雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu) 共孔徑天線陣。
【背景技術(shù)】
[0002] 時(shí)間調(diào)制天線是一種基于時(shí)間調(diào)制技術(shù)的四維天線。時(shí)間調(diào)制陣列天線是指在常 規(guī)三維陣列天線設(shè)計(jì)中引入時(shí)間變量，通過(guò)接入陣元中的高速射頻開(kāi)關(guān)按照預(yù)定的開(kāi)關(guān)工 作時(shí)序去控制每一個(gè)天線單元的工作狀態(tài)，使天線陣的口徑尺寸隨時(shí)間變化，即具有時(shí)間 調(diào)制特性，從而增加了天線陣設(shè)計(jì)的自由度。時(shí)間調(diào)制天線陣將空間陣元的幅度和相位加 權(quán)通過(guò)時(shí)間加權(quán)的方式實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及降低了饋電復(fù)雜度，此外，對(duì)時(shí)間的 控制更加簡(jiǎn)單方便且精確度高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開(kāi)了對(duì)時(shí)間調(diào)制天線陣的廣泛研究， 一方面研究采用新穎的時(shí)間序列和改進(jìn)的優(yōu)化算法來(lái)抑制邊帶效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低副瓣方向圖綜 合，另一方面研究利用時(shí)間調(diào)制天線陣的多邊帶特性實(shí)現(xiàn)波束掃描、自適應(yīng)波束形成、以及 單脈沖測(cè)向等功能。時(shí)間調(diào)制天線陣由于引入了新的設(shè)計(jì)自由度一時(shí)間維，使其在現(xiàn)代無(wú) 線系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 方向回溯天線是一種具有自跟蹤波束掃描特性的智能天線，它能夠自動(dòng)跟蹤來(lái)波 方向，而不需要來(lái)波方向的先驗(yàn)知識(shí)和復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。方向回溯陣列的兩種主 要實(shí)現(xiàn)方式為范阿塔（Van Atta)天線陣和相位共輒天線陣。范阿塔天線陣由成對(duì)的陣列單 元組成，單元天線關(guān)于幾何中心對(duì)稱排列，天線單元對(duì)用等長(zhǎng)的傳輸線連接。范阿塔天線陣 是基于相位梯度反轉(zhuǎn)思想而來(lái)的，即天線單元接收的信號(hào)是由其成對(duì)的天線單元重新發(fā)射 出去，由于沒(méi)有依賴頻率的元件且連接的傳輸線等長(zhǎng)，使得它可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)達(dá) 到方向回溯特性，其主要的帶寬限制是天線單元帶寬。范阿塔天線陣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)成本 低，但只適用于平面入射波和平面結(jié)構(gòu)情況。相位共輒天線陣?yán)猛獠罨祛l的技術(shù)來(lái)完成 相位共輒從而實(shí)現(xiàn)方向回溯功能，其相位共輒技術(shù)是波前重構(gòu)，每個(gè)天線單元單獨(dú)實(shí)現(xiàn)相 位共輒而不依賴于天線對(duì)，這一特點(diǎn)使其適用于非平面入射波和非平面結(jié)構(gòu)情況。此外，這 種天線陣由于混頻器的引入，可以對(duì)來(lái)波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。方向回溯陣列天線由于其高增益、 自動(dòng)波束跟蹤、多徑抑制、多目標(biāo)跟蹤等方面的優(yōu)越性能以及優(yōu)異的性價(jià)比，使其在現(xiàn)代無(wú) 線系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 由上可知，現(xiàn)有天線系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)制或者方向回溯單一功能，無(wú)法在同一 天線陣列中實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)制、方向回溯和時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：
[0007] -種雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣，包括2N個(gè)天線單元、2N 個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)、個(gè)三通道選擇器、2N個(gè)移相器、2N個(gè)相位共輒混頻器、一個(gè)2N 路功率合成器、一個(gè)2N路功率分配器、接收機(jī)、本振源和開(kāi)關(guān)控制電路，其中N為正整數(shù)；
[0008] 每個(gè)天線單元與一個(gè)對(duì)應(yīng)的單刀三擲開(kāi)關(guān)相連，每個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)包括第一導(dǎo)通 通道、第二導(dǎo)通通道和斷開(kāi)通道，所述開(kāi)關(guān)控制電路與所有的單刀三擲開(kāi)關(guān)相連，控制單刀 三擲開(kāi)關(guān)的周期性通斷；每個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通通道與一個(gè)對(duì)應(yīng)的移相器相連，2N 個(gè)移相器與一個(gè)2N路功率合成器相連，所述2N路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0009] 當(dāng)N = 1，兩個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道與三通道選擇器的兩個(gè)輸入端相連， 三通道選擇器的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)相位共輒混頻器相連，兩個(gè)相位共輒混頻器均與二 路功率分配器相連，所述二路功率分配器與本振源相連；
[0010] 當(dāng)N彡2, ^Λ《γ+1)個(gè)三通道選擇器為N層排列，第1~N層的三通道選擇器數(shù)量 分別為1~N個(gè)，相鄰兩層的較上一層三通道選擇器的兩個(gè)輸出端分別與較下一層兩個(gè)不 同的三通道選擇器的輸入端相連，每層三通道選擇器空出的兩個(gè)輸入端分別與兩個(gè)單刀三 擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道相連，第N層三通道選擇器的2Ν個(gè)輸出端分別與2Ν個(gè)相位共輒混 頻器相連，2Ν個(gè)相位共輒混頻器均與2Ν路功率分配器相連，所述2Ν路功率分配器與本振源 相連；
[0011] 所述雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣為雙頻時(shí)間調(diào)制、雙頻方 向回溯和雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣；當(dāng)工作在雙頻時(shí)間調(diào)制天線 陣模式時(shí)，所有單刀三擲開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通通道與斷開(kāi)通道處于周期性通斷狀態(tài)；當(dāng)工作在 雙頻方向回溯天線陣模式時(shí)，所有單刀三擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)工作在 雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯天線陣模式時(shí)，所有單刀三擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道與斷開(kāi)通道處于 周期性通斷狀態(tài)。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0013] (1)本發(fā)明用時(shí)間調(diào)制技術(shù)和方向回溯技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種雙頻三功能可重構(gòu)共孔徑 天線陣，滿足了雙頻工作的要求且減小了多個(gè)陣列天線對(duì)天線空間的要求，實(shí)現(xiàn)了天線系 統(tǒng)的雙頻化、多功能化、小型化和智能化；
[0014] (2)本發(fā)明用一個(gè)天線陣實(shí)現(xiàn)了雙頻時(shí)間調(diào)制天線陣、雙頻方向回溯天線陣和雙 頻時(shí)間調(diào)制方向回溯天線陣三種功能，通過(guò)控制時(shí)間序列實(shí)現(xiàn)陣列天線在這三種功能之間 自由切換，具有重構(gòu)簡(jiǎn)單、復(fù)雜度低和精確度高等優(yōu)點(diǎn)；
[0015] (3)本發(fā)明中的雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯天線陣采用時(shí)間調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)天線單元的 幅度加權(quán)，得到了低副瓣回溯遠(yuǎn)場(chǎng)，具有高性能、高精度和低成本等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的雙頻時(shí)間調(diào)制、方向回溯和時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重 構(gòu)共孔徑天線陣的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖2為實(shí)施例中三通道選擇器在頻率fRF1和f ^的傳輸原理圖。
[0018] 圖3為實(shí)施例中工作在頻率fRF1和f RF2時(shí)間調(diào)制天線陣的原理圖。
[0019] 圖4為實(shí)施例中工作在頻率fRF1時(shí)的相位關(guān)系圖，其中（Θ θ2, θ3)表示相位補(bǔ) 償線段的不同電長(zhǎng)度，kMH= fRF1/fRF2o
[0020] 圖5為實(shí)施例中工作在頻率fRF2時(shí)的相位關(guān)系圖，其中（Θ u θ2, θ3)表示相位補(bǔ) 償線段的不同電長(zhǎng)度。
[0021] 圖6為實(shí)施例中的一種開(kāi)關(guān)時(shí)序圖，其中黑色陰影部分表示開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0022] 圖7為實(shí)施例中工作在雙頻時(shí)間調(diào)制天線陣模式時(shí)的歸一化方向圖。
[0023] 圖8為實(shí)施例中工作在雙頻方向回溯天線陣模式時(shí)的雙站方向圖。
[0024] 圖9為實(shí)施例中工作在雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯天線陣模式時(shí)的雙站方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明的一種雙頻時(shí)間調(diào)制方向回溯三功能可重構(gòu)共孔徑天線陣，包括2Ν個(gè)天 線單元、2Ν個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)、1)個(gè)三通道選擇器、2Ν個(gè)移相器、2Ν個(gè)相位共輒混頻 器、一個(gè)2Ν路功率合成器、一個(gè)2Ν路功率分配器、接收機(jī)、本振源和開(kāi)關(guān)控制電路，其中N 為正整數(shù)；
[0026] 每個(gè)天線單元與一個(gè)對(duì)應(yīng)的單刀三擲開(kāi)關(guān)相連，每個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)包括第一導(dǎo)通 通道onl、第二導(dǎo)通通道οη2和斷開(kāi)通道off，所述開(kāi)關(guān)控制電路與所有的單刀三擲開(kāi)關(guān)相 連，控制單刀三擲開(kāi)關(guān)的周期性通斷，其中開(kāi)關(guān)控制電路為CPLD電路或FPGA電路；每個(gè)單 刀三擲開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通通道與一個(gè)對(duì)應(yīng)的移相器相連，2N個(gè)移相器與一個(gè)2N路功率合成 器相連，所述2N路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0027] 當(dāng)N = 1，兩個(gè)單刀三擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道與三通道選擇器的兩個(gè)輸入端相連， 三通道選擇器的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)相位共輒混頻器相連，兩個(gè)相位共輒混頻器均與二 路功率分配器相連，所述二路功率分配器與本振源相連；
[0028] 當(dāng)N彡2, 1/U/V.+.I)個(gè)三通道選擇器為N層排列，第1~N層的三通道選擇器數(shù)量 分別為1~N個(gè)，相鄰兩層的較上一層三通道選擇器的兩個(gè)輸出端分別與較下一層兩個(gè)不 同的三通道選擇器的輸入端相連，每層三通道選擇器空出的兩個(gè)輸入端分別與兩個(gè)單刀三 擲開(kāi)關(guān)的第二導(dǎo)通通道相連，第N層三通道選擇器的2N個(gè)輸出端分別與2N個(gè)相位共輒