專利名稱：多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及無線接收機(jī)中的多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線。
背景技術(shù)：
相控陣天線通過調(diào)整每個(gè)陣元接收信號(hào)的相位，實(shí)現(xiàn)陣列方向圖調(diào)整，使主瓣始終對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)波達(dá)方向(Direction of Arrival，D0A)，從而在無需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線的條件下，獲得陣列增益。對(duì)于超外差結(jié)構(gòu)的無線通信接收機(jī)，目前基本都采用中頻數(shù)字化的軟件無線電結(jié)構(gòu)。在此接收機(jī)結(jié)構(gòu)中，通常的數(shù)字相控陣天線相位調(diào)整是在基帶實(shí)現(xiàn)的，即數(shù)字波束合成(Digital Beamforming, DBF)在基帶完成。該基帶實(shí)現(xiàn)的方法，雖然信號(hào)速率較低，可靠性高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是，由于在DBF之前，接收機(jī)每個(gè)陣元都需要一個(gè)接收通道，所以，該基帶實(shí)現(xiàn)的方法需要較多數(shù)字下變頻器模塊(Digital Down Convertor，DDC)。由于基帶實(shí)現(xiàn)數(shù)字相控陣天線，造成所需的DDC模塊過多，資源消耗過大，尤其對(duì)于多目標(biāo)的數(shù)字相控陣天線，所需DDC模塊非常多，需要大量硬件資源，造成了多目標(biāo)數(shù)字相控陣天線實(shí)現(xiàn)的高成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種在無線接收機(jī)中資源消耗小，所需DDC模塊數(shù)量少，每個(gè)目標(biāo)只需要一個(gè)DDC模塊的多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線。本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線， 包括天線陣面單元1，射頻前端單元2，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)單元3，數(shù)字波束合成器 (DBF)單元4，信道化帶通濾波器單元6，權(quán)值產(chǎn)生單元5和數(shù)字下變頻器(DDC)單元7，其特征在于，在由N個(gè)陣元構(gòu)成的天線陣面面中，在由N個(gè)陣元構(gòu)成的天線陣面中，η個(gè)陣元的射頻前端對(duì)應(yīng)各自相連的ADC單元3，ADC單元3將輸出的模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，M個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的M個(gè)DBF單元4把上述ADC單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)，并同對(duì)應(yīng)連接的權(quán)值產(chǎn)生單元5生成的M個(gè)復(fù)數(shù)權(quán)矢量相乘，完成波束合成，M個(gè)波束合成輸出信號(hào)經(jīng)過對(duì)應(yīng)連接的信道化帶通濾波器單元6濾波，獲得M個(gè)目標(biāo)的數(shù)字中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)傳遞給各自的DDC單元7，輸出M個(gè)目標(biāo)的基帶信號(hào)，上述M、N為自然數(shù)1， 2 9 3 · · · ο本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于相控陣天線的DBF實(shí)現(xiàn)在中頻完成，從而使得接收機(jī)每個(gè)目標(biāo)只需要一個(gè)DDC模塊，相比傳統(tǒng)基帶實(shí)現(xiàn)DBF的方法，減少了資源消耗，節(jié)約了成本。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于蜂窩通信，衛(wèi)星通信，雷達(dá)等接收設(shè)備中。


圖1是本發(fā)明多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明均勻線陣空間位置示意圖。
圖3是本發(fā)明第η個(gè)陣元的射頻前端結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本發(fā)明中頻解析信號(hào)轉(zhuǎn)換流程圖。圖5是本發(fā)明第m個(gè)通道的DBF結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式參閱圖1。多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線包括了相互連接的天線陣面單元1，射頻前端單元2，ADC單元3，DBF單元4，信道化帶通濾波器單元6，權(quán)值產(chǎn)生單元5，DDC單元7。 N個(gè)陣元構(gòu)成的天線陣面依次對(duì)應(yīng)連接射頻前端單元2，ADC單元3，DBF單元4，信道化帶通濾波器單元6，DDC單元7。權(quán)值產(chǎn)生單元5和DBF單元4相連。天線陣面單元1將接收的信號(hào)傳輸給各自相連的射頻前端單元2，射頻前端單元2輸出的中頻模擬信號(hào)經(jīng)ADC單元3 轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號(hào)，M個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的M個(gè)DBF單元把ADC輸出的數(shù)字中頻信號(hào)s (k)轉(zhuǎn)換
為解析信號(hào)φ)，并利用該解析信號(hào)和權(quán)值產(chǎn)生單元5生成的M個(gè)復(fù)數(shù)權(quán)矢量相乘后完成
波束合成，波束合成后的M個(gè)輸出經(jīng)過信道化帶通濾波器單元6濾波，得到每個(gè)目標(biāo)波束合成后的數(shù)字中頻輸出信號(hào)，并傳遞給各自的DDC單元7。參閱圖2。陣列為均勻線陣，由N個(gè)相同的陣元構(gòu)成，陣元間距為d，空間存在M個(gè)期望信號(hào)，第m個(gè)信號(hào)載波頻率為ω m，波達(dá)方向?yàn)棣圈兀渲衜=1，...，M。每個(gè)信號(hào)占據(jù)相
同的帶寬，其載波頻率《 1等間隔分布，則ωι<... < ωΜ。第η個(gè)陣元接收信號(hào)為i(t)，
β> + <%
η= 1, ...，N，該信號(hào)由空間存在的M個(gè)期望信號(hào)疊加而成，其中心頻率為,W1
Lu
表示所有期望信號(hào)中最小載波頻率，ωΜ表示所有期望信號(hào)中最大載波頻率參閱圖3。對(duì)于第η個(gè)陣元，其對(duì)應(yīng)射頻前端把接收信號(hào)^(0進(jìn)行低噪聲放大 (Low Noise Amplify, LNA)，帶通濾波，下變頻，低通濾波，得到中頻模擬信號(hào)\(t)，中頻頻
率為ωιρ。射頻前端中，每個(gè)射頻前端結(jié)構(gòu)功能相同，下變頻器本振相同，所有射頻前端共
β> + <%
用一個(gè)本振。本振產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2 _心//7的正弦波。中頻信號(hào)\(0經(jīng)過ADC
采樣，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)為實(shí)信號(hào)，其中k = 1，2，...，為采樣序號(hào)。 對(duì)于整個(gè)陣列接收信號(hào)，可以用矢量表示為s(k) = [Sl(k)...SN(k)]T0參閱圖4和圖5。由于系統(tǒng)中具有M個(gè)目標(biāo)，即M個(gè)信號(hào)，所以，每個(gè)目標(biāo)信號(hào)采用一個(gè)DBF單元。對(duì)于第m個(gè)DBF單元，其需要完成兩個(gè)功能根據(jù)圖4，第一個(gè)功能是把實(shí)信號(hào)s(k) = [8100...%(10]1通過延遲模塊和 Hilbert濾波器轉(zhuǎn)換為其解析信號(hào)，即復(fù)信號(hào)《φ^) = !^^) ... ^(^f。具體轉(zhuǎn)換方
法為對(duì)于第η個(gè)陣元接收的數(shù)字中頻信號(hào)\(k)，其對(duì)應(yīng)解析信號(hào)的實(shí)部為輸入
信號(hào)經(jīng)過L個(gè)采樣時(shí)鐘延遲的輸出信號(hào)Re [4(^)] = sn{k - l)，虛部則是輸入信號(hào)經(jīng)過
Hilbert濾波器后的輸出Imb^l = Sfl^) * ，其中L是圯11^汁濾波器傳輸函數(shù)h (k)
的群時(shí)延。上述表示中，Re[]表示取實(shí)部，Lii[]表示取虛部。Hilbert濾波器h(k)可以通過MATLAB的濾波器設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生。不同目標(biāo)的DBF，由于輸入信號(hào)是相同頻譜特性的數(shù)字
4中頻信號(hào)，所以解析變換的功能模塊是相同的，可以復(fù)用。根據(jù)圖5，第二個(gè)功能是對(duì)復(fù)信號(hào)進(jìn)行DBF，即加權(quán)求和，其中權(quán)矢量Wm = [Wl(k)...WM(k)]T由權(quán)值產(chǎn)生單元根據(jù)該目標(biāo)信號(hào)DOA參數(shù)9 ]獲
得。根據(jù)相控陣天線的基本理論，DBF是一個(gè)復(fù)數(shù)矢量相乘的運(yùn)算，
權(quán)利要求
1.一種多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線，包括天線陣面單元(1)，射頻前端單元(2)， 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)單元(3)，數(shù)字波束合成器(DBF)單元(4)，信道化帶通濾波器單元(6)，權(quán)值產(chǎn)生單元(5)和數(shù)字下變頻器(DDC)單元(7)，其特征在于，在由雙個(gè)陣元構(gòu)成的天線陣面中，。個(gè)陣元的射頻前端對(duì)應(yīng)各自相連的ADC單元(3)，ADC單元 (3)將輸出的模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，Jf個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的Jr個(gè)DBF單元(4)把上述ADC單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)，并同對(duì)應(yīng)連接的權(quán)值產(chǎn)生單元(5)生成的JT個(gè)復(fù)數(shù)權(quán)矢量相乘，完成波束合成，Jr個(gè)波束合成輸出信號(hào)經(jīng)過對(duì)應(yīng)連接的信道化帶通濾波器單元(6)濾波，獲得M個(gè)目標(biāo)的數(shù)字中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)傳遞給各自的DDC單元 (7)，輸出Jf個(gè)目標(biāo)的基帶信號(hào)，上述為自然數(shù)1，2，3···。
2.如權(quán)利要求1所述的中頻數(shù)字相控陣天線，其特征在于，所述DBF單元(4)通過延遲模塊和Hilbert濾波器，把ADC單元(3)的輸出數(shù)字中頻信轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)技
3.如權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線，其特征在于，由#個(gè)相同的陣元構(gòu)成的天線陣列為均勻線陣，天線陣元間距為rf,空間存在if個(gè)期望信號(hào),第iff個(gè)信號(hào)載波頻率為Wff7，波達(dá)方向?yàn)?，其?br> 4.如權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線，其特征在于，第Λ個(gè)陣元接收信 該信號(hào)由空間存在的JT個(gè)期望信號(hào)疊加而成，其中心頻率為
5.如權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線，其特征在于，所述^個(gè)陣元對(duì)應(yīng)的個(gè)射頻前端混頻器共用一個(gè)本振，本振產(chǎn)生一個(gè)頻率為
全文摘要
本發(fā)明提出的一種多目標(biāo)中頻數(shù)字相控陣天線，提供一種資源消耗小，所需DDC模塊數(shù)量少，每個(gè)目標(biāo)只需要一個(gè)DDC模塊的相控陣天線，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，在由個(gè)陣元構(gòu)成的天線陣面中，個(gè)陣元的射頻前端對(duì)應(yīng)各自相連的ADC單元(3)，ADC單元(3)將輸出的模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的個(gè)DBF單元(4)把上述ADC單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)，并同對(duì)應(yīng)連接的權(quán)值產(chǎn)生單元(5)生成的個(gè)復(fù)數(shù)權(quán)矢量相乘，完成波束合成，個(gè)波束合成輸出信號(hào)經(jīng)過對(duì)應(yīng)連接的信道化帶通濾波器單元(6)濾波，獲得個(gè)目標(biāo)的數(shù)字中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)傳遞給各自的DDC單元(7)，輸出個(gè)目標(biāo)的基帶信號(hào)。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK102544751SQ201110301768
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者任燕飛, 何海丹, 張?jiān)? 曾浩, 胡根根 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所