反射阵单元构成的m₀×n₀阵列，在频率为f₁时波束指向为θ_s10，频率为f₂时波束指向为θ_s20，θ_s10和θ_s20均趋近于θ₀；第二类“1”子阵是由若干个平面反射阵单元构成的m₁×n₁阵列，在频率为f₁时波束指向为θ_s11，频率为f₂时波束指向为θ_s21，θ_s11和θ_s21均趋近于θ₁；