本發(fā)明涉及相控陣天線，尤其涉及一種基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、相控陣天線廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和通信系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)機(jī)械掃描天線具有波束掃描靈活快速的顯著優(yōu)勢(shì)。

2、為了提高天線分辨率，相控陣天線需要更大的口徑面積。而工程中為了減少收發(fā)通路個(gè)數(shù)、降低雷達(dá)陣面成本，最常用的方法就是劃分子陣，子陣中天線單元共用收發(fā)通道。這種方法雖然簡(jiǎn)單有效，但是會(huì)造成子陣之間的距離大大增加，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作波長(zhǎng)，會(huì)使得陣列輻射方向圖出現(xiàn)柵瓣，惡化系統(tǒng)的功率特性和抗干擾特性。

3、目前，國(guó)內(nèi)外常用的抑制大間距子陣相控陣柵瓣的方法有兩種：一種是采用子陣級(jí)非周期布陣的方式，使子陣的相位中心呈現(xiàn)非周期特性從而抑制柵瓣，例如子陣旋轉(zhuǎn)、子陣錯(cuò)位、子陣拼接以及稀疏子陣等；另一種方式是優(yōu)化天線單元方向圖來(lái)完成陣列柵瓣抑制的效果，但是該方法局限性很強(qiáng)且抑制效果一般。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提出的一種基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，包括：可編碼超表面模塊、相控陣天線模塊、接收和發(fā)射通路模塊和波束控制和形成模塊；

3、可編碼超表面模塊設(shè)置在相控陣天線模塊的上方，可編碼超表面與波束控制和形成模塊通信連接；相控陣天線模塊通過(guò)接收和發(fā)射通路模塊與波束控制和形成模塊通信連接；

4、其中，波束控制和形成模塊用于控制相控陣天線模塊進(jìn)行波束掃描；

5、并在相控陣天線模塊每產(chǎn)生一個(gè)波位時(shí)，還用于控制可編碼超表面模塊產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償相位。

6、優(yōu)選地，可編碼超表面模塊包含m×n個(gè)超表面單元，超表面單元均與波束控制和形成模塊連接。

7、優(yōu)選地，可編碼超表面模塊包含16×16個(gè)超表面單元。

8、優(yōu)選地，每個(gè)超表面單元獨(dú)立控制。

9、優(yōu)選地，相控陣天線模塊包括周期布陣的m個(gè)天線子陣，每個(gè)天線子陣包括n個(gè)天線單元和功分饋電網(wǎng)絡(luò)，n個(gè)天線單元分別與功分饋電網(wǎng)絡(luò)連接，功分饋電網(wǎng)絡(luò)與接收和發(fā)射通路模塊連接。

10、優(yōu)選地，m為16，n為16。

11、優(yōu)選地，補(bǔ)償相位的產(chǎn)生可依據(jù)如下公式：

12、

13、βp′q＝kmdx?u+kndyv(m＝1,2...16,n＝1,2...16)；

14、

15、式中，是可編碼超表面模塊的相位分布，βp′q是單通道相控陣系統(tǒng)天線單元的激勵(lì)相位，βp″q是對(duì)βp′q進(jìn)行4×4天線子陣劃分后的相位分布，即每個(gè)4×4天線子陣共用一個(gè)相位，相位的值為原16個(gè)通道相位值的平均數(shù)，k為自由空間波數(shù)，dx＝dy＝10mm，θ為相控陣系統(tǒng)方位向掃描角度，為相控陣系統(tǒng)俯仰向掃描角度。

16、優(yōu)選地，接收和發(fā)射通路模塊包括m個(gè)接收和發(fā)射通路，每個(gè)接收和發(fā)射通路包括：移相器、收發(fā)開(kāi)關(guān)、功率放大器、環(huán)形器、濾波器和低噪聲放大器；

17、移相器的一端均與波束控制和形成模塊連接，另一端與收發(fā)開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)連接；

18、收發(fā)開(kāi)關(guān)的第一靜觸點(diǎn)與功率放大器的一端連接，功率放大器的另一端與環(huán)行器的第一端口連接；收發(fā)開(kāi)關(guān)的第二靜觸點(diǎn)與低噪聲放大器的一端連接，低噪聲放大器的另一端與濾波器的一端連接，濾波器的另一端與環(huán)形器的第二端口連接；

19、環(huán)形器的第三端口用于與對(duì)應(yīng)的天線子振的功分饋電網(wǎng)絡(luò)連接。

20、本發(fā)明中，所提出的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)可編碼超表面模塊中的各個(gè)超表面單元的透射相位進(jìn)行獨(dú)立調(diào)控產(chǎn)生特定的相位分布，從而有效地抑制大間距子陣的掃描柵瓣。而且，與傳統(tǒng)大間距子陣相控陣系統(tǒng)相比，只需要增加獨(dú)立的超表面模塊就能提高整個(gè)系統(tǒng)的掃描性能，大大節(jié)省了通道個(gè)數(shù)，降低了系統(tǒng)成本。

技術(shù)特征：

1.一種基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，包括：可編碼超表面模塊、相控陣天線模塊、接收和發(fā)射通路模塊和波束控制和形成模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，可編碼超表面模塊包含m×n個(gè)超表面單元，超表面單元均與波束控制和形成模塊連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，可編碼超表面模塊包含16×16個(gè)超表面單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)超表面單元獨(dú)立控制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，相控陣天線模塊包括周期布陣的m個(gè)天線子陣，每個(gè)天線子陣包括n個(gè)天線單元和功分饋電網(wǎng)絡(luò)，n個(gè)天線單元分別與功分饋電網(wǎng)絡(luò)連接，功分饋電網(wǎng)絡(luò)與接收和發(fā)射通路模塊連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，m為16，n為16。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，補(bǔ)償相位的產(chǎn)生可依據(jù)如下公式：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，其特征在于，接收和發(fā)射通路模塊包括m個(gè)接收和發(fā)射通路，每個(gè)接收和發(fā)射通路包括：移相器、收發(fā)開(kāi)關(guān)、功率放大器、環(huán)形器、濾波器和低噪聲放大器；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于可編碼超表面的大間距子陣相控陣系統(tǒng)，可編碼超表面模塊、相控陣天線模塊、接收和發(fā)射通路模塊和波束控制和形成模塊；可編碼超表面模塊設(shè)置在相控陣天線模塊的上方，可編碼超表面與波束控制和形成模塊通信連接；相控陣天線模塊通過(guò)接收和發(fā)射通路模塊與波束控制和形成模塊通信連接；其中，波束控制和形成模塊用于控制相控陣天線模塊進(jìn)行波束掃描；并在相控陣天線模塊每產(chǎn)生一個(gè)波位時(shí)，還用于控制可編碼超表面模塊產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償相位。本發(fā)明能夠有效地抑制大間距子陣的掃描柵瓣。

技術(shù)研發(fā)人員：余澤,陳暢,劉露,張小林,杜瑞,方佳,陳衛(wèi)東,高敏,夏孝攀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12