一種多波束相控天線系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多波束相控天線系統，它涉及微波通信領域中的波束賦形系統。它由天線陣列(M陣元)、M選N開關組件、N通道濾波組件、N通道功放/低噪放組件、N通道變頻組件和N通道基帶處理組件組成。該系統利用平面定向天線組成圓陣，結合天線選擇進行波束賦形，可生成M個波束實現水平360°覆蓋。本發明具有多波束全向覆蓋，瞬時點波束互通的功能，體積小、重量輕，適用于在微波通信中作為天線系統使用，能夠滿足車載、艦載及升空平臺的使用需求。
【專利說明】
一種多波束相控天線系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種相控天線系統，能夠形成多個波束實現水平360°全向覆蓋，適用于在微波通信中作為天線系統使用，能夠滿足車載、艦載及升空平臺的使用需求。
【背景技術】
[0002]相控天線系統是一種通過改變天線發射信號相位來實現波束掃描的天線系統。相控天線系統由天線陣列、饋電網絡及波束控制電路三部分構成，其中，天線陣由多個天線單元組成陣列，系統通過控制各天線單元信號的幅度與相位實現波束的賦形與掃描。
[0003]目前全向覆蓋的相控天線系統多采用全向天線組成陣列進行波束賦形，而全向天線增益較小，相比傳統的定向天線，需要更大的天線陣列規模和更多的T/R組件來實現，系統復雜度較高。由此帶來問題:一方面系統體積與重量大，難以滿足車載、艦載和空載等平臺對體積和重量的要求，另一方面成本較高，難以滿足大規模部署的需要。隨著對微波通信需求的快速增長，急需一種體積小、重量輕的低成本相控天線系統，滿足各種微波設備對全向通?目的需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于避免上述【背景技術】應用在全向通信中的不足之處，而提供了一種低復雜度的多波束相控天線系統，有效的減小了體積與重量，降低了成本。該相控天線系統通過采用天線選擇和多個平面定向天線波束賦形生成多個高增益波束，實現了水平360°全向覆蓋。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]—種多波束相控天線系統，包括由M個陣元組成的天線陣列、M選N開關選擇組件、N個收發通道和N通道基帶處理組件，其特征在于:所述的陣元為平面定向天線，M個平面定向天線依次首尾相連組成圓陣，每個平面定向天線的波束方向均背向圓陣的圓心;M個陣元的輸入輸出端口與M選N開關選擇組件對應天線側的M個端口——對應連接，M選N開關選擇組件另一側的N個端口與N個收發通道一一對應連接，N個收發通道與N通道基帶處理組件對應連接;N通道基帶處理組件通過線路與M選N開關選擇組件的開關選擇控制端口相連;其中，M為大于等于6的自然數，N為小于等于Μ/2的自然數。
[0007]其中，mi道基帶處理組件控制M選N開關組件在M個平面定向天線中選擇相鄰的N個平面定向天線組成一個天線子陣，M個平面定向天線共形成M個天線子陣。
[0008]其中，所述的每個天線子陣形成一個波束;M個子陣可形成M個波束，每個波束覆蓋360° /M的范圍。
[0009]其中，每個天線子陣形成一個波束是對天線子陣N個天線發送和接收的信號進行幅度和相位進行加權得到的。
[0010]其中，所述的N個收發通道由N通道濾波組件、N通道功放/低噪放組件和N通道變頻組件組成。
[0011]其中，N通道基帶處理組件在基帶進行波束賦形后進行正交上變頻生成N路幅度與相位有差異的中頻信號，經N通道變頻組件上變頻到射頻，送入N通道功放/低噪放組件進行功率放大，經N通道濾波組件濾除諧波，利用M選N開關組件選擇天線子陣進行發射信號;天線陣列中M個平面定向天線接收到了 M路射頻信號，經M選N開關組件選擇天線子陣接收到的信號，送入N通道濾波組件濾除帶外干擾，經N通道功放/低噪放組件進行低噪聲功率放大，后經N通道變頻組件進行下變頻為中頻信號，輸入N通道基帶處理組件進行正交下變頻和波束賦形。
[0012]本發明與【背景技術】相比具有如下優點:
[0013]1.本發明采用平面定向天線作為陣元構成圓陣，提高了陣元的天線增益，減小了天線間的相互遮擋；
[0014]2.本發明采用M選N開關進行天線選擇，減少了用于波束賦形信號的數目，從而減小了后端信號處理的復雜度；
[0015]3.本發明采用了更少的射頻通道，減少了T/R組件的通道數目，減小了系統復雜度、降低了成本；
[0016]4.本發明采用更少的T/R組件，從而體積更小，重量更輕。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的原理方框圖。
[0018]圖2是本發明的天線陣列圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
[0020]圖1是本發明的原理方框圖。一種多波束相控天線系統，包括由M個陣元組成的天線陣列6、M選N開關選擇組件5、N個收發通道和N通道基帶處理組件I，所述的N個收發通道由N通道濾波組件4、N通道功放/低噪放組件3和N通道變頻組件2組成。實例按圖1進行連線，其中實線為傳輸信號，虛線為控制信號。
[0021]圖1中，天線陣列雙向端口 I?M與M選N開關組件的雙向端口 I?M連接，M選N開關組件雙向端口 M+1?M+N與N通道濾波組件雙向端口 I?N連接，N通道濾波組件雙向端口 N+1?2N與N通道功放/低噪放組件雙向端口 I?N連接，N通道功放/低噪放組件輸入端口N+1?2N與N通道變頻組件射頻輸出端口 I?N順序連接，N通道功放/低噪放組件輸出端口 2N+1?3N與N通道變頻組件射頻輸入端口 N+1?2N連接，N通道變頻組件中頻輸入端口 2N+1?3N與基帶處理組件中頻輸出端口 I?N連接，N通道變頻組件中頻輸出端口 3N+1?4N與基帶處理組件中頻輸入端口 N+1?2N順序連接，M選N開關組件的控制端口 M+N+1與N通道基帶處理組件的天線控制端口 2N+1連接，N通道濾波組件的控制端口 2N+1與N通道基帶處理組件的濾波控制端口 2N+2連接，N通道功放/低噪放組件的控制端口 3N+1與N通道基帶處理組件的端口 2N+3連接，N通道變頻組件的控制端口 4N+1與N通道基帶處理組件的端口 2N+4連接。
[0022]圖2是本發明的天線陣列圖(M=16)。其中，平面定向天線Al?A16均勻排列，構成圓陣。
[0023]所述的陣元為平面定向天線，M個平面定向天線依次首尾相連組成圓陣，每個平面定向天線的波束方向均背向圓陣的圓心;M個陣元的輸入輸出端口與M選N開關選擇組件對應天線側的M個端口——對應連接，M選N開關選擇組件另一側的N個端口與N個收發通道一一對應連接，N個收發通道與N通道基帶處理組件對應連接;N通道基帶處理組件通過線路與M選N開關選擇組件的開關選擇控制端口相連;其中，M為大于等于6的自然數，N為小于等于M/2的自然數。實施例1中，M為16，N為4;實施例2中，M為25，N為5;當然，M和N可根據需要選擇其他數值。
[0024]N通道基帶處理組件I控制M選N開關組件5在M個平面定向天線中選擇相鄰的N個平面定向天線組成一個天線子陣，M個平面定向天線共形成M個天線子陣。所述的每個天線子陣形成一個波束;M個子陣可形成M個波束，每個波束覆蓋360°/M的范圍。每個天線子陣形成一個波束是對天線子陣N個天線發送和接收的信號進行幅度和相位進行加權得到的。
[0025]N通道基帶處理組件I負責波束賦形的基帶與中頻處理，一方面將發射的基帶信號進行幅度與相位的加權，并進行正交上變頻，生成N路幅度與相位不同的中頻信號；另一方面將接收的N路中頻信號進行正交下變頻生成N路基帶信號，將基帶信號分別進行幅度與相位的加權并合并。
[0026]N通道基帶處理組件I對N通道變頻組件2的頻率進行控制;對N通道功放/低噪放組件3的發送與接收進行控制;對N通道濾波器組件4的通帶進行控制;對M選N開關組件5的天線選擇進行控制。
[0027]N通道變頻組件2通過混頻實現N路中頻信號與N路射頻信號的上下變頻。
[0028]N通道功放/低噪放組件3—方面對發射信號進行功率放大，另一方面對接收信號進行低噪聲放大。
[0029]N通道濾波組件4濾除發射信號的帶外諧波和接收信號的帶外干擾。
[0030]天線陣列6(M=16)由平面定向天線Al?A16組成，M選N開關組件5(N = 4)對天線進行選擇，可形成A1A2A3A4、A2A3A4A5、A3A4A5A6、、A5A6A7A8、A6A7A8A9、A7A8A9A10、A8A9A10A11、A9A10A11A12、A10A11A12A13、A11A12A13A14、A12A13A14A15、A13A14A15A16、A14A15A16A1、A15A16A1A2、A16A1A2A3共16個天線子陣，每個子陣經波束賦形可形成一個波束，共M個波束實現水平360°全向覆蓋。
[0031]工作原理:M選N開關從M個天線單元中選擇出M個天線子陣，每個天線子陣由相鄰N個天線單元構成，經N個收發通道進行射頻信號處理，利用N通道基帶處理組件對發射與接收到的信號進行幅度與相位的加權，可形成M個波束，每個波束覆蓋360° /M的范圍，N通道基帶處理組件可控制M選N開關實現天線子陣的切換，進而選擇最佳波束進行通信。通過此種工作方式，實現了多波束全向覆蓋，瞬時點波束互通。
[0032]N通道基帶處理組件在基帶幅相加權后進行正交上變頻生成N路幅度與相位有差異的中頻信號，經N通道變頻組件上變頻到射頻，送入N通道功放/低噪放組件進行功率放大，經N通道濾波組件濾除諧波，利用M選N開關組件選擇天線子陣進行發射信號；天線陣列中M個平面定向天線接收到了M路射頻信號，經M選N開關組件選擇天線子陣接收到的信號，送入N通道濾波組件濾除帶外干擾，經N通道功放/低噪放組件進行低噪聲功率放大，后經N通道變頻組件進行下變頻為中頻信號，輸入N通道基帶處理組件進行正交下變頻和波束賦形。
【主權項】
1.一種多波束相控天線系統，包括由M個陣元組成的天線陣列、M選N開關選擇組件、N個收發通道和N通道基帶處理組件，其特征在于:所述的陣元為平面定向天線，M個平面定向天線依次首尾相連組成圓陣，每個平面定向天線的波束方向均背向圓陣的圓心;M個陣元的輸入輸出端口與M選N開關選擇組件對應天線側的M個端口——對應連接，M選N開關選擇組件另一側的N個端口與N個收發通道一一對應連接，N個收發通道與N通道基帶處理組件對應連接;N通道基帶處理組件通過線路與M選N開關選擇組件的開關選擇控制端口相連;其中，M為大于等于6的自然數，N為小于等于M/2的自然數。2.根據權利要求1所述的一種多波束相控天線系統，其特征在于:N通道基帶處理組件控制M選N開關組件在M個平面定向天線中選擇相鄰的N個平面定向天線組成一個天線子陣，M個平面定向天線共形成M個天線子陣。3.根據權利要求2所述的一種多波束相控天線系統，其特征在于:所述的每個天線子陣形成一個波束;M個子陣可形成M個波束，每個波束覆蓋360° /M的范圍。4.根據權利要求3所述的一種多波束相控天線系統，其特征在于:每個天線子陣形成一個波束是對天線子陣N個天線發送和接收的信號進行幅度和相位進行加權得到的。5.根據權利要求1所述的一種多波束相控天線系統，其特征在于:所述的N個收發通道由N通道濾波組件、N通道功放/低噪放組件和N通道變頻組件組成。6.根據權利要求5所述的一種多波束相控天線系統，其特征在于:N通道基帶處理組件在基帶進行波束賦形后進行正交上變頻生成N路幅度與相位有差異的中頻信號，經N通道變頻組件上變頻到射頻，送入N通道功放/低噪放組件進行功率放大，經N通道濾波組件濾除諧波，利用M選N開關組件選擇天線子陣進行發射信號;天線陣列中M個平面定向天線接收到了M路射頻信號，經M選N開關組件選擇天線子陣接收到的信號，送入N通道濾波組件濾除帶外干擾，經N通道功放/低噪放組件進行低噪聲功率放大，后經N通道變頻組件進行下變頻為中頻信號，輸入N通道基帶處理組件進行正交下變頻和波束賦形。
【文檔編號】H01Q23/00GK105896079SQ201610414885
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】張金波, 張航, 焦學強, 王棟良, 金煥文, 姜曉斐, 李曉晗, 孟旭東
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所