三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(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，特別是一種三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可 重構(gòu)共孔徑天線陣。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信與雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電子系統(tǒng)對(duì)天線系統(tǒng)提出了越來(lái)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(tǒng)越來(lái)越受關(guān)注。時(shí)間調(diào)制天線陣是指 在常規(guī)天線陣設(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關(guān)按照預(yù)定的開關(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。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，同時(shí)由于時(shí)間調(diào)制天線陣的時(shí)間調(diào)制特性，具有許 多特有的輻射特性，可以滿足當(dāng)代對(duì)高性能、低成本天線系統(tǒng)的要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者 展開了對(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)制天線陣由于增加了常規(guī) 天線陣的設(shè)計(jì)自由度，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。方向回溯陣列天線具有快速跟蹤和高性價(jià)比的特點(diǎn)，在通信和雷達(dá)領(lǐng)域具有廣泛的應(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三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(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] -種三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(gòu)共孔徑天線陣，包括2N個(gè)天線單 元、2N個(gè)單刀單擲開關(guān)、一個(gè)開關(guān)控制電路、個(gè)三通道選擇器、2N個(gè)雙工器、2N個(gè) 相位共輒混頻器、2N個(gè)移相器、一個(gè)2N路功率分配器、一個(gè)2N路功率合成器、一個(gè)本振源和 一個(gè)接收機(jī)，N為正整數(shù)；
[0008] 每個(gè)天線單元與一個(gè)對(duì)應(yīng)的單刀單擲開關(guān)相連，所述開關(guān)控制電路與所有的單刀 單擲開關(guān)相連，控制單刀單擲開關(guān)周期性通斷；
[0009] 當(dāng)N= 1，兩個(gè)單刀單擲開關(guān)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)雙工器相連，每個(gè)雙工器的兩個(gè)輸出端分別與相位共輒混頻器和移 相器相連，兩個(gè)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(gè)移相器與二路功率合成器相連，二路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0010] 當(dāng)N彡2,t'VL'V+D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) 2 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)雙工器相 連，每個(gè)雙工器的兩個(gè)輸出端分別與相位共輒混頻器和移相器相連，2N個(gè)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(gè)移相器與2N路功率合成器 相連，2N路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0011] 當(dāng)開關(guān)控制電路控制所有的單刀單擲開關(guān)處于周期性通斷狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同工作 頻率上的時(shí)間調(diào)制天線陣功能、時(shí)間調(diào)制范阿塔天線陣功能和時(shí)間調(diào)制相位共輒天線陣功 能；當(dāng)開關(guān)控制電路控制所有的單刀單擲開關(guān)一直處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0013] (1)本發(fā)明通過(guò)時(shí)間調(diào)制技術(shù)和方向回溯技術(shù)實(shí)現(xiàn)三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間 調(diào)制可重構(gòu)共孔徑天線陣，具有多頻多功能特點(diǎn)，既滿足了天線系統(tǒng)多個(gè)工作頻段的要求， 又減小了多個(gè)陣列天線對(duì)天線空間的要求，實(shí)現(xiàn)了天線系統(tǒng)的多頻化、多功能化、小型化和 智能化。
[0014] (2)本發(fā)明通過(guò)控制時(shí)間序列實(shí)現(xiàn)了在三頻三功能時(shí)間調(diào)制共孔徑天線陣和三頻 三功能非時(shí)間調(diào)制共孔徑天線陣之間的自由切換，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)明采用一個(gè)天線陣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了時(shí)間調(diào)制天線陣功能、時(shí)間調(diào)制范阿塔天 線陣功能和時(shí)間調(diào)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(fā)明中的時(shí)間調(diào)制范阿塔天線陣和時(shí)間調(diào)制相位共輒天線陣采用時(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】
[0017] 圖1為本發(fā)明的三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(gòu)共孔徑天線陣的結(jié)構(gòu) 圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)施例中雙工器在頻率fRF1和f_的傳輸原理圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中工作在頻率fRF1時(shí)的相位關(guān)系圖，其中（0 0 2, 0 3, 0 4) 為相位補(bǔ)償線段的不同電長(zhǎng)度，kH=fRF1/fRF3。
[0021] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中工作在頻率fRF2時(shí)的相位關(guān)系圖，其中kM=fRF2/fRF3。
[0022] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中工作在頻率fRF3時(shí)的相位關(guān)系圖。
[0023] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的兩種開關(guān)時(shí)序圖，其中黑色陰影部分表示開關(guān)處于導(dǎo)通 狀態(tài)。
[0024] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中基于時(shí)間序列I工作在三頻三功能時(shí)間調(diào)制模式時(shí)的方向 圖。
[0025] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例中基于時(shí)間序列II工作在三頻三功能非時(shí)間調(diào)制模式時(shí)的 方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明的一種三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(gòu)共孔徑天線陣，包括2N 個(gè)天線單元、2N個(gè)單刀單擲開關(guān)、一個(gè)開關(guān)控制電路、個(gè)三通道選擇器、2N個(gè)雙工 器、2N個(gè)相位共輒混頻器、2N個(gè)移相器、一個(gè)2N路功率分配器、一個(gè)2N路功率合成器、一個(gè) 本振源和一個(gè)接收機(jī)，N為正整數(shù)；
[0027] 每個(gè)天線單元與一個(gè)對(duì)應(yīng)的單刀單擲開關(guān)相連，所述開關(guān)控制電路與所有的單刀 單擲開關(guān)相連，控制單刀單擲開關(guān)周期性通斷；
[0028] 當(dāng)N= 1，兩個(gè)單刀單擲開關(guān)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)雙工器相連，每個(gè)雙工器的兩個(gè)輸出端分別與相位共輒混頻器和移 相器相連，兩個(gè)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(gè)移相器與二路功率合成器相連，二路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0029] 當(dāng)N彡2, 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)雙工器相 連，每個(gè)雙工器的兩個(gè)輸出端分別與相位共輒混頻器和移相器相連，2N個(gè)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(gè)移相器與2N路功率合成器 相連，2N路功率合成器與接收機(jī)相連；
[0030] 當(dāng)開關(guān)控制電路控制四個(gè)單刀單擲開關(guān)處于周期性通斷狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同工作頻 率上的時(shí)間調(diào)制天線陣功能、時(shí)間調(diào)制范阿塔天線陣功能和時(shí)間調(diào)制相位共輒天線陣功 能；當(dāng)開關(guān)控制電路控制所有的單刀單擲開關(guān)一直處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)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(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0032] 實(shí)施例
[0033] 結(jié)合圖1，一種三頻三功能時(shí)間調(diào)制和非時(shí)間調(diào)制可重構(gòu)共孔徑天線陣，包括四個(gè) 天線單元1、四個(gè)單刀單擲開關(guān)2、一個(gè)開關(guān)控制電路3、三個(gè)三通道選擇器4、四個(gè)雙工器5、 四個(gè)相位共輒混頻器6、四個(gè)移相器7、一個(gè)四路功率分配器8、一個(gè)四路功率合成器9、一個(gè) 本振源10和一個(gè)接收機(jī)11 ;
[0034] 四個(gè)天線單元分別與四個(gè)單刀單擲開關(guān)相連，陣列中間兩個(gè)單刀單擲開關(guān)與一個(gè) 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)