三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天線陣的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于天線工程技術領域，特別是一種三頻三功能時間調制和非時間調制可 重構共孔徑天線陣。
【背景技術】
[0002] 隨著通信與雷達技術的迅速發展，各種電子系統對天線系統提出了越來越苛刻的 要求，使得多功能、高性能、低成本、小型化的天線系統越來越受關注。時間調制天線陣是指 在常規天線陣設計中引入時間變量，通過接入陣元中的高速射頻開關按照預定的開關工作 時序去控制每一個天線單元的工作狀態，使天線陣的口徑尺寸隨時間變化，即具有時間調 制特性。時間調制天線陣將空間陣元的幅度和相位加權通過時間加權的方式實現，簡化了 饋電網絡結構以及降低了饋電復雜度，同時由于時間調制天線陣的時間調制特性，具有許 多特有的輻射特性，可以滿足當代對高性能、低成本天線系統的要求。近年來，國內外學者 展開了對時間調制天線陣的廣泛研究，一方面研究采用新穎的時間序列和改進的優化算法 來抑制邊帶效應實現低副瓣方向圖綜合，另一方面研究利用時間調制天線陣的多邊帶特性 實現波束掃描、自適應波束形成、以及單脈沖測向等功能。時間調制天線陣由于增加了常規 天線陣的設計自由度，使其在現代無線系統中有著廣泛的應用前景。
[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，它能夠自動跟蹤來波 方向，而不需要來波方向的先驗知識和復雜的數字信號處理算法。方向回溯陣列的兩種主 要實現方式為范阿塔天線陣和相位共輒天線陣。范阿塔天線陣由成對的陣列單元組成，單 元天線關于幾何中心對稱排列，天線單元對用等長的傳輸線連接。范阿塔天線陣設計簡單 且經濟成本低，但只適用于平面入射波和平面結構情況。相位共輒天線陣利用外差混頻的 技術來完成相位共輒從而實現方向回溯功能，其相位共輒技術是波前重構，每個天線單元 單獨實現相位共輒而不依賴于天線對，這一特點使其適用于非平面入射波和非平面結構情 況。方向回溯陣列天線具有快速跟蹤和高性價比的特點，在通信和雷達領域具有廣泛的應 用前景。
[0004] 由上可知，現有天線系統只能實現時間調制或者方向回溯單一功能，無法在同一 天線陣列中實現時間調制、方向回溯和時間調制方向回溯三功能。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天 線陣。
[0006] 實現本發明目的的技術解決方案為：
[0007] -種三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天線陣，包括2N個天線單 元、2N個單刀單擲開關、一個開關控制電路、個三通道選擇器、2N個雙工器、2N個 相位共輒混頻器、2N個移相器、一個2N路功率分配器、一個2N路功率合成器、一個本振源和 一個接收機，N為正整數；
[0008] 每個天線單元與一個對應的單刀單擲開關相連，所述開關控制電路與所有的單刀 單擲開關相連，控制單刀單擲開關周期性通斷；
[0009] 當N= 1，兩個單刀單擲開關與三通道選擇器的兩個輸入端相連，三通道選擇器的 兩個輸出端分別與兩個雙工器相連，每個雙工器的兩個輸出端分別與相位共輒混頻器和移 相器相連，兩個相位共輒混頻器與二路功率分配器相連，二路功率分配器與本振源相連；兩 個移相器與二路功率合成器相連，二路功率合成器與接收機相連；
[0010] 當N彡2,t'VL'V+D個三通道選擇器為N層排列，第1~N層的三通道選擇器數 2 量分別為1~N個，相鄰兩層的較上一層三通道選擇器的兩個輸出端分別與較下一層兩個 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輸入端分別與兩個單刀 三擲開關的第二導通通道相連，第N層三通道選擇器的2N個輸出端分別與2N個雙工器相 連，每個雙工器的兩個輸出端分別與相位共輒混頻器和移相器相連，2N個相位共輒混頻器 與2N路功率分配器相連，2N路功率分配器與本振源相連；2N個移相器與2N路功率合成器 相連，2N路功率合成器與接收機相連；
[0011] 當開關控制電路控制所有的單刀單擲開關處于周期性通斷狀態時，實現不同工作 頻率上的時間調制天線陣功能、時間調制范阿塔天線陣功能和時間調制相位共輒天線陣功 能；當開關控制電路控制所有的單刀單擲開關一直處于導通狀態時，實現不同工作頻率上 的均勻線陣功能、范阿塔天線陣功能、相位共輒天線陣功能。
[0012] 本發明與現有技術相比，其顯著優點：
[0013] (1)本發明通過時間調制技術和方向回溯技術實現三頻三功能時間調制和非時間 調制可重構共孔徑天線陣，具有多頻多功能特點，既滿足了天線系統多個工作頻段的要求， 又減小了多個陣列天線對天線空間的要求，實現了天線系統的多頻化、多功能化、小型化和 智能化。
[0014] (2)本發明通過控制時間序列實現了在三頻三功能時間調制共孔徑天線陣和三頻 三功能非時間調制共孔徑天線陣之間的自由切換，具有重構簡單、復雜度低和精確度高等 優點。
[0015] (3)本發明采用一個天線陣系統實現了時間調制天線陣功能、時間調制范阿塔天 線陣功能和時間調制相位共輒天線陣功能，以及均勻線陣功能、范阿塔天線陣功能和相位 共輒天線陣功能。
[0016] (4)本發明中的時間調制范阿塔天線陣和時間調制相位共輒天線陣采用時間調制 技術實現天線單元的幅度加權，得到了低副瓣回溯遠場，具有高性能、高精度和低成本等特 點。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天線陣的結構 圖。
[0018] 圖2為本發明實施例中三通道選擇器在頻率fRF1、fRF2和f_的傳輸原理圖。
[0019] 圖3為本發明實施例中雙工器在頻率fRF1和f_的傳輸原理圖。
[0020] 圖4為本發明實施例中工作在頻率fRF1時的相位關系圖，其中（0 0 2, 0 3, 0 4) 為相位補償線段的不同電長度，kH=fRF1/fRF3。
[0021] 圖5為本發明實施例中工作在頻率fRF2時的相位關系圖，其中kM=fRF2/fRF3。
[0022] 圖6為本發明實施例中工作在頻率fRF3時的相位關系圖。
[0023] 圖7為本發明實施例中的兩種開關時序圖，其中黑色陰影部分表示開關處于導通 狀態。
[0024] 圖8為本發明實施例中基于時間序列I工作在三頻三功能時間調制模式時的方向 圖。
[0025] 圖9為本發明實施例中基于時間序列II工作在三頻三功能非時間調制模式時的 方向圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發明的一種三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天線陣，包括2N 個天線單元、2N個單刀單擲開關、一個開關控制電路、個三通道選擇器、2N個雙工 器、2N個相位共輒混頻器、2N個移相器、一個2N路功率分配器、一個2N路功率合成器、一個 本振源和一個接收機，N為正整數；
[0027] 每個天線單元與一個對應的單刀單擲開關相連，所述開關控制電路與所有的單刀 單擲開關相連，控制單刀單擲開關周期性通斷；
[0028] 當N= 1，兩個單刀單擲開關與三通道選擇器的兩個輸入端相連，三通道選擇器的 兩個輸出端分別與兩個雙工器相連，每個雙工器的兩個輸出端分別與相位共輒混頻器和移 相器相連，兩個相位共輒混頻器與二路功率分配器相連，二路功率分配器與本振源相連；兩 個移相器與二路功率合成器相連，二路功率合成器與接收機相連；
[0029] 當N彡2, 個三通道選擇器為N層排列，第1~N層的三通道選擇器數 量分別為1~N個，相鄰兩層的較上一層三通道選擇器的兩個輸出端分別與較下一層兩個 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輸入端分別與兩個單刀 三擲開關的第二導通通道相連，第N層三通道選擇器的2N個輸出端分別與2N個雙工器相 連，每個雙工器的兩個輸出端分別與相位共輒混頻器和移相器相連，2N個相位共輒混頻器 與2N路功率分配器相連，2N路功率分配器與本振源相連；2N個移相器與2N路功率合成器 相連，2N路功率合成器與接收機相連；
[0030] 當開關控制電路控制四個單刀單擲開關處于周期性通斷狀態時，實現不同工作頻 率上的時間調制天線陣功能、時間調制范阿塔天線陣功能和時間調制相位共輒天線陣功 能；當開關控制電路控制所有的單刀單擲開關一直處于導通狀態時，實現不同工作頻率上 的均勻線陣功能、范阿塔天線陣功能、相位共輒天線陣功能。
[0031] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0032] 實施例
[0033] 結合圖1，一種三頻三功能時間調制和非時間調制可重構共孔徑天線陣，包括四個 天線單元1、四個單刀單擲開關2、一個開關控制電路3、三個三通道選擇器4、四個雙工器5、 四個相位共輒混頻器6、四個移相器7、一個四路功率分配器8、一個四路功率合成器9、一個 本振源10和一個接收機11 ;
[0034] 四個天線單元分別與四個單刀單擲開關相連，陣列中間兩個單刀單擲開關與一個 三通道選擇器的兩個輸入端相連，三通道選擇器的兩個