一种频控阵发射前端的实现方法技术

本发明专利技术提供一种频控阵发射前端的实现方法，包括：对初始本振信号和/或初始中频信号进行频率调制，获取本振信号和中频信号；将本振信号通过第一功分器或耦合器从左到右逐级传递至镜像抑制混频器的本振端，所述本振信号每两级之间加入有第一延时线；将中频信号通过第二功分器或耦合器从右到左逐级传递至镜像抑制混频器中频端，所述中频信号每两级之间加入有第二延时线；通过所述镜像抑制混频器对所述本振信号和中频信号进行上变频，获取射频信号，并通过发射天线进行发射。本发明专利技术实现了雷达发射前端的相控阵和频控阵配置，且无需使用昂贵的设备和复杂的技术，降低了成本的同时简化了雷达发射前端的结构。化了雷达发射前端的结构。化了雷达发射前端的结构。

【技术实现步骤摘要】
一种频控阵发射前端的实现方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种频控阵发射前端的实现方法。

技术介绍

[0002]频控阵雷达是在常规相控阵的基础上，对各阵元载频依次施加不同的频率偏移而形成的新体制阵列雷达，与常规相控阵雷达的发射波束仅具有方位角依赖性不同，频控阵雷达的频偏使其发射波束具有距离和方位角的联合依赖性，如图1所示。因此，频控阵不但具有相控阵的功能特性，还在距离相关的波束形成、目标探测、干扰抑制、电子对抗和安全通信等领域具有广泛的应用潜力。
[0003]目前模拟相控阵及频控阵雷达需要每个通道数控移相器或者矢量调制器来进行每个天线单元的相位调整；但是数控移相器和矢量调制器的加入极大地增加了系统的复杂性，且价格昂贵，占用空间大，不利用TR(Transmitter and Receiver，发射器和接收器)组件的低成本化和小型化。其二，数字相控阵主要采用DBF(Digital Beam Forming，数字波束形成)技术实现每个单元的相位控制，但是搞数字处理技术使得该方法的成本高居不下。
[0004]而现有技术中频控阵的实现主要有两种方法，一是基于混频器步进频的频控阵实现方法，通过产生一个预设的频率信号，将频率信号分别与节约频率为Δf的步进频信号进行混频，从而实现频控阵的频率配置，如图2所示。这种方法的缺点在于，需要通过复杂的频率发生器产生n个支路的中频信号，且混频器的镜像频率和射频与本振频率的交调影响会导致阵列信号的频谱纯度较差，容易导致后续的信号处理出现目标模糊的问题。二是一种采用独立本振源的实现方法，即对每个阵元设置独立的信号源，可以采用直接数字频率合成器或可编程锁相环来产生所需的各阵元波形，但是需要考虑时钟抖动和相位噪声的影响问题。
[0005]因此，亟需一种能够实现相控阵和频控阵配置，且成本低的雷达发射前端方案。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种频控阵发射前端的实现方法。
[0007]一种频控阵发射前端的实现方法，包括：对初始本振信号和/或初始中频信号进行频率调制，获取本振信号和中频信号；将本振信号通过第一功分器或耦合器从左到右逐级传递至镜像抑制混频器的本振端，所述本振信号每两级之间加入有第一延时线；将中频信号通过第二功分器或耦合器从右到左逐级传递至镜像抑制混频器中频端，所述中频信号每两级之间加入有第二延时线；通过所述镜像抑制混频器对所述本振信号和中频信号进行上变频，获取射频信号，并通过发射天线进行发射。
[0008]进一步地，在对初始本振信号和初始中频信号均进行频率调制时，令相邻两个天线之间相差的固定的频率差值为(m+k)*t，在信号输入处，将本振信号表示为：
[0009][0010]中频信号表示为：
[0011][0012]其中，ω
LO0
和ω
IF0
为本振信号和中频信号的初始频率，t
LO0
和t
IF0
为每个频率调制循环的初始时间，m和k分别为本振信号和中频信号的频率调制系数。
[0013]进一步地，在第n个节点处，本振信号表示为：
[0014][0015]中频信号表示为：
[0016][0017]其中，ΔT
LO
和ΔT
IF
为相邻两个混频器的中频信号传输线和本振信号传输线之间的延迟；在第n个节点处，本振信号和中频信号按照调制系数m和k呈比列变化，则有：
[0018][0019][0020]式中，φ
LO,n
和φ
IF,n
分别表示本振信号和中频信号在时域中的相位，即公式(3)和(4)中的指数部分。
[0021]进一步地，在通过所述镜像抑制混频器对所述本振信号和中频信号进行上变频，获取射频信号时，假设选择采用高本振，即本振信号频率f
LO
高于中频信号频率f
IF
，则射频频率为：
[0022]f
RF
＝f
LO
‑
f
IF
[0023]则在第n个节点处，有输出射频信号的时域相位为：
[0024][0025]ω
RF
＝ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
m
·
t
LO0
+k
·
(t
IF0
+NΔT
IF
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0026][0027][0028][0029]在本振信号和中频信号的频率调制系数相等，即m＝k时，有：
[0030]ω
RF
＝ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
m(t
LO0
‑
t
IF0
)
‑
mNΔT
IF
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0031][0032][0033][0034]在将时间延时{t
LO0
,t
IF0
,ΔT
LO
,ΔT
IF
}忽略时，有：
[0035]Φ≈
‑
ω
LO0
t
LO0
+ω
IF0
t
IF0
‑
Nω
IF0
ΔT
IF
ꢀꢀ
(16)
[0036][0037]式中，ω
RF
为射频载波频率。
[0038]进一步地，在实际信号传输中，以l
LO
和l
IF
分别表示第一延时线长度和第二延时线长度，在整个工作频段中，将第一延时线长度和第二延时线长度近似等效为理想无色散传输线，引入v
P
代表中频信号和本振信号在输出线上的相速度，则有：
[0039][0040][0041]此时，将公式(13)表示为：
[0042][0043]其中，为相位增量步长，公式(20)表示在天线阵上表现为相位偏移量的增加，并能控制波束方向，则频控阵总相可以表示为：
[0044][0045][0046]其中，为综合频率调制系数。
[0047]进一步地，通过馈电路设计，令t
LO0
和T
IF0
相等，则公式(12)表示为：
[0048]ω
RF
≈ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
mNΔT
IF
ꢀꢀ
(23)
[0049]进一步地，在仅对所述初始中频信号进行频率调制时，公式(12)～(15)为：
[0050]ω
RF
＝ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频控阵发射前端的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：对初始本振信号和/或初始中频信号进行频率调制，获取本振信号和中频信号；将本振信号通过第一功分器或耦合器从左到右逐级传递至镜像抑制混频器的本振端，所述本振信号每两级之间加入有第一延时线；将中频信号通过第二功分器或耦合器从右到左逐级传递至镜像抑制混频器中频端，所述中频信号每两级之间加入有第二延时线；通过所述镜像抑制混频器对所述本振信号和中频信号进行上变频，获取射频信号，并通过发射天线进行发射。2.根据权利要求1所述的一种频控阵发射前端的实现方法，其特征在于，在对初始本振信号和初始中频信号均进行频率调制时，令相邻两个天线之间相差的固定的频率差值为(m+k)*t，在信号输入处，将本振信号表示为：中频信号表示为：其中，ω
LO0
和ω
IF0
为本振信号和中频信号的初始频率，t
LO0
和t
IF0
为每个频率调制循环的初始时间，m和k分别为本振信号和中频信号的频率调制系数。3.根据权利要求2所述的一种频控阵发射前端的实现方法，其特征在于，在第n个节点处，本振信号表示为：中频信号表示为：其中，ΔT
LO
和ΔT
IF
为相邻两个混频器的中频信号传输线和本振信号传输线之间的延迟；在第n个节点处，本振信号和中频信号按照调制系数m和k呈比列变化，则有：在第n个节点处，本振信号和中频信号按照调制系数m和k呈比列变化，则有：式中，φ
LO,n
和φ
IF,n
分别表示本振信号和中频信号在时域中的相位，即公式(3)和(4)中的指数部分。4.根据权利要求3所述的一种频控阵发射前端的实现方法，其特征在于，在通过所述镜像抑制混频器对所述本振信号和中频信号进行上变频，获取射频信号时，假设选择采用高本振，即本振信号频率f
LO
高于中频信号频率f
IF
，则射频频率为：f
RF
＝f
LO
‑
f
IF
则在第n个节点处，有输出射频信号的时域相位为：
ω
RF
＝ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
m
·
t
LO0
+k
·
(t
IF0
+NΔT
IF
)
ꢀꢀꢀ
(8)(8)(8)在本振信号和中频信号的频率调制系数相等，即m＝k时，有：ω
RF
＝ω
LO0
‑
ω
IF0
‑
m(t
LO0
‑
t
IF0
)
‑
mNΔt
IF
ꢀꢀ
(12)(12)(12)在将时间延时{t
LO0
,t
IF0
,ΔT
LO
,ΔT
IF
}忽略时，有：Φ≈
‑
ω
LO0<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，朱睿，刘泉华，向寅，董锡超，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：