控制装置、天线的控制方法、接收机与流程

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种控制装置、天线的控制方法和接收机。

背景技术：

电磁波的相位组成包含三部分：时间相位，空间相位，初相位。就初相位来讲，当发射天线和工作频率确定后，其初相位就是确定的，而在几列电磁波相遇的时刻，时间相位也是确定的，只有空间相位可能发生变化。对于卫星发射端和地面接收天线而言，接收天线的不同天线单元的位置不同，因此，不同天线单元所接收到的信号的相位出现差别，从而引起不同天线单元所接收到的信号在相遇区域形成同相位叠加、总场强增强，反相位叠加、总场强削弱的情况，进而降低天线的增益。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种控制装置、天线的控制方法和接收机。

为了实现上述目的，本发明提供一种控制装置，用于接收机中，所述接收机包括天线，所述天线包括阵列排布的多个天线单元，所述天线单元包括移相器，所述控制装置包括：

射频前端模块，配置为对来自于所述天线的信号进行信号处理，得到中间信号；

计算模块，配置为在控制阶段根据所述中间信号与每个天线接收到的信号的波形信息之间的函数关系、以及预设数据表中的数据，确定每个天线单元的补偿相位；其中，所述波形信息包括幅度和相位，所述预设数据表中的数据包括：在校准阶段，发射源处于多个预设位置中的任一预设位置时，每个所述天线单元单独开启时接收到的信号的波形信息，该波形信息记作参考信息；所述天线单元的补偿相位为所述天线单元的多个参考信息中的一者的相位，且当每个天线单元接收到的信号的波形信息与所述补偿相位对应的参考信息相同时，根据所述函数关系得到的中间信号满足预设条件；

控制模块，配置为在控制阶段将所述天线单元的移相器的相位调节至目标相位，该目标相位为初始相位与所述补偿相位的叠加，以使每个天线单元接收到的信号的相位一致；所述移相器的初始相位与所述移相器在所述校准阶段的相位相等。

在一些实施例中，所述预设条件包括：所述中间信号达到极大值。

在一些实施例中，所述射频前端模块包括：

高频放大器，与所述天线连接，配置为来自于所述天线的信号进行高频放大；

混频器，与所述高频放大器和本地振荡器连接，配置为对所述高频放大器的输出信号和所述本地振荡器所提供的信号进行混频；

滤波器，与所述混频器连接，配置为对所述混频器的输出信号进行滤波；

模数转换器，与所述滤波器连接，配置为所述滤波器的输出信号进行模数转换，生成所述中间信号。

在一些实施例中，所述射频前端模块包括：

高频放大器，与所述天线连接，配置为来自于所述天线的信号进行高频放大；

混频器，与所述高频放大器和本地振荡器连接，配置为对所述高频放大器的输出信号和所述本地振荡器所提供的信号进行混频；

中频放大器，与所述混频器连接，配置为所述混频器的输出信号进行中频放大；

检波器，与所述中频放大器连接，配置为对所述中频放大器的输出信号进行检波；

低频放大器，与所述检波器连接，配置为对所述检波器的输出信号进行低频放大；

模数转换器，与所述滤波器连接，配置为所述滤波器的输出信号进行模数转换，生成所述中间信号。

在一些实施例中，所述射频前端模块包括：

第一滤波器，与所述天线连接，配置为来自于所述天线的信号进行滤波；

放大器，与所述第一滤波器连接，配置为对所述第一滤波器的输出信号进行放大；

第二滤波器，与所述放大器连接，配置为对所述放大器的输出信号进行滤波；

模数转换器，与所述第二滤波器连接，配置为所述第二滤波器的输出信号进行模数转换，生成所述中间信号。

第二方面，本发明实施例还提供一种接收机，包括天线和与所述天线连接的控制装置，所述天线包括阵列排布的多个天线单元，所述控制装置采用上述的控制装置。

在一些实施例中，所述天线单元包括：全息超材料液晶天线、与所述全息超材料液晶天线相连的低噪声放大器、以及与所述低噪声放大器连接的移相器，其中，所述控制模块具体配置为调节所述移相器的相位。

在一些实施例中，所述天线还包括：

功分器，配置为将多个天线单元的输出信号合成一路进行输出。

第三方面，本发明实施例还提供一种天线的控制方法，所述天线包括阵列排布的多个天线单元，所述天线单元包括移相器，所述控制方法包括：

在控制阶段，对来自于所述天线的信号进行信号处理，得到中间信号；

根据所述中间信号与每个天线接收到的信号的波形信息之间的函数关系、以及预设数据表中的数据，确定每个天线单元的补偿相位；其中，所述波形信息包括幅度和相位，所述预设数据表中的数据包括：在校准阶段，发射源处于多个预设位置中的任一预设位置时，每个所述天线单元单独开启时接收到的信号的波形信息，该波形信息记作参考信息；所述天线单元的补偿相位为所述天线单元的多个参考信息中的一者的相位，且当每个天线单元接收到的信号的波形信息为所述补偿相位对应的参考信息时，根据所述函数关系得到的中间信号满足预设条件；

控制模块，配置为在控制阶段将所述天线单元的移相器的相位调节至目标相位，该目标相位为初始相位与所述补偿相位的叠加，以使每个天线单元接收到的信号的相位一致；所述移相器的初始相位与所述移相器在所述校准阶段的相位相等。

在一些实施例中，所述预设条件包括：所述中间信号达到极大值。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种接收机的示意图。

图2a为本发明的一些实施例中提供的天线的结构示意图。

图2b为天线单元的阵列与发射源的多个预设位置的示意图。

图3为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图。

图4为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图。

图5为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图。

图6为本发明的一些实施例中提供的天线的控制方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

对于卫星发射端和地面接收天线而言，接收天线的不同天线单元的位置不同，因此，不同天线单元所接收到的信号的相位出现差别，从而引起不同天线单元所接收到的信号在相遇区域形成同相位叠加、总场强增强，反相位叠加、总场强削弱的情况，进而降低天线的增益。

本发明实施例提供的一种控制装置，用于接收机中，图1为本发明实施例中提供的一种接收机的示意图，如图1所示，接收机包括：天线，其中，天线包括阵列排布的多个天线单元。控制装置包括：射频前端模块20、计算模块30和控制模块40。

图2a为本发明的一些实施例中提供的天线的结构示意图，天线10采用波导阵列天线10，馈电采用矩形波导馈电，从而降低整体的损耗，提升整机的性能。如图2a所示，天线10包括多个天线单元11，多个天线单元11可以呈阵列排布。天线单元11包括：全息超材料液晶天线111、低噪声放大器112、移相器113。其中，全息超材料液晶天线111用于收发信号，低噪声放大器进行信号放大，移相器113用于控制天线单元11收发信号的相位。通过控制全息超材料液晶天线111的开启或关闭，来使得天线单元11开启或关闭。通过控制移相器113的相位，进而控制天线单元11的相位。

例如，全息超材料液晶天线111包括释放贴片、接地电极以及位于释放贴片和接地电极之间的液晶。特定频率的电磁波在流入全息超材料液晶天线111中时，当特定频率与全息超材料液晶天线111的谐振频率一致时，特定频率的电磁波可经过全息超材料液晶天线111向外辐射，而当特定频率与全息超材料液晶天线111的谐振频率不一致时，特定频率的电磁波不能够经过全息超材料液晶天线111向外辐射。并且，由于液晶的取向变化会导致有效介电常数不同，从而导致电容发生变化，因此，控制模块40可通过施加在释放贴片上的电压来调节释放贴片和接地电极之间的液晶的取向，从而能够调节全息超材料液晶天线111的谐振频率，进而控制天线单元11的开启或关闭。天线10还包括功分器，其配置为将多个天线单元11的输出信号合成一路进行输出。

射频前端模块20配置为对来自于天线10的信号进行信号处理，处理后得到的信号记作中间信号。其中，每个天线单元11能够接收发射源所发射的信号，天线10提供给射频前端模块20的信号可以为：多个天线单元11接收到的多路信号经过功分器12而合成一路的信号。射频前端模块20的信号处理过程例如包括：高频放大、滤波等处理过程。

计算模块30在控制阶段根据中间信号与每个天线10接收到的信号的波形信息之间的函数关系、以及预设数据表中的数据，确定每个天线单元11的补偿相位。其中，波形信息包括幅度和相位，预设数据表中的数据包括：在校准阶段，发射源处于多个预设位置中的任一预设位置时，每个天线单元11单独开启时接收到的信号的波形信息，该波形信息记作参考信息，该参考信息中同样包括幅度的信息和相位的信息；天线单元11的补偿相位为天线单元11的多个参考相位中的一者的相位，且补偿相位满足以下条件：当每个天线单元11接收到的信号的波形信息为补偿相位所对应的参考信息时，根据上述函数关系所计算得到的中间信号满足预设条件。

控制模块40配置为在控制阶段将天线单元11的移相器113的相位调节至目标相位，该目标相位为初始相位与所述补偿相位的叠加，以使每个天线单元11接收到的信号的相位一致。其中，移相器113的初始相位与移相器113在校准阶段的相位相等。

需要说明的是，每个天线单元11单独开启是指，对于任意一个天线单元11而言，当该天线单元11本身开启(即，进行信号接收)时，其余天线单元11关闭(即，不进行信号接收)。

中间信号满足预设条件例如为：中间信号的功率值提高一定比例；或者，中间信号的功率值达到极大值。

在一些实施例中，预设条件为：中间信号的功率达到极大值。

下面举例对计算模块30和控制模块40的工作过程进行说明：

例如，天线单元11的数量为16，预设数据表中的数据可以由以下方式获得：在校准阶段，在微波暗室中，将第1个天线单元11开启，将其余天线单元11关闭，并将发射源依次从n个不同方位的预设位置进行发射信号。发射源每移动至一个预设位置，计算模块30均接收到射频前端模块20所输出的中间信号，而计算模块30接收到的中间信号与天线10实际接收到的信号的波形信息之间存在一定的函数关系，因此，计算模块30根据其接收到的中间信号，可以确定出第1个天线单元11接收到的信号的波形信息，该波形信息记作参考信息，参考信息中的相位记作参考相位，参考信息中的幅度记作参考幅度；当发射源分别从n个预设位置发射信号时，则可以确定第1个天线单元11接收到的信号的n个参考幅度和n个参考相位，n个参考幅度分别记作：a11～a1n；n个参考相位分别记作：φ11～φ1n。同理，将第2个天线单元11开启，将其余天线单元11关闭，并将发射源依次从多个预设位置进行信号发射，那么，计算模块30可以确定第2个天线单元11接收到的信号的n个参考幅度和n个参考相位，n个参考幅度分别记作：a21～a2n；n个参考相位分别记作：φ21～φ2n。以此类推，当第16个天线单元11开启，其余天线单元11关闭时，且发射源依次从多个预设位置进行信号发射的情况下，可以确定出第16个天线单元11接收到的信号的n个参考幅度和n个参考相位，n个参考幅度分别记作a161～a16n；n个参考相位分别记作φ161～φ16n。

其中，在校准阶段，每个天线单元11的移相器113处于各自的初始相位，不同天线单元11的移相器113的初始相位可以相同，也可以不同。在校准阶段，可以设置足够多的预设位置，图2b为天线单元的阵列与发射源的多个预设位置的示意图，如图2b所示，不同预设位置相对于天线单元11的阵列的方位角不同，即，不同预设位置与天线10所在位置中心的连线的延伸方向不同。

在控制阶段，多个天线单元11同时开启，假设计算模块30接收到的信号f与每个天线10接收到的信号的相位之间满足以下函数关系：

f＝f1(a1，φ1)+f2(a2，φ2)+……f16(a16，φ16)(1)

其中，f1(a1，φ1)为第1个天线单元11接收到的信号波形与幅度、相位之间的函数关系，f2(a2，φ2)为第2个天线单元11接收到的信号波形与幅度、相位之间的函数关系，以此类推。

那么，为了使每个天线单元11接收到的信号的相位一致，计算模块30确定出16个天线单元11的移相器113的补偿相位△φ1、△φ2……△φ16，其中，△φ1选自上述φ11～φ1n中的一个相位，△φ2选自上述φ21～φ2n中的一个相位，……，△φ16选自上述φ161～φ16n中的一个相位，并且，当△φ1、△φ2……△φ16，以及△φ1～△φ16所对应的参考幅度代入上述函数关系式(1)时(也就是说，当关系式中的φ1＝△φ1、φ2＝△φ2……φ16＝△φ16，a1～a16分别取△φ1～△φ16所对应的参考幅度时)，计算模块30接收到的信号f的功率能够达到极大值。举例而言，当△φ1取φ11、△φ2取φ21、△φ3取φ31……△φ16取φ161时，信号f的功率能够达到极大值，则意味着，当△φ1～△φ16中的任意一者取其他值时，则信号f的功率将小于上述极大值。另外，需要说明的是，某一个相位所对应的幅度是指，与该相位属于同一个波形信息中的幅度。例如，上述a11为与φ11对应的幅度。

之后，控制模块40将第1个天线单元11的移相器113的相位调节为：φ01+△φ1；将第2个天线单元11的移相器113的相位调节为：φ02+△φ2；以此类推，将第3个天线单元11的移相器113的相位调节为：φ016+△φ16。其中，φ01为第1个天线单元11的移相器113的初始相位，也就是第1个天线单元11的移相器113在校准过程中的相位。φ02为第2个天线单元11的移相器113的初始相位，也就是第2个天线单元11的移相器113在校准过程中的相位，以此类推，φ016为第16个天线单元11的移相器113的初始相位，也就是第16个天线单元11的移相器113在校准过程中的相位。

上述天线单元11的数量仅为示例性说明，在实际应用中，天线单元11的数量可以设置为其他数量，例如，在1000～2000之间。

在本发明实施例中，预设数据表中记载了在校准阶段，发射源处于多个预设位置中的任一预设位置时，每个所述天线单元11单独开启时接收到的信号的波形信息，该相位记作参考信息；在控制阶段，当计算模块30接收到信号之后，对于每一个天线单元11，计算模块30从该天线单元11的多个参考信中的相位中选择一个作为该天线单元11的补偿相位，进而确定出每个天线单元11的补偿相位，且这些补偿相位是满足以下条件的：天线单元11接收到的信号的相位达到补偿相位、天线单元11接收到的信号的幅度达到补偿相位所对应的幅度时，计算模块30接收到的信号的功率达到极大值，因此，将移相器113相位调节到初始相位与补偿相位的叠加时，每个天线单元11接收到的信号的相位是基本一致的，从而提高天线10的增益。

如图1所示，在一些实施例中，接收机用于ka波段/ku波段卫星接收机，其采用零中频技术。ka波段(ka-band)，通常以17.7到20.2ghz频率下行、并以27.5到30.0ghz频率上行的卫星通信波段，常被称为20/30ghz波段。ku波段(ku-band)，通常以10.7到13.25ghz频率下行、并以14.0到14.5ghz频率上行的卫星通信波段，常被称为12/14ghz波段。射频前端模块20包括：高频放大器21a、混频器21c、滤波器21d、模数转换器21e。高频放大器21a与所述天线10连接，配置为来自于所述天线10的信号进行高频放大，从而降低相对噪声系数。混频器21c与高频放大器21a和本地振荡器连接，配置为对高频放大器21a的输出信号和所述本地振荡器所提供的信号进行混频，从而将信号降低到中频，以方便信号采集。滤波器21d与混频器21c连接，配置为对混频器21c的输出信号进行滤波，以滤除杂散信号，获取所需频率的信号。模数转换器21e与滤波器21d连接，配置为滤波器21d的输出信号进行模数转换，模数转换后的信号提供给计算模块30。

图3为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图，如图2a所示，在另一些实施例中，接收机用于ku卫星接收机，其采用超外差构建系统。射频前端模块20包括：高频放大器21a、混频器21c、中频放大器21d、检波器21f、低频放大器21g、模数转换器21e。高频放大器21a与天线10连接，配置为来自于天线10的信号进行高频放大。混频器21c与高频放大器21a和本地振荡器21b连接，配置为对高频放大器21a的输出信号和本地振荡器21b所提供的信号进行混频，从而将信号降低到中频，方便信号采集。中频放大器21d与混频器21c连接，配置为混频器21c的输出信号进行中频放大。检波器21f与中频放大器21d连接，配置为对中频放大器21d的输出信号进行检波，以检出所需要的信号。低频放大器21g与检波器21f连接，配置为对检波器21f的输出信号进行低频放大。模数转换器21e，与低频放大器21g连接，配置为低频放大器21g的输出信号进行模数转换，转换后的信号提供给计算模块30。

图4为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图，如图4所示，接收机用于fdd(频分双工)基站，其采用零中频技术。其中，射频前端模块20包括：第一滤波器22a、放大器22b、第二滤波器22c、模数转换器21e，放大器22b例如为低噪声放大器(lownoiseamplifier，lna)。其中，第一滤波器22a配置为选择所需频段的信号，第一滤波器22a可以为腔体滤波器。放大器22b用于对第一滤波器22a的输出进行放大。第二滤波器22c与放大器22b连接，配置为对放大器22b的输出信号进行滤波；第二滤波器22c为声表面波滤波器(surfaceacousticwave，saw)。模数转换器21e与第二滤波器22c连接，配置为第二滤波器22c的输出信号进行模数转换，转换后的信号提供给计算模块30。

在图1、图3至图4所示的接收机中，计算模块30和控制模块40可以集成在fpga(fieldprogrammablegatearray)中，或者，计算模块30集成在fpga中，控制模块40可以包括信号生成单元和放大单元，信号生成单元根据计算模块30所得到的每个天线单元11的补偿相位，确定第一控制信号；放大单元对第一控制信号进行放大，该放大后的信号用于调节天线单元11的相位。

图5为本发明的另一些实施例中提供的接收机的示意图，如图4所示，接收机可以用于通信终端。此时，射频前端模块20包括：高频放大器21a、混频器21c、本地振荡器21b和滤波器。高频放大器21a与天线10连接，混频器21c与本地振荡器21b和高频放大器21a连接，滤波器连接在混频器21c与计算模块30之间。其中，计算模块30和控制模块40可以集成在通信终端的处理芯片31(例如，his芯片或mtk芯片)中。

本发明实施例还提供一种接收机，如图1、图3至图5所示，接收机包括：天线10和与天线10连接的控制装置，天线10包括阵列排布的多个天线单元11，控制装置采用上述实施例中的控制装置。

其中，如图2a所示，天线10还包括功分器12，其配置为将多个天线单元11的输出信号合成一路进行输出。天线单元11包括：全息超材料液晶天线111、与全息超材料液晶天线111相连的低噪声放大器112、以及与低噪声放大器连接的移相器113，其中，控制模块40具体配置为调节移相器113的相位。天线10的具体结构参见上文说明，这里不再赘述。

图6为本发明的一些实施例中提供的天线的控制方法示意图，该方法应用于上述控制装置。如图6所示，该控制方法包括在控制阶段进行的如下步骤：

s11、对来自于天线的信号进行信号处理，得到中间信号。其中，可以由上述射频前端模块进行信号处理过程。

s12、根据所述中间信号与每个天线接收到的信号的波形信息之间的函数关系、以及预设数据表中的数据，确定每个天线单元的补偿相位；其中，所述波形信息包括幅度和相位，所述预设数据表中的数据包括：在校准阶段，发射源处于多个预设位置中的任一预设位置时，每个所述天线单元单独开启时接收到的信号的波形信息，该波形信息记作参考信息；所述天线单元的补偿相位为所述天线单元的多个参考信息中的一者的相位，且当每个天线单元接收到的信号的波形信息为所述补偿相位对应的参考信息时，根据所述函数关系得到的中间信号满足预设条件。

s13、将所述天线单元的移相器的相位调节至目标相位，该目标相位为初始相位与所述补偿相位的叠加，以使每个天线单元接收到的信号的相位一致；所述移相器的初始相位与所述移相器在所述校准阶段的相位相等。

在一些实施例中，预设条件包括：中间信号达到极大值。

其中，在控制阶段之间，还包括：在校准阶段，进行数据采集，得到预设数据表。获得预设数据表的过程参见上文描述，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。