CN109449600B - 电控切换多极化喇叭天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控切换多极化喇叭天线，涉及通信天线技术领域。所述喇叭天线包括喇叭天线本体，还包括极化控制器和极化切换装置，所述控制模块通过控制所述线极化控制生成模块、圆极化控制生成模块以及极化选择模块使所述喇叭天线工作在水平极化、垂直极化、左旋圆极化或右旋圆极化模式。所述天线可实现不同极化方式间的快速切换，切换采用电切换，而不是采用人工置换天线。采用本申请所述天线，可有效缩短测试时间，减少测试人员更换天线次数，更准确地测量被测器件在各种极化方式下的特性。
Description
技术领域
本发明涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种电控切换多极化喇叭天线。
背景技术
天线是一种电磁场能量变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。其属于是无线电设备中用来发射或接收电磁波的核心部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都需要依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
天线发射出的电磁波电场方向和磁场方向是互相垂直的，天线的极化方向以电场方向定义，如果电场方向垂直于地面（磁场必定水平于地面），叫垂直极化波，反之叫水平极化波。天线架设方向必须与极化方向相同，否则不能接收信号，或者效率很差。收音机的天线通常竖着拉出，因为是垂直极化波；电视机天线通常水平架设，因为是水平极化波。
天线极化与光学偏振相类似，涉及根据电磁辐射的朝向对电磁辐射进行发送和接收。通过光学偏振，胶片或玻璃可阻挡朝某个方向偏振的光线（即变得更暗），并同时允许偏振正确的光线通过。这与天线相类似——天线的极化情况决定了其电磁辐射收发性能。
极化以电磁辐射电场分量的振荡平面为基础。如果电磁波的极化被天线极化旋转抵消，则该天线仅能捕获所述电磁波的一部分。因此，如果发射天线和接收天线以同一平面为基准平面，则为了实现通信链路的最佳效率，其极化方向应当相同。
虽然存在多种极化类型，但主要的为三种。射频天线通常为线极化或圆极化天线。线极化天线通常为垂直极化或水平极化天线，而圆极化天线为左旋或右旋圆极化天线。此外，还有一种常见的极化类型为由线极化和圆极化通过复杂组合而形成的椭圆极化。
线极化系统的极化损耗取决于线极化天线和电磁波的极化矢量之间的角度，而且最大极化损耗发生于两者之间呈45度角时。在45度的极化矢量偏转角度下，最大极化损耗为0.5（即3dB）。在圆极化或椭圆极化系统的情形下，极化损耗的计算更加复杂，而且最大极化损耗可高达30dB。虽然存在极化损耗，但以不同方式极化的天线仍可从具有不同极化类型的电磁波中接收到信号。因此，极化可实现的信号隔离效果具有一定的限度。
在通常情况下，可根据应用要求，选择天线极化方式。不同应用可从不同的极化方式获得更佳效果。例如，由于垂直极化电磁波比水平极化电磁波更加易于穿过起伏不平的地貌，因此垂直极化天线在陆地移动通信用途中具有更佳表现，而水平极化方式在仰赖电离层且通常为长距离通信的用途中表现更好。此外，由于圆极化通常可更佳地缓解卫星定向偏移导致的衰弱，因此圆极化常用于卫星通信。
由此可见，在不同的应用系统中，需要不同极化方向的天线来实现电磁能量发射和接收的最大化。目前多是采用几个已知的极化方向的天线来进行测试测量或者接收电磁场信号，在实际过程中，需要测试人员不断的更换测试天线，且需要不同的校准，这就加大了测试人员的测试难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以快速的实现极化方向切换的电控切换多极化喇叭天线。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电控切换多极化喇叭天线，包括喇叭天线本体，其特征在于：还包括极化控制器和极化切换装置，所述极化控制器包括线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块，控制模块的信号输出端分别与所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的信号输入端连接，所述线极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生水平或垂直的极化控制信号， 所述圆极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生左旋圆极化或右旋圆极化控制信号；所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的输出端与所述极化选择模块的输入端连接，所述极化选择模块的输出端与所述天线本体上的极化切换装置的控制输入端连接，所述极化选择模块用于在所述控制模块的控制下选择水平极化控制信号、垂直极化控制信号、左旋圆极化控制信号或右旋圆极化控制信号中的一种输出给极化切换装置；所述极化切换装置用于在控制模块的控制下进行动作，对接收到的信号或发射的信息进行切换，使所述喇叭天线工作在水平极化、垂直极化、左旋圆极化或右旋圆极化模式；电源模块与所述极化控制器以及极化切换装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。
进一步的技术方案在于：所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，所述脊的下端固定有腔体，所述腔体用于放置电子元器件。
进一步的技术方案在于：所述喇叭天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，所述脊的下端固定有腔体，所述腔体用于放置电子元器件，所述脊的外周固定有天线壁。
进一步的技术方案在于：通过控制水平极化分量以及垂直极化分量的相位超前和滞后关系产生左旋圆极化分量或者右旋圆极化分量。
进一步的技术方案在于：所述喇叭天线使用航空插座输入控制信号。
进一步的技术方案在于：所述极化切换装置包括多路选择开关S1、双刀双掷可控开关S2、单刀双掷可控开关S3、单刀双掷可控开关S4和电桥模块，所述多路选择开关S1的公共接线端为所述喇叭天线的信号输入和输出端，所述多路选择开关S1的四个分接线端分别与单刀双掷可控开关S3的一个分接线端、单刀双掷可控开关S4的一个分接线端以及电桥模块同侧的两个接线端连接，所述电桥模块的另一侧的两个接线端与所述双刀双掷可控开关S2同侧的两个分接线端连接，所述双刀双掷可控开关S2另一侧的两个分接线端分别与所述可控开关S3的另一个分接线端以及所述可控开关S4的另一个分接线端连接，所述可控开关S3的总接线端以及所述可控开关S4的总接线端分别与喇叭天线本体的两个信号接线端连接，所述极化控制器的控制输出端与所述可控开关S1-S4的控制端连接，用于在所述极化控制器的控制下进行动作。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）天线带宽宽，可有效工作于微波毫米波频段。2）天线可支持4种极化方式工作，垂直极化、水平极化、左旋圆极化或右旋圆极化。3）天线可实现不同极化方式间的快速切换，切换采用电切换，而不是采用人工置换天线。4）天线可承受功率大，质量轻便。5）天线加工工艺简单，可靠性高。综上，采用本申请所述天线，可有效缩短测试时间，减少测试人员更换天线次数，更准确地测量被测器件在各种极化方式下的特性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述喇叭天线的第一种结构示意图；
图2是本发明实施例所述喇叭天线的第二种结构示意图；
图3是本发明实施例中右旋圆极化的信号示意图；
图4是本发明实施例中左旋圆极化的信号示意图；
图5是本发明实施例中水平极化的信号示意图；
图6是本发明实施例中垂直极化的信号示意图；
图7是本发明实施例中所述极化控制器的原理框图；
图8是本发明实施例中所述极化切换装置的原理框图；
其中：1、喇叭天线本体；2、脊；3、天线壁4、腔体。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，公开了一种电控切换多极化喇叭天线，包括喇叭天线本体1，所述喇叭天线本体1包括四个呈圆周状排列的脊2，所述脊的下端固定有腔体4，所述腔体4用于放置电子元器件。如图2所示，公开了另一种电控切换多极化喇叭天线，所述喇叭天线本体1包括四个呈圆周状排列的脊2，所述脊的下端固定有腔体4，所述腔体4用于放置电子元器件，所述脊的外周固定有天线壁3。需要说明的是，喇叭天线的具体形式有多种，在此不做赘述。
本申请不同于现有技术之处在于，所述喇叭天线还包括极化控制器和极化切换装置，如图7所示，所述极化控制器包括线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块，控制模块的信号输出端分别与所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的信号输入端连接，所述线极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生水平或垂直的极化控制信号， 所述圆极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生左旋圆极化或右旋圆极化控制信号；所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的输出端与所述极化选择模块的输入端连接，所述极化选择模块的输出端与所述天线本体上的极化切换装置的控制输入端连接，所述极化选择模块用于在所述控制模块的控制下选择水平极化控制信号、垂直极化控制信号、左旋圆极化控制信号或右旋圆极化控制信号中的一种输出给极化切换装置；所述极化切换装置用于在控制模块的控制下进行动作，对接收到的信号或发射的信息进行切换，使所述喇叭天线工作在水平极化、垂直极化、左旋圆极化或右旋圆极化模式；电源模块与所述极化控制器以及极化切换装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。
如图8所示，所述极化切换装置包括多路选择开关S1、双刀双掷可控开关S2、单刀双掷可控开关S3、单刀双掷可控开关S4和电桥模块，所述多路选择开关S1的公共接线端为所述喇叭天线的信号输入和输出端，所述多路选择开关S1的四个分接线端分别与单刀双掷可控开关S3的一个分接线端、单刀双掷可控开关S4的一个分接线端以及电桥模块同侧的两个接线端连接，所述电桥模块的另一侧的两个接线端与所述双刀双掷可控开关S2同侧的两个分接线端连接，所述双刀双掷可控开关S2另一侧的两个分接线端分别与所述可控开关S3的另一个分接线端以及所述可控开关S4的另一个分接线端连接，所述可控开关S3的总接线端以及所述可控开关S4的总接线端分别与喇叭天线本体1的两个信号接线端连接，所述极化控制器的控制输出端与所述可控开关S1-S4的控制端连接，用于在所述极化控制器的控制下进行动作。本申请所述天线通过极化控制器控制所述极化切换装置中的可控开关进行切换，改变输入信号和输出信号的方式，从而实现不同极化信号的切换。
本发明所提出的天线是一款电控多极化宽带天线，单个天线可实现微波毫米波频段四种极化方式（垂直极化、水平极化、左旋圆极化、右旋圆极化）的电切换，切换速度极快。附图1以一款工作于0.7GHz到10GHz的天线来进行详细的阐述。天线控制采用 TTL(Transistor-Transistor Logic) 电平控制，规定输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V，TTL电平是控制器与各个外部设备之间通信的标准技术，方便与各种控制器连接。该天线适用于实验室测试环境，用于发射或者接收电磁波信号，其宽带、多极化、快切换的特点可以有效缩短测试时间，减少测试人员更换天线次数，更准确地测量被测器件在各种极化方式下的特性。其具体的参数如下表1所示。
表1 天线参数表
所述天线通过配合加装的极化控制器，可实现四种极化的切换。天线的极化方式分为圆极化和线极化两大类，其中圆极化又可以分为左旋圆极化和右旋圆极化，线极化以地面为参考可分为垂直极化、水平极化。电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化，当电磁波的极化面与大地法线面之间的夹角从 0~360 度周期地变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。所述天线能够实现全部四种极化方式。
四种极化：
1. 垂直极化（V）：电场方向垂直于地面
2. 水平极化（H）：电场方向水平于地面
3. 左旋圆极化（L）：电场随时间旋转并与电磁波传播方向成左螺旋关系
4. 右旋圆极化（R）：电场随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系
两个线极化合成圆极化的原理如下
（垂直极化分量）
（水平极化分量）
两个分量空间合成后就形成圆极化波，通过控制两个分量的相位超前滞后关系就能够实现左旋圆极化或者右旋圆极化。具体的极化方式可参考图3-图6。通过电信号实现天线不同的极化方式工作。所述天线对外接口有两个，一个是Y2M(YP21)航空插座，用于输入电源和控制信号，一个是SMA接头射频连接器用于输入输出射频信号，航空插座针脚的功能定义如下表2所示。
表2 针脚功能定义
所述天线极化方式通过 5 个TTL 电平控制脚控制，分别为 V、H、C/L、R、L，其中C/L 脚是选择天线工作在圆极化还是线极化方式，当 C/L 为高电平，天线工作在圆极化方式，当 C/L 为低电平，天线工作在线极化方式。 不同的极化方式按表3操作控制脚即可。在进行极化切换时，射频功率不能高于 2W，切换完成后射频功率不超过20W。逻辑电平 1 电压范围为 2.5-5V,逻辑电平 0 电压范围为0-0.8V。
表3 极化方式控制表
（1）天线带宽宽，可有效工作于微波毫米波频段。
（2）天线可支持4种极化方式工作，垂直极化、水平极化、左旋圆极化或右旋圆极化。
（3）天线可实现不同极化方式间的快速切换，切换采用电切换，而不是采用人工置换天线。
（4）天线可承受功率大，约20W，质量轻便，不足6kg。
（4）天线加工工艺简单，可靠性高。
采用本申请所述天线，可有效缩短测试时间，减少测试人员更换天线次数，更准确地测量被测器件在各种极化方式下的特性。
Claims (3)
1.一种电控切换多极化喇叭天线，包括喇叭天线本体（1），其特征在于：还包括极化控制器和极化切换装置，所述极化控制器包括线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块，控制模块的信号输出端分别与所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的信号输入端连接，所述线极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生水平或垂直的极化控制信号， 所述圆极化控制生成模块用于在控制模块的控制下产生左旋圆极化或右旋圆极化控制信号；所述线极化控制生成模块以及圆极化控制生成模块的输出端与极化选择模块的输入端连接，所述极化选择模块的输出端与所述天线本体上的极化切换装置的控制输入端连接，所述极化选择模块用于在所述控制模块的控制下选择水平极化控制信号、垂直极化控制信号、左旋圆极化控制信号或右旋圆极化控制信号中的一种输出给极化切换装置；所述极化切换装置用于在控制模块的控制下进行动作，对接收到的信号或发射的信息进行切换，使所述喇叭天线工作在水平极化、垂直极化、左旋圆极化或右旋圆极化模式；电源模块与所述极化控制器以及极化切换装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；通过控制水平极化分量以及垂直极化分量的相位超前和滞后关系产生左旋圆极化分量或者右旋圆极化分量；
所述极化切换装置包括多路选择开关S1、双刀双掷可控开关S2、单刀双掷可控开关S3、单刀双掷可控开关S4和电桥模块，所述多路选择开关S1的公共接线端为所述喇叭天线的信号输入和输出端，所述多路选择开关S1的四个分接线端分别与单刀双掷可控开关S3的一个分接线端、单刀双掷可控开关S4的一个分接线端以及电桥模块同侧的两个接线端连接，所述电桥模块的另一侧的两个接线端与所述双刀双掷可控开关S2同侧的两个分接线端连接，所述双刀双掷可控开关S2另一侧的两个分接线端分别与所述单刀双掷可控开关S3的另一个分接线端以及所述单刀双掷可控开关S4的另一个分接线端连接，所述单刀双掷可控开关S3的总接线端以及所述单刀双掷可控开关S4的总接线端分别与喇叭天线本体（1）的两个信号接线端连接，所述极化控制器的控制输出端与开关S1-S4的控制端连接，用于在所述极化控制器的控制下进行动作。
2.如权利要求1所述的电控切换多极化喇叭天线，其特征在于：所述喇叭天线本体（1）包括四个呈圆周状排列的脊（2），所述脊的下端固定有腔体（4），所述腔体（4）用于放置电子元器件。
3.如权利要求1所述的电控切换多极化喇叭天线，其特征在于：所述喇叭天线本体（1）包括四个呈圆周状排列的脊（2），所述脊的下端固定有腔体（4），所述腔体（4）用于放置电子元器件，所述脊的外周固定有天线壁（3）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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