[发明专利]一种基于多谐振结构的单馈电抗多径自适应天线

说明书

技术领域

本发明涉及自适应天线，尤其是涉及用于复杂环境通信的一种基于多谐振结构的单馈电抗多径自适应天线。

背景技术

自适应天线可以控制天线方向图的最大波束方向，并可实现多波束。在通信、雷达、电子对抗等领域有着广泛的应用。如数字智能天线、相控阵天线等都可以实现类似功能。尤其在复杂多径环境下，自适应天线可以控制多个方向的辐射幅度和相位，因此可以在通信目标区域实现信号的叠加从而消除多径干扰提高链路质量。在这种环境中，自适应天线相对于单一波束或者不能灵活控制幅度和相位的一般电控扫描天线具有明显的优势。

传统的相控阵电控扫描天线利用移相器实现波阵面合成，从而实现了扫描，其成本高，重量大，算法复杂。数字波束形成天线(智能天线)需要多路收发通道，其系统总成本较高，计算开销大，因此一般用于军用领域，在工业与民用领域很少采用。

中国专利201110408303.3公开的电控扫描天线结构，成本低、重量轻、算法简单。但用来实现波束控制的有源频率选择表面只具有透射波幅度控制能力而不具有相位控制能力，因此无法对波振面的等相位面进行控制，只能利用内部的辐射器天线实现垂直面高增益而无法实现水平面高增益。中国专利201410152975.6公开的电控扫描天线基于空间移相表面。这种天线可以利用相位控制实现高增益波束扫描或者多波束扫描。但是由于其只能实现相位控制，不能对波束的幅度进行有效控制，因此在实际的多径环境中无法控制多个辐射方向的信号叠加，在抗多径应用时具有局限性。

发明内容

本发明的目的是提供成本低、重量轻、可以在水平面(即方位面内)实现全方向的幅度与相位控制的一种基于多谐振结构的单馈电抗多径自适应天线。

本发明设有全向天线、可控谐振器和支撑件；

所述可控谐振器设有至少3片谐振单元，各谐振单元以全向天线为中心轴间隔环绕形成对称分布的谐振单元阵列，全向天线和可控谐振器设于支撑件上。

所述全向天线可采用单极子天线、偶极子天线、双锥天线、串馈天线等轴向全向天线中的一种。

所述可控谐振器可设有12片谐振单元，各谐振单元最好均为相同的长方形。

所述可控谐振器的有源空间移相表面可为带通式有源空间移相表面或带阻式有源空间移相表面，在通带或阻带边缘具有相位控制能力。

所述有谐振单元的形状为长方形，结构一致，但受控于独立的控制信号。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明的工作原理主要是：位于天线中心的全向天线辐射载波信号，该载波信号与围绕其周围的谐振器发生共振，进而向外二次辐射。谐振器的谐振状态受控于控制信号，利用谐振状态的改变来控制谐振器二次辐射信号的幅度和相位，进而控制天线整体的幅度方向图和相位方向图。对比于上述中国专利201110408303.3公开的电控扫描天线以及中国专利201410152975.6公开的电控扫描天线，本发明可以同时控制辐射的幅度和相位，因此在复杂多径环境下更有利于实现抗多径的效果。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3是本发明的幅度方向图与相位方向图示意图。图3中的标记3为幅度方向图，标记4为相位方向图。

图4是本发明实施例实现的抗多径原理示意图。标记6,7,8是三个信号传播途径示意；标记9为目标区域。

具体实施方式

参见图1～4，本发明实施例设有全向天线1、可控谐振器2和支撑件3；所述可控谐振器2设有12片谐振单元，各谐振单元以全向天线1为中心轴间隔环绕形成对称分布的谐振单元阵列，各谐振单元均为相同的长方形，全向天线1和可控谐振器2设于支撑件3上。

所述全向天线1可采用单极子天线、偶极子天线、双锥天线、串馈天线等轴向全向天线中的一种。

所述可控谐振器2的有源空间移相表面可为带通式有源空间移相表面或带阻式有源空间移相表面，在通带或阻带边缘具有相位控制能力。

本发明的谐振单元数量可以变化，数量越多可实现的方向图控制越灵活，抗多径效果越好。通过分别调整全向天线周围的各有谐振单元的控制信号，进而控制在某指定频率下的天线辐射出信号在各个方向上的相位和幅值大小，从而灵活控制幅度方向和相位方向。

参见图4，在复杂环境下，不同方向的信号通过不同路径6,7,8传播，在目标区域9叠加并被接收。具体使用本发明作为通信天线发射端时，可利用接收端反馈的信号强度数据作为判断信号强度的依据。根据该信号强度，利用随机优化或者遗传算法等优化算法调整谐振器的谐振状态以使目标区域的信号强度得到优化，从而实现更好的链路质量。计算，仿真以及实测数据显示该天线在室内复杂环境抗驻波性能可达到20dB以上。