简单2d相模使能的波束转向构件的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案交叉申请
[0002] 本发明要求2013年3月12日递交的发明名称为"简单2D相模辅助的波束转向 构件（Simple2DPhase-ModeAssistedBeam-SteeringMeans)"的第 61/778, 097 号美国 临时专利申请案的在先申请优先权，且要求2013年4月25日递交的发明名称为"简单2D 相模使能的波束转向构件（Simple2DPhase-ModeEnabledBeam-SteeringMeans)" 的第 13/870, 309号美国专利申请案的在先申请优先权，所述在先申请的内容如同全文复制一样 以引入的方式并入本文本中。
技术领域
[0003] 本发明涉及天线和电磁辐射改性，以及在特定实施例中，涉及用于使通过天线实 现的辐射方向图主瓣的方向转向的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 波束转向是辐射方向图的主瓣的角度定位。这允许有利于所希望的信号与在天线 的远场中的点状源的较大区别，以用于感测或信息发送和接收。当需要使平面阵列天线的 波束在围绕阵列轴线（所述阵列轴线垂直于阵列的平面）的2维的有限范围上转向时，变 得难以如在常规方法中将设计的使每个单元都适合可变移相器或收发器模块（TR)以及将 所述单元、可变移相器或收发器模块都并入到馈送结构中。在所涉及的波长较小时尤其如 此，因为阵列单元和间距按波长的比例决定（一定是大约一半波长），而馈线和移相器占据 另外的空间且不完全按波长的比例决定（尤其是TR)。在任何情况下，移相器和TR对于短 波长（例如，毫米波）变得非常昂贵，因此希望使用尽可能少的移相器和TR来实现必需的 波束控制。
【发明内容】
[0005] 根据实施例，一种用于波束转向的装置包含：第一混合分路器/合路器，其连接到 天线单元的阵列的0阶相模馈送；第二混合分路器/合路器，其中所述第二分路器/合路器 的输出包括主输出波束；第一对可变移相器，其将第一混合分路器/合路器连接到第二混 合分路器/合路器，其中所述第一对可变移相器通过调整所述可变移相器的对应的相位来 控制主输出波束径向相对于阵列轴线的转向方向，其中所述对应的相位量值相等且符号相 反，并且其中所述阵列轴线垂直于阵列的平面；以及第三可变移相器，其将单元的阵列的1 阶相模馈送连接到第一混合分路器/合路器的输入，其中第三可变移相器用于独立地控制 主输出波束在周向相对于阵列轴线的方向上的方向。
[0006] 根据另一实施例，一种用于辐射束转向的接收和/或发射系统包含：第一端口，其 连接到福射传感器单元的阵列的0阶相模馈送；第二端口，其连接到所述阵列的+1阶相模 馈送；第一对可变移相器，其包括第一可变移相器和第二可变移相器；第三可变移相器，其 连接到第二端口；第一等幅混合分路器/合路器，其连接到第一对可变移相器、连接到第三 可变移相器、且连接到第一端口；以及第二等幅混合分路器/合路器，其连接到第一对可变 移相器，其中第三可变移相器用于独立地控制主输出波束在周向相对于阵列轴线的方向上 的方向，并且其中第一对可变移相器用于以相等的量值和相反的符号被控制，从而实现辐 射束在围绕垂直于阵列平面的轴线的径向方向上的转向。
[0007] 根据又另一个实施例，一种用于波束转向的装置包含：第一混合分路器/合路器， 其连接到天线单元的阵列的0阶相模馈送；第二混合分路器/合路器，其中所述第二分路器 /合路器的输出包括所得阵列波束；第一对可变移相器，其将第一混合分路器/合路器连接 到第二混合分路器/合路器，其中所述第一对可变移相器通过调整所述可变移相器的对应 的相位来控制主输出波束径向相对于阵列轴线的转向方向，其中所述对应的相位量值相等 且符号相反，并且其中阵列轴线垂直于阵列的平面；第二对可变移相器，其中所述第二对可 变移相器中的第一者连接到天线的阵列的+1阶相模馈送，且所述第二对可变移相器中的 第二者连接到天线的阵列的-1阶相模馈送；以及第三混合分路器/合路器，其连接到第二 对可变移相器且连接到第一混合分路器/合路器，其中第二对可变移相器用于以相等的量 值和相反的符号来调整其对应的相位，其中第二对可变移相器可独立于第一对可变移相器 被控制，并且其中第二对可变移相器控制对主输出波束在相对于阵列轴线的周向方向上的 转向的扫描。
【附图说明】
[0008] 为了更加完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，所述 附图图示具体实施例但并不将本发明的范围限制到具体实施例，其中：
[0009] 图1是图示16单元、间隔A/2的圆环阵列的0阶相模Ptl的远场图的曲线图；
[0010] 图2是图示16单元、间隔A/2的圆环阵列的-1阶相模P_i的远场图的曲线图；
[0011] 图3是图示16单元、间隔A/2的圆环阵列的1阶相模P1的远场图的曲线图；
[0012] 图4图示具有通过设定相移9控制的变比合路器的实施例波束转向器系统，其中 相移0施加到输入B;
[0013] 图5图示在来自图4的波束转向器系统的主（M)输出C处的所得经转向波束远场 辐射图的实例的绘图；
[0014] 图6图示使用一阶相模PdPP_i两者的所得经转向波束远场辐射图的实例的绘图； 以及
[0015] 图7图示所公开的波束转向系统的实施例。
【具体实施方式】
[0016] 下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各 种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和 使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0017] 本文中所公开的是2维（2D)相模波束转向系统，其使用固定数目的可变移相器和 混合分路器/合路器来实现任意数目的天线单元的圆形或多边形环阵列的电磁（EM)辐射 束的2D转向。以天线环阵列的馈送结构实施固定数目的相模。不同的相模可以各自使用天 线的单独的同心环阵列，或它们可以将天线的公共的环阵列用于任何或所有相模。可变移 相器的数目和混合分路器/合路器的数目与所使用的天线单元的数目无关。所公开的2D相 模波束转向系统和装置可以连接到相模馈送网络。关于相模馈送网络以及关于混合分路器 /合路器的其它信息可以在戴维斯，D.E.N. (Davies,D.E.N.)和里茨克，M.S.A.S. (Rizk，M. S.A.S.)在1977年10月27日的电子快报（ElectronicsLetters)的第13卷、第22期、 第669到670页上发表的"圆形阵列的多个零点的电子转向（ElectronicSteeringof MultipleNullsforCircularArrays)"中发现，所述发表内容以全文引入的方式并入本 文本中。
[0018] 在实施例中，所公开的2D相模波束转向系统使用仅4个（或任选地3个）可变移 相器和仅3个（或任选地2个）混合分路器/合路器来实现任何数目的天线单元的圆环阵 列的波束的2维转向。仅需要以圆环阵列的馈送结构实施3个（或任选地2个）相模。所 述相模可以各自将单独的同心环阵列或公共阵列用于任何或所有相模。〇阶相模还可以使 用填满的平面多边形阵列，且+1阶和-1阶相模可以使用在此阵列的外周上的多边形单元 环；几何结构的这些变化应理解为隐含在如此描述中所使用的术语"圆环阵列"中。
[0019] 因此，所公开的系统和装