无线信号发射天线、无线信号接收天线、无线信号发射系统、无线信号发射方法和无线信号接收方法技术方案

根据本发明专利技术，当进行无线通信时，可以将信号形成为螺旋波束(H)，可以改变信号的螺距，并且可以发射和接收具有不同螺距的多个螺旋波束(H)。本发明专利技术涉及一种无线信号发射天线(10)，其包括：具有在圆周上等间隔配置的N个天线元件(A1、...、AN)(其中，N是满足N≥2的整数)的信号发送装置(A)；以及信号分配装置(B)，其用于从输入的第一信号(S)生成彼此具有相位差的N个第二信号(G1、...、GN)并分别输出N个第二信号(G1、...、GN)到N个天线元件(A1、...、AN)，使得从该信号发送装置(A)输出具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束(H)。

Wireless signal transmitting antenna, radio signal receiving antenna, radio signal transmitting system, radio signal transmitting method and radio signal receiving method

According to the invention, when wireless communication is carried out, the signal can be formed into a helical beam (H), which can change the pitch of the signal and can emit and receive a plurality of helical beams (H) with different pitches. The invention relates to a wireless signal transmitting antenna (10), including: N antenna elements in circumference spacing (A1,..., AN (N) which is to meet the N = 2 integer) the signal transmitting device (A); and the signal distribution unit (B), which is used for from the first input signal (S) generated each other with N second signal phase difference (G1,..., GN) and N second signal output (G1,..., GN) to the N antenna elements (A1,..., AN), the device from sending the signal (A) output with a spiral the inclined surface of spiral beam (H).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种将信号形成螺旋波束并将其无线传输的无线信号发射天线、无线信号接收天线、无线信号发射系统、无线信号发射方法和无线信号接收方法。
技术介绍
当前用于无线通信的频率范围内的通信正在接近极限。为了解决这个问题，将轨道角动量(OAM)添加入无线信号以使信号形成螺旋波束并发射和接收该信号的通信技术正在研究之中。形成为螺旋波束的信号具有将等相面以螺旋形式扭转的特征。通过改变螺旋波束的等相面的螺距，有可能形成无限正交模式信号。因此，通过对于无线通信使用螺旋波束，有可能在相同频率上执行多个通信，从而实现更高速度和更高容量的通信。例如，在非专利文献1和非专利文献2中公开了使用处于添加了轨道角动量的螺旋波束的信号的通信的研究。非专利文献1公开了螺旋波束的形成，其中通过使用具有反射单元51的OAM天线50将轨道角动量添加到信号上，其中在抛物面天线的一部分上作出切口，如图16所示。非专利文献2公开了实验，该实验示出：作为使用OAM天线50形成螺旋波束并发射信号的结果，该信号可以在位于远距离的接收点处被接收。引用列表非专利文献NPL1：\BRwitnessesexperimentonRadioOrbitalAngularMomentum(OAM)withpotentialfordrasticimprovementinspectrumefficiency\，ITU，Internet(URL：http://www.itu.int/en/ITU-R/trends/OAM/Pages/default.aspx)NPL2：FabrizioTamburini和其他五位，NewJournalofPhysics2012/3/1\Encodingmanychannelsonthesamefrequencythroughradiovorticity:firstexperimentaltest\，Internet(URL：http://iopscience.iop.org/1367-2630/14/3/033001)
技术实现思路
技术问题根据非专利文献1和非专利文献2中公开的OAM天线50，有可能形成螺旋波束并发射信号。对于实际的高速和高容量通信，需要对具有不同螺距的多个螺旋波束的多路复用。然而，由于OAM天线50通过使用反射单元51—其中在抛物面天线的一部分形成切口—来物理地形成螺旋波束，所以不可能改变螺旋波束的螺距。因此，非专利文献1和非专利文献2中公开的OAM天线具有不可能形成具有不同螺距的多个螺旋波束的问题。本专利技术的一个示例性目的是提供一种无线信号发射天线、无线信号接收天线、无线信号发射系统、无线信号发射方法、和无线信号接收方法，其针对无线通信可以将信号形成螺旋波束并改变该信号的螺距，并且进一步那个同时使用具有不同螺距的多个螺旋波束以用于无线通信。解决方案本专利技术的一个示例性方面是一种无线信号发射天线，包括信号发送装置，其具有在圆周上等间隔配置的N个天线元件(其中N是满足N≥2的整数)；以及信号分配装置，用于从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号，并将N个第二信号分别输出到N个天线元件，使得从该信号发送装置输出具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束。本专利技术的一个示例性方面是一种无线信号接收天线，包括信号接收装置，其具有在圆周上等间隔配置的X个天线元件(其中X是满足X≥2的整数)；以及信号合成装置，用于分别接收由信号接收装置从该N个天线元件接收的具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束作为X个第二信号，将相位差添加到该X个第二信号中的每一个，并且合成并输出第一信号。本专利技术的一个示例性方面是一种无线信号发射方法，包括从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号；以及将该N个第二信号分别输出到N个天线元件，使得从具有在圆周上等间隔配置的N个天线元件(其中N是满足N≥2的整数)的信号发送装置输出具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束。本专利技术的一个示例性方面是一种无线信号接收方法，包括分别接收由具有在圆周上等间隔配置的X个天线元件(其中X是满足X≥2的整数)的信号接收装置从该N个天线元件接收的具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束作为X个第二信号，向该X个第二信号中的每一个添加相位差，从其合成第一信号，并输出第一信号。本专利技术的一个示例性方面是一种无线信号发射系统，包括信号发送装置，用于通过N个天线元件(其中N是满足N≥2的整数)来输出发射信号；以及信号分配装置，用于从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号，并将该N个第二信号分别输出到该N个天线元件，其中N个天线元件在圆周上等间隔配置。有益效果根据本专利技术的示例性方面的无线信号发射天线、无线信号接收天线、无线信号发射系统、无线信号发射方法和无线信号接收方法，有可能将信号形成螺旋波束并改变信号的螺距以用于无线通信，以及进一步同时使用具有不同螺距的多个螺旋波束以用于无线通信。附图说明图1是示出根据第一示例性实施例的无线发射天线的结构的视图。图2是示出使用Butler矩阵馈电电路的信号分配电路的原理的视图。图3是示出由信号发送装置A形成螺旋波束的方式的视图。图4是示出使用具有多个输入端口的Butler矩阵馈电电路的信号分配电路的原理的视图。图5是示出由无线发射天线形成螺旋波束的过程的流程图。图6是示出根据第二示例性实施例的无线发射天线中包括的信号分配电路的结构的视图。图7是示出将M个不同的第一信号输入无线发射天线的状态的视图。图8是示出由无线发射天线形成M个不同螺旋波束的过程的流程图。图9是示出根据第三示例性实施例的无线接收天线的结构的视图。图10是示出由无线接收天线接收螺旋波束的过程的流程图。图11是示出根据第四示例性实施例的无线接收天线中包括的信号合成电路的结构的视图。图12是示出由无线接收天线接收M个不同的螺旋波束的过程的流程图。图13是示出根据第五示例性实施例的无线发射和接收系统的结构的视图。图14是示出根据第七示例性实施例的无线发射天线的修改的示例的视图。图15是示出根据第八示例性实施例的无线发射天线的结构的视图。图16是示出根据现有技术的OAM天线的视图。具体实施方式第一示例性实施例以下参照附图描述本专利技术的示例性实施例。[第一示例性实施例]如图1所示，无线发射天线(无线发射系统)10包括：信号发送装置A，其具有在圆周上等间隔配置的N个天线元件A1、A2、...、AN(其中N是2或2以上的整数)；信号输入端口(信号输入装置)C，其用于输入第一信号S1、...、SM；以及信号分配电路(信号分配装置)B，其用于将输入的第一信号S1、...、SM以相等功率分配给N个第二信号的S2并将它们分别输出到天线元件A1、A2、...、AN。通过这种结构，无线发射天线10可以通过天线元件A1、A2、...、AN从输入的第一信号S1、...、SM形成并发射处于螺旋波束的发射信号。例如，天线元件A1、...、AN在直径为30cm的圆周上等间隔配置。这些多个天线元件A1、...、AN构成信号发送装置A。信号发送装置A对应于反射单元51，该反射单元51是具有图16所示的切口的抛物面天线。例如，可以使用抛物面天线作为天线元件A1、...、AN中的每个天线元件。信号发送装置A和信号分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线信号发射天线，包括：信号发送装置，所述信号发送装置具有在圆的圆周上等间隔的N个天线元件(其中，N是满足N≥2的整数)；以及信号分配装置，所述信号分配装置用于从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号，并且将所述N个第二信号分别输出到所述N个天线元件，使得从所述信号发送装置输出具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无线信号发射天线，包括：信号发送装置，所述信号发送装置具有在圆的圆周上等间隔的N个天线元件(其中，N是满足N≥2的整数)；以及信号分配装置，所述信号分配装置用于从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号，并且将所述N个第二信号分别输出到所述N个天线元件，使得从所述信号发送装置输出具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束。2.根据权利要求1所述的无线信号发射天线，其中，所述信号分配装置分配信号，使得具有指定的相位差的所述第二信号被输入到在所述信号发送装置中相邻的所述天线元件，所述相位差在所述圆周方向上以增量步长增加。3.根据权利要求2所述的无线信号发射天线，其中，当输入M个不同的第一信号(其中，M是满足M≤N的整数)时，所述信号分配装置生成所述第二信号并将所述第二信号分别输出到所述N个天线元件，使得从所述信号发送装置输出M个不同的螺旋波束。4.根据权利要求3所述的无线信号发射天线，进一步包括：另一信号分配装置，所述另一信号分配装置用于接收与所述第一信号正交的M个不同的其它第一信号，并且输出与所述第二信号正交的N个其它第二信号，使得所述信号发送装置形成所述螺旋波束的正交偏振波。5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线信号发射天线，其中，基于信号发射和接收距离来改变所述天线元件所位于的所述圆周的直径。6.一种无线信号接收天线，包括：信号接收装置，所述信号接收装置具有在圆的圆周上等间隔的X个天线元件(其中，X是满足X≥2的整数)；以及信号合成装置，所述信号合成装置用于接收由所述信号接收装置从所述N个天线元件接收的具有螺旋倾斜的等相面的螺旋波束分别作为X个第二信号，将相位差添加到所述X个第二信号中的每一个，从其合成第一信号，并且输出所述第一信号。7.根据权利要求6所述的无线信号接收天线，其中，所述信号合成装置将指定的相位差添加到从所述信号接收装置中相邻的所述天线元件输入的所述X个第二信号，使得所述相位差在所述圆周方向上以减量步长减小。8.根据权利要求7所述的无线信号接收天线，其中，当所述信号接收装置接收Y个不同的螺旋波束(其中，Y是满足Y≤X的整数)时，所述信号合成装置分别从所述N个天线元件接收第二信号，并且生成Y个不同的第一信号。9.根据权利要求8所述的无线信号接收天线，进一步包括：另一信号合成装置，所述另一信号合成装置用于当所述信号接收装置接收所述螺旋波束的正交偏振波时，输出与所述第一信号正交的另一第一信号。10.根据权利要求6至9中任一项所述的无线信号接收天线，其中，基于信号发射和接收距离来改变所述天线元件所位于的所述圆周的直径。11.一种无线信号发射系统，包括：信号发送装置，所述信号发送装置用于通过N个天线元件(其中N是满足N≥2的整数)来输出发射信号；以及信号分配装置，所述信号分配装置用于从输入的第一信号生成彼此具有相位差的N个第二信号，并将所述N个第二信号分别输出到所述N...

【专利技术属性】
技术研发人员：平部正司，丸次夫，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP