用于减少功耗的轴对称的稀疏的数字波束形成阵列制造技术

本申请公开用于减少功耗的轴对称的稀疏的数字波束形成阵列。天线盘包括根据多边形网格布置为稀疏阵列的多个天线元件。多边形网格包括关于网格的中心多边形对称布置的多个成对多边形。在网格的每个多边形中，将多个天线元件布置成关于中心点的对称对，使得每个对称对的第一和第二天线元件是彼此的复共轭。

Axisymmetric Sparse Digital Beamforming Array for Reducing Power Consumption

【技术实现步骤摘要】
用于减少功耗的轴对称的稀疏的数字波束形成阵列
本公开一般涉及天线领域，并且更具体地涉及数字波束形成天线。
技术介绍
数字波束形成(DBF)是一种用于定向信号发送和接收的技术。在结构上，DBF天线的架构包括关于天线盘(antennaplatter)分布的多个天线元件(例如，“阵列”)，其中每个天线元件(或天线元件组-例如，“子阵列”)连接到多个收发器中的一个。在DBF天线处接收的信号在元件和/或子阵列级别被检测、下变频和数字化，以及然后由数字波束处理器处理以形成期望的波束。噪声和失真在多个收发器之间是去相关的。在发送侧，数字波束处理器通过对由每个天线元件或子阵列形成的多个子波束求和来形成所需的天线波束。数字波束处理器能够通过改变选择天线元件的输出来数字地“操纵”天线波束。因此，利用DBF技术，聚焦的天线波束可以在阵列前面的广角上以任何方向发送到接收站，但是不必物理地移动天线。
技术实现思路
本公开的各方面涉及用于相控阵天线系统的天线盘，以及涉及对应的用于设计和构造用于相控阵天线系统的天线盘的方法。根据本公开，这些方面可以例如由计算设备实现。在一个方面，相控阵天线系统包括天线盘和多个天线元件。多个天线元件根据包括多个多边形对的多边形网格分布在天线盘上。每个多边形对包括关于天线盘的中心对称布置的第一和第二多边形。另外，每个多边形对中的多个天线元件关于多边形的中心点对称布置，使得每个对称对的天线元件是彼此的复共轭。在一个方面，多个天线元件包括稀疏的(thinned)天线阵列。另外，天线盘上的多个天线元件的密度根据距天线盘中心的距离而变化。在一个方面，天线盘上的多个天线元件的密度随着距天线盘的中心的距离的增加而减小。在一个方面，每个多边形对的第一和第二多边形的尺寸和形状是相同的。此外，在一个方面，第一多边形对的第一和第二多边形不同于第二多边形对的第一和第二多边形。在这些方面，第一多边形对的第一多边形和第二多边形对的第一多边形可以具有不同的尺寸和/或形状。在一个方面，第一多边形对的第一和第二多边形与第二多边形对的第一和第二多边形分别具有相同的尺寸和形状。在这些方面中，第一多边形对的第一多边形中的天线元件的分布图案与第二多边形对的第一多边形中的天线元件的分布图案相同。在一个方面，每个多边形对的第一和第二多边形中的天线元件的分布是每个多边形对的第一和第二多边形的尺寸和形状的函数。在一个方面，本公开提供了一种确定用于相控阵天线系统的天线元件的分布的方法。在该方面，该方法包括根据多边形网格在天线盘上分布多个天线元件。多边形网格包括多个多边形，该多个多边形关于天线盘的中心对称布置成多边形对。此外，分布多个天线元件包括：对于每个多边形对中的每个多边形，将多个天线元件关于多边形的中心点布置成对称对，使得每个对称对的天线元件是彼此的复共轭。在一个方面，天线元件的每个对称对包括第一和第二天线元件，并且在每个多边形中将多个天线元件布置成对称对包括将每个对称对的第一和第二天线元件布置成与中心点基本等距。在一个方面，该方法进一步使多个天线元件稀疏，使得天线盘上的多个天线元件的密度根据距天线盘的中心的距离而变化。在这些方面中，天线盘上的多个天线元件的密度随着距天线盘的中心的距离的增加而减小。在一个方面，每个多边形对包括全等的第一和第二多边形。在一个方面，第一多边形对的第一和第二多边形与第二多边形对的第一和第二多边形是非全等的。在这些方面中，第一多边形对的第一多边形中的天线元件的分布图案不同于第二多边形对的第一多边形中的天线元件的分布图案。在一个方面，该方法还要求确定多边形网格中的多边形对的一个或更多个集合。在这些方面，每个集合中的每个多边形对的第一和第二多边形的尺寸和形状分别是全等的。在这些方面中，分布多个天线元件包括分别以相同的图案分布每个多边形对的第一多边形中的天线元件和每个多边形对的第二多边形中的天线元件。在一个方面，本公开提供了一种存储用于控制可编程计算设备的计算机程序产品的非暂时性计算机可读介质。该计算机程序产品包括软件指令，当由可编程计算设备的处理电路执行时，该软件指令使得处理电路根据包括多个多边形(该多个多边形关于天线盘的中心对称布置成多边形对)的多边形网格确定天线盘上的多个天线元件的分布，并且然后将多个天线元件分布在天线盘上。为了分布多个天线元件，执行软件指令使得处理电路，针对每个多边形对中的每个多边形，将多个天线元件关于多边形的中心点布置成对称对，使得每个对称对的天线元件是彼此的复共轭。附图说明通过示例的方式说明了本公开的各方面，并且本公开的各方面不受附图的限制，附图中相同的附图标记表示相同的元件。图1说明了根据本公开的一个方面的用于相控阵天线系统的天线盘和叠加在天线盘上的多边形网格。图2说明了根据本公开的一个方面的多边形网格的多边形中的天线元件的分布。图3A-图3B说明了具有根据本公开的各方面配置的天线盘的相控阵天线的辐射图案。图4是说明根据本公开的各方面的用于确定天线盘上的多个天线元件的分布图案的方法的流程图。图5说明了根据本公开的一个方面的用于促进天线盘的制造的多边形网格。图6A-图6B说明了具有根据图5的方面配置的天线盘的相控阵天线系统的辐射图案。图7A-图7B是说明根据本公开的一个方面的用于确定天线盘上的多个天线元件的分布图案的方法的流程图。图8是说明根据本公开的各方面的被配置为确定天线元件的分布图案的计算设备的功能框图。图9是说明被配置为实现本专利技术的各方面的处理电路的功能框图。图10是说明根据本公开的一个方面配置的相控阵天线系统的功能框图。图11说明了可以利用根据本公开的各方面配置的天线盘的一些示例性设备。具体实施方式本公开的各方面涉及在稀疏的数字波束形成阵列(DBA)上的多个天线元件的分布和布置以及其设计和制造。更详细地，本公开的各方面在天线盘上叠加多边形网格。多边形网格包括多个多边形，该多个多边形关于盘的中心对称布置为多边形对。在每个多边形中，天线元件关于多边形的中心点被布置成对称对，使得每个对称对的天线元件是彼此的复共轭。以这种方式分布天线元件减少了计算波束形成参数所需的计算次数，从而减少了天线在使用时的数字信号处理计算负荷和功耗。转到附图，图1说明了叠加在用于相控阵天线系统的天线盘10上的多边形网格12。如所图示说明的方面中看到的，天线盘10的形状大致为圆形；然而，本领域普通技术人员将理解，这仅用于说明目的。由于天线盘10的尺寸和/或形状与本公开没有密切关系，因此本文描述的各方面同样适用于具有非圆形尺寸和/或形状的天线盘10。多边形网格12包括由被组织成对的多个多边形围绕的中心多边形14。每个多边形对包括第一多边形(例如，多边形16a、16c、18a、20a)和关于中心多边形14对称布置的对应的第二多边形(例如，多边形16b、16d、18b、20b)。每个多边形对中的第一多边形16a、16c、18a、20a的尺寸和形状与该多边形对中的它的对应的第二多边形16b、16d、18b、20b在尺寸和形状上基本相同。也就是说，每个多边形对中的第一和第二多边形(例如，16a、16b)是“全等的”。更详细地，如本文所使用的“全等的”意指两个或更多个多边形(例如，多边形对的多边形)的尺寸和形状(例如，形式)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵天线系统，包括：天线盘(10)；多个天线元件(22)，其根据包括多个多边形对(16)(18)(20)的多边形网格(12)分布在所述天线盘上；其中每个多边形对包括关于所述天线盘的中心对称布置的第一和第二多边形；以及其中每个多边形对的每个多边形中的所述多个天线元件被布置成关于所述多边形的中心点(C)的对称对(22‑1)(22‑2)(22‑3)，使得每个对称对的所述天线元件是彼此的复共轭。

【技术特征摘要】
2018.02.05 US 15/888,1961.一种相控阵天线系统，包括：天线盘(10)；多个天线元件(22)，其根据包括多个多边形对(16)(18)(20)的多边形网格(12)分布在所述天线盘上；其中每个多边形对包括关于所述天线盘的中心对称布置的第一和第二多边形；以及其中每个多边形对的每个多边形中的所述多个天线元件被布置成关于所述多边形的中心点(C)的对称对(22-1)(22-2)(22-3)，使得每个对称对的所述天线元件是彼此的复共轭。2.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述多个天线元件包括稀疏的天线阵列，并且其中所述天线盘上的所述多个天线元件的密度(D)根据距所述天线盘的所述中心的距离而变化。3.根据权利要求2所述的相控阵天线系统，其中所述天线盘上的所述多个天线元件的密度随着距所述天线盘的所述中心的距离的增加而减小。4.根据任一项前述权利要求所述的相控阵天线系统，其中每个多边形对的所述第一和第二多边形的尺寸和形状是相同的。5.根据权利要求4所述的相控阵天线系统，其中第一多边形对的所述第一和第二多边形不同于第二多边形对的所述第一和第二多边形。6.根据权利要求5所述的相控阵天线系统，其中所述第一多边形对的所述第一多边形和所述第二多边形对的所述第一多边形具有不同的尺寸。7.根据权利要求5所述的相控阵天线系统，其中所述第一多边形对的所述第一多边形和所述第二多边形对的所述第一多边形具有不同的形状。8.根据任一项前述权利要求所述的相控阵天线系统，其中第一多边形对的所述第一(16a)和第二(16b)多边形以及第二多边形对的所述第一(16c)和第二(16d)多边形分别具有相同的尺寸和形状。9.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中所述第一多边形对的所述第一多边形中的所述天线元件的分布图案与所述第二多边形对的所述第一多边形中的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·韦恩茨，D·L·古尔德，P·K·巴尤尔，B·M·帕克，A·C·胡勒，R·D·托宾，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US