一种天线系统及波束赋形的方法与流程

1.本技术涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线系统及波束赋形的方法。


背景技术：

2.随着无线通信技术的飞速发展，具有结构紧凑、重量轻以及高增益等特点的天线系统引起了广泛的关注。为了适应不同的环境，天线系统需要在其工作频段内，能够发射多种极化方向的波束，例如，天线系统可在两种正交的线极化以及两种旋向的圆极化之间自由切换，从而实现全极化，即该天线系统可发射水平极化波束、垂直极化波束、左旋圆极化波束和右旋圆极化波束。
3.现有的天线系统通常包含馈源和可调阵列(例如，反射阵列或透射阵列)，可通过调整馈源相对于可调阵列的位置，以令馈源发射多种极化方向的波束，从而使得天线系统支持全极化。图1为现有的天线系统实现全极化的一个示意图，如图1所示，设馈源所发射的波束为线极化波，当令馈源分别处于第一位置、第二位置、第三位置和第四位置时，馈源分别向可调阵列发射45
°
极化波束、-45
°
极化波束、水平极化波束和垂直极化波束，这些波束经过可调阵列反射(或透射)后，可对应得到左旋圆极化波束、右旋圆极化波束、水平极化波束和垂直极化波束。
4.然而，在上述天线系统中，为了能够调整馈源的位置，天线系统的结构会被设计得复杂且笨重，需要花费较多的硬件成本。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种天线系统及波束赋形的方法，可使得天线系统支持全极化，并简化天线系统的结构，节省硬件成本。
6.本技术实施例的第一方面提供了一种天线系统，该天线系统包括馈源阵列和可调阵列，其中，馈源阵列包含多个馈源，相邻两个馈源之间的夹角为周角与馈源的数量之间的比值，馈源的数量为大于或等于2的整数。
7.当需要进行波束赋形时，馈源阵列可先获取相位权值集合和幅度权值集合，然后根据相位权值集合和幅度权值集合向可调阵列发射第一波束。其中，相位权值集合包含至少一组相位权值，在每组相位权值中，一个相位权值对应一个馈源，且至少两个相位权值不同，幅度权值集合包含至少一组幅度权值，在每组幅度权值中，一个幅度权值对应一个馈源。具体地，馈源阵列可从相位权值集合和幅度权值集合中，确定为馈源阵列分配的一组相位权值和一组幅度权值。基于该组相位权值和该组幅度权值，馈源阵列可确定每个馈源的相位权值和幅度权值，因此，馈源阵列基于该组相位权值和该组幅度权值所产生的第一波束，其极化方向可在多种极化方向中切换。
8.可调阵列在接收到来自馈源阵列的第一波束后，可对第一波束进行相位补偿，得到第二波束，由于第一波束的极化方向可在多种极化方向中切换，因此第二波束的极化方向也可在多种极化方向中切换，从而使得天线系统支持全极化。
9.从上述天线系统可以看出：该天线系统能够通过电调方式控制馈源阵列发射多种极化方向的波束，使得天线系统支持全极化，由于不需要调整馈源的位置，故可简化天线系统的结构，节省硬件成本。
10.在一种可能实现的方式中，第一波束的极化方向可在水平极化、垂直极化、45
°
极化、-45
°
极化、左旋圆极化和右旋圆极化中切换，以使得第二波束的极化方向可在水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化切换，进而使得天线系统支持全极化。
11.在一种可能实现的方式中，在馈源阵列中，每个馈源可根据该馈源对应的相位权值和该馈源对应的幅度权值发射第三波束，以使得馈源阵列向可调阵列发射第一波束，其中，第一波束基于每个馈源发射的第三波束生成。由于每个馈源发射的第三波束的极化方向为线极化或每个馈源发射的第三波束的极化方向为圆极化，故第一波束的极化方向可在水平极化、垂直极化、45
°
极化、-45
°
极化、左旋圆极化和右旋圆极化中切换。
12.在一种可能实现的方式中，若第一波束的极化方向为水平极化，则第二波束的极化方向为水平极化。若第一波束的极化方向为垂直极化，则第二波束的极化方向为垂直极化。若第一波束的极化方向为左旋圆极化，则第二波束的极化方向为右旋圆极化。若第一波束的极化方向为右旋圆极化，则第二波束的极化方向为左旋圆极化。若第一波束的极化方向为45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。若第一波束的极化方向为-45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。由于第一波束的极化方向和第二波束的极化方向之间具备以上对应关系，从而使得天线系统支持全极化。
13.在一种可能实现的方式中，可调阵列包括m个可调单元，m个可调单元呈平面阵列或共形阵列设置，m为大于或等于2的整数，使得方案更加全面。
14.在一种可能实现的方式中，可调单元为反射单元或透射单元，提高了方案的可选择性和灵活度。
15.在一种可能实现的方式中，可调单元为中心对称结构或轴对称结构，提高了方案的可选择性和灵活度。
16.在一种可能实现的方式中，第一波束对应的焦距变化值与实际焦距之间的比值小于或等于预置第一数值，第一波束对应的等效焦距与可调阵列的直径之间的比值为预置第二数值，第一波束对应的焦距变化值与可调阵列的直径之间的比值为预置第三数值。其中，第一波束对应的焦距变化值为第一波束对应的等效焦距与实际焦距之间的差值，实际焦距为馈源阵列与可调阵列之间的距离，第一波束对应的等效焦距为第一波束对应的等效相位中心与可调阵列之间的距离。通过令第一波束对应的焦距变化值与实际焦距之间的比值、第一波束对应的等效焦距与可调阵列的直径之间的比值、第一波束对应的焦距变化值与可调阵列的直径之间的比值最优化，可使得天线系统的增益最大化。
17.本技术实施例的第二方面提供了一种波束赋形的方法，该方法应用于天线系统，天线系统包括馈源阵列和可调阵列，馈源阵列包括多个馈源，相邻两个馈源之间的夹角为周角与馈源的数量之间的比值，馈源的数量为大于或等于2的整数，该方法包括：
18.当需要进行波束赋形时，可先通过馈源阵列获取相位权值集合和幅度权值集合，然后通过馈源阵列根据相位权值集合和幅度权值集合向可调阵列发射第一波束。其中，相位权值集合包含至少一组相位权值，在每组相位权值中，一个相位权值对应一个馈源，且至少两个相位权值不同，幅度权值集合包含至少一组幅度权值，在每组幅度权值中，一个幅度
权值对应一个馈源。具体地，馈源阵列可从相位权值集合和幅度权值集合中，确定为馈源阵列分配的一组相位权值和一组幅度权值。基于该组相位权值和该组幅度权值，馈源阵列可确定每个馈源的相位权值和幅度权值，因此，馈源阵列基于该组相位权值和该组幅度权值所产生的第一波束，其极化方向可在多种极化方向中切换。
19.可调阵列在接收到来自馈源阵列的第一波束后，可通过可调阵列对第一波束进行相位补偿，得到第二波束，由于第一波束的极化方向可在多种极化方向中切换，因此第二波束的极化方向也可在多种极化方向中切换，从而使得天线系统支持全极化。
20.从上述波束赋形的方法可以看出：该天线系统能够通过电调方式控制馈源阵列发射多种极化方向的波束，使得天线系统支持全极化，由于不需要调整馈源的位置，故可简化天线系统的结构，节省硬件成本。
21.在一种可能实现的方式中，第一波束的极化方向为水平极化、垂直极化、45
°
极化、-45
°
极化、左旋圆极化和右旋圆极化中的一种，第二波束的极化方向为水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化中的一种。
22.在一种可能实现的方式中，通过馈源阵列根据相位权值集合和幅度权值集合发射第一波束包括：通过每个馈源根据该馈源对应的相位权值和该馈源对应的幅度权值发射第三波束，以使得馈源阵列向可调阵列发射第一波束。其中，第一波束基于每个馈源发射的第三波束生成，每个馈源发射的第三波束的极化方向为线极化或每个馈源发射的第三波束的极化方向为圆极化。
23.在一种可能实现的方式中，若第一波束的极化方向为水平极化，则第二波束的极化方向为水平极化。若第一波束的极化方向为垂直极化，则第二波束的极化方向为垂直极化。若第一波束的极化方向为左旋圆极化，则第二波束的极化方向为右旋圆极化。若第一波束的极化方向为右旋圆极化，则第二波束的极化方向为左旋圆极化。若第一波束的极化方向为45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。若第一波束的极化方向为-45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。
24.在一种可能实现的方式中，可调阵列包括m个可调单元，m个可调单元呈平面阵列或共形阵列设置，m为大于或等于2的整数。
25.在一种可能实现的方式中，可调单元为反射单元或透射单元。
26.在一种可能实现的方式中，可调单元为中心对称结构或轴对称结构。
27.在一种可能实现的方式中，第一波束对应的焦距变化值与实际焦距之间的比值小于或等于预置第一数值，第一波束对应的等效焦距与可调阵列的直径之间的比值为预置第二数值，第一波束对应的焦距变化值与可调阵列的直径之间的比值为预置第三数值。其中，第一波束对应的焦距变化值为第一波束对应的等效焦距与实际焦距之间的差值，实际焦距为馈源阵列与可调阵列之间的距离，第一波束对应的等效焦距为第一波束对应的等效相位中心与可调阵列之间的距离。
28.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
29.本技术实施例提供了一种天线系统及波束赋形的方法。该天线系统包括馈源阵列和可调阵列，馈源阵列包含n个馈源，且相邻两个馈源之间的夹角为360
°
/n，n为大于或等于2的整数。馈源阵列可先获取相位权值集合和幅度权值集合，由于相位权值集合包含至少一组相位权值，在每组相位权值中，一个相位权值对应一个馈源，且至少两个相位权值不同，
幅度权值集合包含至少一组幅度权值，在每组幅度权值中，一个幅度权值对应一个馈源，故馈源阵列基于相位权值集合和幅度权值集合所发射的第一波束，其极化方向可在多种极化方向中切换。最后，可调阵列对第一波束进行相位补偿后可得到第二波束，由于第一波束的极化方向可在多种极化方向中切换，因此第二波束的极化方向也可在多种极化方向中切换，使得天线系统支持全极化。本技术实施例提供的天线系统能够通过电调方式控制馈源阵列发射多种极化方向的波束，从而使得天线系统支持全极化，可简化天线系统的结构，节省硬件成本。
附图说明
30.图1为现有的天线系统实现全极化的一个示意图；
31.图2为本技术实施例提供的天线系统的一个结构示意图；
32.图3为本技术实施例提供的馈源阵列的一个结构示意图；
33.图4为本技术实施例提供的馈源阵列的另一结构示意图；
34.图5为本技术实施例提供的馈源阵列的又一结构示意图；
35.图6为本技术实施例提供的馈源阵列的再一结构示意图；
36.图7为本技术实施例提供的天线系统的另一结构示意图；
37.图8为本技术实施例提供的可调阵列的一个结构示意图；
38.图9为本技术实施例提供的天线系统的又一结构示意图；
39.图10为本技术实施例提供的焦距的一个示意图；
40.图11为本技术实施例提供的第一波数对应的等效相位中心与口径效率之间的关系示意图；
41.图12为本技术实施例提供的第一波束的波束宽度与口径效率之间的关系示意图；
42.图13为本技术实施例提供的波束仿真实验的第一结果示意图；
43.图14为本技术实施例提供的波束仿真实验的第二结果示意图；
44.图15为本技术实施例提供的波束仿真实验的第三结果示意图；
45.图16为本技术实施例提供的波束仿真实验的第四结果示意图；
46.图17为本技术实施例提供的波束仿真实验的第五结果示意图；
47.图18为本技术实施例提供的波束仿真实验的第六结果示意图；
48.图19为本技术实施例提供的波束仿真实验的第七结果示意图；
49.图20为本技术实施例提供的可调单元的一个结构示意图；
50.图21为本技术实施例提供的可调单元的另一结构示意图；
51.图22为本技术实施例提供的波束赋形的方法的一个流程示意图。
具体实施方式
52.本技术实施例提供了一种天线系统及波束赋形的方法，可使得天线系统支持全极化，并简化天线系统的结构，节省硬件成本。
53.图2为本技术实施例提供的天线系统的一个结构示意图，如图2所示，该天线系统包括：馈源阵列和可调阵列。当需要进行波束赋形时，馈源阵列向可调阵列发射第一波束。可调阵列对第一波束进行相位补偿后，可得到天线系统最终射出的第二波束。
54.本实施例中，馈源阵列通常包含n个馈源，相邻两个馈源之间的夹角为360
°
(周角)/n(馈源的数量)，n为大于或等于2的整数，“/”用于表示两个数值之间的比值。馈源阵列中的n个馈源可以多种方式进行设置，以下将分别进行介绍：
55.(1)图3为本技术实施例提供的馈源阵列的一个结构示意图。如图3所示，馈源阵列1包含4个馈源，分别为馈源1、馈源2、馈源3和馈源4，其中，馈源1、馈源2、馈源3和馈源4可被分别设置在安装架上的4个安装格中，故4个馈源的位置相对独立。在馈源阵列1中，馈源1与馈源2之间的夹角为90
°
(即馈源1的位置被设置成与x轴垂直，馈源2的位置被设置成与x轴平行，馈源1所在的轴线与馈源2所在的轴线之间所成的夹角为90
°
，故馈源1与馈源2之间的夹角为90
°
)，馈源2与馈源3之间的夹角为90
°
，馈源3与馈源4之间的夹角为90
°
，馈源4与馈源1之间的夹角为90
°
。
56.(2)图4为本技术实施例提供的馈源阵列的另一结构示意图。如图4所示，馈源阵列1包含4个馈源，分别为馈源1、馈源2、馈源3和馈源4，其中，馈源1、馈源2、馈源3和馈源4可呈圆周阵列的形式设置在安装架中，故4个馈源的位置紧密关联。在馈源阵列1中，馈源1与馈源2之间的夹角为90
°
，馈源2与馈源3之间的夹角为90
°
，馈源3与馈源4之间的夹角为90
°
，馈源4与馈源1之间的夹角为90
°
。
57.应理解，图3和图4所示例子中仅以n＝4进行示意性说明，并不对本技术中馈源阵列的馈源的数量构成限制。例如，当n＝5时，相邻两个馈源之间的夹角则为72
°
，又如，当n＝12时，相邻两个馈源之间的夹角则为30
°
等等。为了便于说明，下文均以图3所示的馈源阵列结构进行介绍。
58.更进一步地，为了令天线系统可发射多个波束，即构建一个多波束天线系统。天线系统中可包括多个馈源阵列，每个馈源阵列用于发射一个第一波束。例如，在图3的基础上，天线系统还可包括馈源阵列2，馈源阵列2和馈源阵列1的功能相似，但内部结构略有区别。以下结合图5和图6对馈源阵列2进行说明，图5为本技术实施例提供的馈源阵列的又一结构示意图，图6为本技术实施例提供的馈源阵列的再一结构示意图。如图5所示，馈源阵列2包含馈源5、馈源6、馈源7和馈源8。在同一个安装架上，馈源5和馈源1设置在同一个安装格中，馈源6和馈源2设置在同一个安装格中，馈源7和馈源3设置在同一个安装格中，馈源8和馈源4设置在同一个安装格中。在馈源阵列2中，馈源5与馈源6之间的夹角为90
°
(馈源5的位置被设置成与x轴平行，馈源6的位置被设置成与x轴垂直)，馈源6与馈源7之间的夹角为90
°
，馈源7与馈源8之间的夹角为90
°
，馈源8与馈源5之间的夹角为90
°
。如图6所示，馈源阵列2包含馈源5、馈源6、馈源7和馈源8。在同一个安装架上，馈源5、馈源6、馈源7和馈源8设置于额外的4个安装格内。在馈源阵列2中，馈源5与馈源6之间的夹角为90
°
，馈源6与馈源7之间的夹角为90
°
，馈源7与馈源8之间的夹角为90
°
，馈源8与馈源5之间的夹角为90
°
。
59.图7为本技术实施例提供的天线系统的另一结构示意图。如图7所示，当天线系统包含馈源阵列1和馈源阵列2，则馈源阵列1和馈源阵列2可分别向可调阵列发射第一波束1和第一波束2。可调阵列在对第一波束1和第一波束2进行相位补偿后，则可得到第二波束1和第二波束2，从而使得天线系统能够发射多个波束。
60.此外，可调阵列用于对馈源阵列发射的第一波束进行相位补偿，可调阵列可包括m个可调单元，m个可调单元呈平面阵列或共形阵列设置，m为大于或等于2的整数。更进一步地，可调单元为反射单元或透射单元，即可调阵列为反射阵列或透射阵列。以下结合图8对
可调阵列的结构进行介绍，图8为本技术实施例提供的可调阵列的一个结构示意图。如图8所示，设可调阵列为一个反射阵列，该反射阵列包含多个反射单元。多个反射单元呈平面设置，可对来自馈源阵列的第一波束进行反射，完成反射后得到第二波束。
61.应理解，图5至图7所示例子中仅以两个馈源阵列进行示意性说明，并不对本技术中馈源阵列的数量构成限制。为了便于说明，下文均以天线系统包含两个馈源阵列为例进行介绍。
62.还应理解，为了便于作图，图3和图7中仅以可调阵列为反射阵列进行示意，并不对本技术中可调阵列的类型构成限制。为了便于说明，下文均以反射阵列为例进行介绍。
63.为了控制第一波束的极化方向，可为一个馈源阵列分配一组相位权值和一组幅度权值，从而为馈源阵列中的每个馈源分配一个相位权值和一个幅度权值，使得馈源阵列发射具有一定极化方向的第一波束。具体地，相位权值和幅度权值可通过人工输入至馈源阵列，也可通过射频芯片输入至馈源阵列等等。例如，设天线系统还包括射频芯片，射频芯片的输出端与馈源阵列连接，故射频芯片可向馈源阵列提供相位权值集合和幅度权值集合。其中，相位权值集合包含至少一组相位权值，在每组相位权值中，一个相位权值对应一个馈源，且至少两个相位权值不同。幅度权值集合包含至少一组幅度权值，在每组幅度权值中，一个幅度权值对应一个馈源。
64.需要说明的是，相位权值集合中的相位权值组的数量(即多少组相位权值)以及幅度权值集合中的幅度权值组的数量，与馈源阵列的数量相等。基于相位权值集合和幅度权值集合，每个馈源阵列可确定为其分配的相位权值组和幅度权值组，再基于为其分配的相位权值组和幅度权值组发射第一波束。更进一步地，对于某个馈源阵列而言，分配至该馈源阵列的相位权值组包含为该馈源阵列中每个馈源分配的相位权值，分配至该馈源阵列的幅度权值组包含为该馈源阵列中每个馈源分配的幅度权值。因此，每个馈源可根据该馈源对应的相位权值和该馈源对应的幅度权值发射第三波束，以使得所述馈源阵列向所述可调阵列发射所述第一波束，其中，第一波束基于每个馈源发射的第三波束生成。
65.为了便于理解，以下结合图9对馈源阵列发射第一波束的过程进行介绍。图9为本技术实施例提供的天线系统的又一结构示意图，图9为基于图7所得到的。如图9所示，射频芯片可向馈源阵列1和馈源阵列2提供相位权值集合和幅度权值集合，其中，相位权值集合包含相位权值组1和相位权值组2，幅度权值集合包含幅度权值组1和幅度权值组2。馈源阵列1可从相位权值集合和幅度权值集合中确定为其分配的相位权值组1和幅度权值组1，同理，馈源阵列2可确定为其分配的相位权值组2和幅度权值组2。然后，馈源阵列1可基于相位权值组1和幅度权值组1向可调阵列发射第一波束1，馈源阵列2可基于相位权值组2和幅度权值组2向可调阵列发射第一波束2。
66.此外，第一波束1的极化方向和第一波束2的极化方向可相同也可不相同，由相位权值组的相位权值和幅度权值组中的幅度权值所决定。由于馈源阵列2和馈源阵列1相似，下文均以馈源阵列1为例进行说明。
67.当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[0,90,180,270]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为左旋圆极化波束。可以理解的是，馈源1对应的相位权值为0，幅度权值为1。馈源2对应的相位权值为90，幅度权值为1。馈源3对应的相位权值为180，幅度权值为1。馈源4对应的相位权值为270，幅度权值为1。故馈源1可基于其对应的相位权
值和幅度权值发射第三波束1，同理，馈源2、馈源3和馈源4也可分别发射第三波束2、第三波束3和第三波束4。4个第三波束则可合成第一波束1，且第一波束1的极化方向为左旋圆极化。值得注意的是，每个馈源发射的第三波束的极化方向为线极化或每个馈源发射的第三波束的极化方向为圆极化，即馈源1、馈源2、馈源3和馈源4发射的均为线极化波束，或者馈源1、馈源2、馈源3和馈源4发射的均为圆极化波束。例如，馈源1发射的第三波束1为水平极化波束(因为馈源1的位置与x轴平行)，馈源2发射的第三波束2为垂直极化波束等等。又如，馈源1发射的第三波束1为左旋圆极化波束，馈源2发射的第三波束2为左旋圆极化波束等等，此处不做限定。
[0068]
当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[0,-90,-180,-270]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为右旋圆极化波束。
[0069]
当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,180,0]，幅度权值组1为[1,0,1,0]时，馈源阵列1发射的第一波束1为水平极化波束。
[0070]
当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,0,180]，幅度权值组1为[0,1,0,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为垂直极化波束。
[0071]
当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,180,180]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为45
°
极化波束。
[0072]
当分配给馈源阵列1的相位权值组1为[180,180,0,0]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为-45
°
极化波束。
[0073]
为了令天线系统的增益最大化，可对天线系统的焦距等相关参数进行设置。具体地，令第一波束对应的焦距变化值
△
f与实际焦距f之间的比值小于或等于预置第一数值，第一波束对应的等效焦距f`与可调阵列的直径d之间的比值为预置第二数值，第一波束对应的焦距变化值
△
f与可调阵列的直径d之间的比值为预置第三数值。图10为本技术实施例提供的焦距的一个示意图。如图10所示，第一波束对应的焦距变化值
△
f为第一波束对应的等效焦距f`与实际焦距f之间的差值。实际焦距f为馈源阵列与可调阵列之间的距离，实际焦距f通常为预先设置的值。第一波束对应的等效焦距f`为第一波束对应的等效相位中心与可调阵列之间的距离，若第一波束对应的等效相位中心发生变化，则第一波束对应的等效焦距也发生相应的变化。
[0074]
由于第一波束对应的等效相位中心可随着第一波束的指向的变化而改变，故改变第一波数的指向，可改变第一波束对应的等效相位中心的位置(即在图10中，令等效相位中心变高或变低)。
[0075]
第一波束对应的等效相位中心的位置发生变化(即等效相位中心会波动)，则会影响口径效率(第一波束在可调阵列上的覆盖面积与可调阵列的面积之间的比值)，进而影响天线系统的增益。其中，第一波数对应的等效相位中心与口径效率之间的关系如图11所示，图11为本技术实施例提供的第一波数对应的等效相位中心与口径效率之间的关系示意图。
[0076]
为了令第一波束对应的等效相位中心的波动在可接受范围内，可通过前述
△
f/f、f`/d、
△
f/d这三个值对等效相位中心的波动进行限制，从而使得天线系统的增益最大化。例如，f`/d对天线系统的增益的影响如表1所示：
[0077]
表1
[0078]
f`/d0.10.20.30.40.50.60.70.80.91
增益(db)13.1513.815.4519.1620.9820.317.9516.4115.3813
[0079]
因此，为了令天线系统的增益最大化，在选择第一波束时，通常需满足以下条件：
[0080]
△
f/f≤0.2，丨
△
f/d丨≤0.2，f`/d＝0.5～0.7；
[0081]
△
f/f≤0.2，丨
△
f/d丨≤0.1，f`/d＝0.7～0.1。
[0082]
此外，若形成多个第一波束，不同第一波束的波束宽度也会影响口径效率。第一波束的波束宽度与口径效率之间的关系如图12所示，图12为本技术实施例提供的第一波束的波束宽度与口径效率之间的关系示意图。基于图12可知，在发射多个第一波束时，通常令多个第一波束的波束宽度相近或相等。
[0083]
为了进一步理解第一波束对应的等效相位中心，本实施例通过波束仿真实验，并基于相应的实验结果进行计算，可得到第一波束对应的等效相位中心。需要说明的是，仿真实验中的等效相位中心均以z坐标来表示(由于等效相位中心的x坐标和y坐标对口径效率的影响可以忽略不计)，且z坐标的参考点为馈源阵列本身。例如，当等效相位中心为z＝10mm，表示等效相位中心在馈源阵列上方，且距离馈源阵列10mm。
[0084]
依旧以馈源阵列1为例进行说明。图13为本技术实施例提供的波束仿真实验的第一结果示意图(横坐标为波束的角度，纵坐标为波束的幅值)。如图13所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[0,90,180,270]，幅度权值组1为[1,1,1,1]，馈源阵列1发射的第一波束1为左旋圆极化波束，则第一波束1对应的等效相位中心为z＝18mm。需要说明的是，通过前述相位权值组1和幅度权值组1是为了生成左旋圆极化的第一波束1，然而实际生成的第一波束1包含左旋圆极化分量和右旋圆极化分量，如果两个分量之间的区别越明显，则表明第一波束1为左旋圆极化波束时，其纯净度越高。在图13中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。第三增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。第四增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为参考点，从第一增益曲线和第二增益曲线可以看出，第一波束1的左旋圆极化分量的最大增益值为9.6db。从第三增益曲线和第四增益曲线可以看出，第一波束1的右旋圆极化分量的增益值为-18db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的左旋圆极化分量和右旋圆极化分量的区别度足够大，第一波束1作为左旋圆极化波束时，其纯净度足够高。
[0085]
图14为本技术实施例提供的波束仿真实验的第二结果示意图。如图14所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[0,-90,-180,-270]，幅度权值组1为[1,1,1,1]，馈源阵列1发射的第一波束1为右旋圆极化波束，则第一波束1对应的等效相位中心为z＝-22mm。需要说明的是，在图14中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。第三增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。第四增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为
参考点，从第一增益曲线和第二增益曲线可以看出，第一波束1的右旋圆极化分量的增益值为-23db。从第三增益曲线和第四增益曲线可以看出，第一波束1的左旋圆极化分量的最大增益值为9.9db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的左旋圆极化分量和右旋圆极化分量的区别度足够大，第一波束1作为右旋圆极化波束时，其纯净度足够高。
[0086]
图15为本技术实施例提供的波束仿真实验的第三结果示意图。如图15所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,180,0]，幅度权值组1为[1,0,1,0]时，馈源阵列1发射的第一波束1为水平极化波束，则第一波束1的等效相位中心为z＝-33.4mm。需要说明的是，通过前述相位权值组1和幅度权值组1是为了生成水平极化的第一波束1，然而实际生成的第一波束1包含水平极化分量和垂直极化分量，如果两个分量之间的区别越明显，则表明第一波束1为水平极化波束时，其纯净度越高。在图15中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的水平极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的垂直极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为参考点，从第一增益曲线可以看出，第一波束1的水平极化分量的最大增益值为9.8db。从第二增益曲线可以看出，第一波束1的垂直极化分量的增益值为-13db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的水平极化分量和垂直极化分量的区别度足够大，第一波束1作为水平极化波束时，其纯净度足够高。
[0087]
图16为本技术实施例提供的波束仿真实验的第四结果示意图。如图16所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,0,180]，幅度权值组1为[0,1,0,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为垂直极化波束，则第一波束1的等效相位中心为19.3mm。需要说明的是，在图16中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的垂直极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的水平极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为参考点，从第一增益曲线可以看出，第一波束1的垂直极化分量的增益值为-16db。从第二增益曲线可以看出，第一波束1的水平极化分量的最大增益值为9.8db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的水平极化分量和垂直极化分量的区别度足够大，第一波束1作为垂直极化波束时，其纯净度足够高。
[0088]
图17为本技术实施例提供的波束仿真实验的第五结果示意图。如图17所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[0,0,180,180]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的第一波束1为45
°
极化波束，则第一波束1的等效相位中心为-26.7mm。需要说明的是，在图17中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的45
°
极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的-45
°
极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为参考点，从第一增益曲线可以看出，第一波束1的45
°
极化分量的最大增益值为9.8db。从第二增益曲线可以看出，第一波束1的-45
°
极化分量的增益值为-18db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的45
°
极化分量和-45
°
极化分量的区别度足够大，第一波束1作为45
°
极化波束时，其纯净度足够高。
[0089]
图18为本技术实施例提供的波束仿真实验的第六结果示意图。如图18所示，若馈源阵列1的相位权值组1为[180,180,0,0]，幅度权值组1为[1,1,1,1]时，馈源阵列1发射的
第一波束1为-45
°
极化波束，则第一波束1的等效相位中心为-35.8mm。需要说明的是，在图18中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的-45
°
极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的45
°
极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于0
°
作为参考点，从第一增益曲线可以看出，第一波束1的-45
°
极化分量的增益值为-16db。从第二增益曲线可以看出，第一波束1的45
°
极化分量的最大增益值为9.9db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的45
°
极化分量和-45
°
极化分量的区别度足够大，第一波束1作为-45
°
极化波束时，其纯净度足够高。
[0090]
以上波束仿真实验中，第一波束1的相位权值组1和幅度权值组1均是原始设计值，不同极化方向的第一波束1可能无法均满足上述条件。为了令不同极化方向的第一波束1均能满足上述条件，即令第一波束1对应的等效相位中心的波动在可接受范围内，可以改变第一波束1的指向，即改变第一波束1的相位权值组1中的相位权值。
[0091]
例如，以左旋圆极化波束为例。如图19所示(图19为本技术实施例提供的波束仿真实验的第七结果示意图)，若馈源阵列1的相位权值组1为[0 30,90 30,180-30,270-30]，幅度权值组1为[1,1,1,1]，馈源阵列1发射的第一波束1为左旋圆极化波束，则第一波束1对应的等效相位中心为z＝34mm。需要说明的是，在图19中，第一增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量(主成分)，从而得到的增益曲线。第二增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的左旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。第三增益曲线指，通过三维坐标系的xoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量(副成分)，从而得到的增益曲线。第四增益曲线指，通过三维坐标系的yoz平面截取第一波束1的右旋圆极化分量，从而得到的增益曲线。在这部分增益曲线中，可通过波束的幅值表示波束的增益值。具体地，以波束的角度等于18
°
作为参考点，从第二增益曲线可以看出，第一波束1的左旋圆极化分量的最大增益值为9.7db。从第四增益曲线可以看出，第一波束1的右旋圆极化分量的增益值为-21db，两个分量的增益值之间的差距很明显，即第一波束1的左旋圆极化分量和右旋圆极化分量的区别度足够大，第一波束1作为左旋圆极化波束时，其纯净度足够高。
[0092]
基于上述波束仿真实验可知，可通过不断改变第一波束1的指向，直至令第一波束1满足上述条件。
[0093]
馈源阵列向可调阵列发射第一波束后，第一波束在经过可调阵列后，可转换成第二波束。经过上述相关说明可知，第一波束的极化方向可在水平极化、垂直极化、45
°
极化、-45
°
极化、左旋圆极化和右旋圆极化中切换，使得第二波束的极化方向可在水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化切换，从而使得天线系统支持全极化。具体地，第一波束的极化方向与第二波束的极化方向之间的对应关系，受可调单元的结构影响。以下结合图20和图21对可调单元的结构进行介绍，图20为本技术实施例提供的可调单元的一个结构示意图，图21为本技术实施例提供的可调单元的另一结构示意图。以下将对可调单元的两种结构分别进行介绍。
[0094]
如图20所示，可调单元为中心对称结构。该可调单元具有两个极化方向，其中一个为x极化方向，另一个为y极化方向，且两个极化方向的长度是相等的。每个极化方向可通过
额外的开关控制，使得极化方向处于打开状态或关闭状态。具体地，可调单元所使用的材料可以为压电材料，例如液晶材料，铁电薄膜，石墨烯等材料，因此，基于压电材料的性质，开关不仅可控制极化方向打开或关闭，还可控制极化方向的长度。在图20所示的可调单元的影响下，第一波束的极化方向与第二波束的极化方向之间的对应关系如下所示：
[0095]
(1)当第一波束为左旋圆极化波束时，在经过可调阵列后，所得到的波束的相位与第一波束的相位相等，则所得到的波束依旧为圆极化波，但其旋向改变，即第二波束为右旋圆极化波束。
[0096]
(2)当第一波束为右旋圆极化波束时，在经过可调阵列后，所得到的波束的相位与第一波束的相位相等，则所得到的波束依旧为圆极化波，但其旋向改变，即第二波束为左旋圆极化波束。
[0097]
(3)当第一波束为水平极化波束时，则需要将可调单元的y极化方向关闭，否则会引起极化紊乱。因此，第一波束在经过可调阵列后，所得到的第二波束依旧为水平极化波束。
[0098]
(4)当第一波束为垂直极化波束时，则需要将可调单元的x极化方向关闭。第一波束在经过可调阵列后，所得到的第二波束依旧为垂直极化波束。
[0099]
如图21所示，可调单元为轴对称结构。该可调单元具有两个极化方向，其中一个为x极化方向，另一个为y极化方向，且两个极化方向的长度是不相等的。每个极化方向可通过额外的开关控制，使得极化方向处于打开状态或关闭状态。在图21所示的可调单元的影响下，第一波束的极化方向与第二波束的极化方向之间的对应关系如下所示：
[0100]
(1)当第一波束为45
°
极化波束时，可对可调单元进行调整，使得x极化方向的长度比y极化方向的长度大，以令第一波束的x分量的相位超前y分量的相位90
°
，则所得到第二波束为左旋圆极化波束。
[0101]
(2)当第一波束为45
°
极化波束时，可对可调单元进行调整，使得y极化方向的长度比x极化方向的长度大，以令第一波束的y分量的相位超前x分量的相位90
°
，则所得到第二波束为右旋圆极化波束。
[0102]
(3)当第一波束为-45
°
极化波束时，可对可调单元进行调整，使得y极化方向的长度比x极化方向的长度大，以令第一波束的y分量的相位超前x分量的相位90
°
，则所得到第二波束为右旋圆极化波束。
[0103]
(4)当第一波束为-45
°
极化波束时，可对可调单元进行调整，使得x极化方向的长度比y极化方向的长度大，以令第一波束的x分量的相位超前y分量的相位90
°
，则所得到第二波束为左旋圆极化波束。
[0104]
(5)当第一波束为水平极化波束时，则需要将可调单元的y极化方向关闭。第一波束在经过可调阵列后，所得到的第二波束依旧为水平极化波束。
[0105]
(6)当第一波束为垂直极化波束时，则需要将可调单元的x极化方向关闭。第一波束在经过可调阵列后，所得到的第二波束依旧为垂直极化波束。
[0106]
综上所述，无论可调单元为中心对称结构还是轴对称结构，第一波束在经过可调阵列后，所得到的第二波束的极化方向均可以在水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化中切换，即天线系统支持全极化。
[0107]
本技术实施例提供的天线系统，能够通过电调方式控制馈源阵列发射多种极化方
向的波束，使得天线系统支持全极化，由于不需要调整馈源的位置，故可简化天线系统的结构，节省硬件成本。
[0108]
以上是对本技术实施例提供的天线系统所进行的介绍，以下将对本技术实施例提供的波束赋形的方法进行说明。图22为本技术实施例提供的波束赋形的方法的一个流程示意图，如图22所示，该方法应用于如图3、图7或图9所示的天线系统，该方法包括：
[0109]
2201、通过馈源阵列根据相位权值集合和幅度权值集合发射第一波束，相位权值集合包含至少一组相位权值，在每组相位权值中，一个相位权值对应一个馈源，且至少两个相位权值不同，幅度权值集合包含至少一组幅度权值，在每组幅度权值中，一个幅度权值对应一个馈源；
[0110]
2202、通过可调阵列对第一波束进行相位补偿，得到第二波束。
[0111]
在一种可能实现的方式中，第一波束的极化方向为水平极化、垂直极化、45
°
极化、-45
°
极化、左旋圆极化和右旋圆极化中的一种，第二波束的极化方向为水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化中的一种。
[0112]
在一种可能实现的方式中，通过馈源阵列根据相位权值集合和幅度权值集合发射第一波束包括：通过每个馈源根据该馈源对应的相位权值和该馈源对应的幅度权值发射第三波束，以使得馈源阵列向可调阵列发射第一波束。其中，第一波束基于每个馈源发射的第三波束生成，每个馈源发射的第三波束的极化方向为线极化或每个馈源发射的第三波束的极化方向为圆极化。
[0113]
在一种可能实现的方式中，若第一波束的极化方向为水平极化，则第二波束的极化方向为水平极化。若第一波束的极化方向为垂直极化，则第二波束的极化方向为垂直极化。若第一波束的极化方向为左旋圆极化，则第二波束的极化方向为右旋圆极化。若第一波束的极化方向为右旋圆极化，则第二波束的极化方向为左旋圆极化。若第一波束的极化方向为45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。若第一波束的极化方向为-45
°
极化，则第二波束的极化方向为圆极化。
[0114]
在一种可能实现的方式中，可调阵列包括m个可调单元，m个可调单元呈平面阵列或共形阵列设置，m为大于或等于2的整数。
[0115]
在一种可能实现的方式中，可调单元为反射单元或透射单元。
[0116]
在一种可能实现的方式中，可调单元为中心对称结构或轴对称结构。
[0117]
在一种可能实现的方式中，第一波束对应的焦距变化值与实际焦距之间的比值小于或等于预置第一数值，第一波束对应的等效焦距与可调阵列的直径之间的比值为预置第二数值，第一波束对应的焦距变化值与可调阵列的直径之间的比值为预置第三数值。其中，第一波束对应的焦距变化值为第一波束对应的等效焦距与实际焦距之间的差值，实际焦距为馈源阵列与可调阵列之间的距离，第一波束对应的等效焦距为第一波束对应的等效相位中心与可调阵列之间的距离。
[0118]
需要说明的是，上述方法中各个步骤所描述的内容，由于与本技术系统实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本技术系统实施例相同，具体内容可参见本技术前述所示的系统实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0119]
以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在
本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。