移相器(Phase Shifter)简介

毫米波段的波长 （1-100 mm），应用中会遇到许多问题，包括大气损耗、雨水衰减、高路径损耗、低衍射、多径延迟和树叶损失。已有研究数据显示，在 30 GHz 下，当 25 mm/h 的强降雨时，毫米波频段的衰减可高达 6 dB/km。当前技术主要是通过高度定向的波束克服路径损耗、衰落和多径延迟的问题。目录 波束控制天线技术 相控阵倾斜角计算的数学方法参考资料 Beam SteeringAs shown below👇波束控制天线技术波束成形是一种将来自源的辐射功率聚焦在一个方向上，从而产生高度定向光束的方法。可以设计一个可重构的天线系统来控制和控制这种聚焦波束的方向。这种天线被称为波束控制天线。波束控制天线已成为天线和传播领域中极具吸引力的研究领域，不仅应用于 5G/6G 网络，还应用于航空航天、卫星通信和国防领域。波束控制天线技术分为四大类，1） 相控阵天线相控阵天线是实现波束成形和波束控制的最简单方法之一。相控阵天线可以用 N 缝衍射实验的类比来理解，其中来自阵列的整体波束是 N 个源（或阵列中的独立天线元件）的相干相长干涉的结果。阵列中的每个天线元件都带有相移，从而在辐射波束中引入时间延迟。来自每个辐射元件的这些时滞光束的相长干涉可实现方向控制。下图提供了使用六个开放式波导阵列在不同元件中相移引起的光束倾斜的简单表示。这种天线的辐射方向图和倾斜角可以使用阵列因子来估计。 相关相控阵的内容可以继续浏览：大型相控阵中的子阵列技术波束赋形--相控阵低副瓣实现方法共享孔径相控阵2） 准光学系统该技术使用不同的光学概念来生成光束可重构性。有三种常用方法：包括使用 Rotman 透镜、Luneburg 透镜和介电透镜（均匀和渐变折射率）。 3） 漏波天线 (LWA) LWA 于 1950 年代首次推出，以其波束扫描能力而广为人知。LWA 辐射是由行波在通过导向结构传播时会泄漏。LWA 通常具有频率控制光束扫描的固有特性，这意味着辐射光束方向会随着工作频率的变化而变化。这是因为 LWA 中的所有辐射元件都是按顺序馈送的，并且随着频率的变化，辐射元件之间的固有相移会发生变化，这直接影响光束方向。 4）超材料超表面超材料和超表面是目前电磁学领域最受欢迎的话题之一。超材料被定义为人工结构，旨在表现出自然界中不常见的特定电磁特性。超材料因其能够为新材料提供可调介电常数、磁导率和折射率而受到广泛关注。这些材料可用于将光束重定向到不同的方向，从而实现一种简单的光束转向形式。这种光束倾斜可以通过斯涅尔定律来理解。 超表面是由超原子阵列组成的二维超材料，可用于控制电磁环境并将光束转向不同方向。FSS 可以被认为是此类超表面一种类型，通常通过在全向天线上放置小的 FSS 部分来用于完整的 360° 波束控制。相控阵倾斜角计算的数学方法相控阵天线可以用N缝衍射实验的类比来考虑，其中整个波束是阵列内N个源或单个天线元件相干相加的结果。 考虑一个两元件阵列，其中元件保持距离d，每个光束都有相移φ。由于每个元件中引入的相位差，第二个元件将在一段时间延迟τ后传输信号。这个时间差可以通过波束倾斜角度、θ和每个元素之间的距离来定义，可以写为，𝜏=𝑑sin𝜃总接收信号y（t）可以写为 天线接收到的信号s（t）表示为 带入上式，有 两个天线元件之间的相位差φ表示为 λ是波长。由于两个天线之间的相位延迟，此方程可用于计算波束中的倾斜。扩展到N元天线阵列系统，写为 参考资料 [1] A. Bansal, C. J. Panagamuwa and W. G. Whittow, "State-of-the-Art Millimeter-Wave Beam Steering Antennas for Beyond 5G and 6G Networks: A comprehensive review," in IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 66, no. 5, pp. 40-51, Oct. 2024, doi: 10.1109/MAP.2024.3441378. [2]https://ieeexplore.ieee.org/ielx8/74/7046333/10647105/supp2-3441378.pdf?arnumber=10647105来源：微波工程仿真