一种串馈相控阵天线系统及其相位与幅度控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种串馈相控阵天线系统及其相位与幅度控制方法，属于信号传输技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种串馈相控阵天线系统及其相位与幅度控制方法


[0001]本专利技术涉及信号传输
，具体是涉及一种串馈相控阵天线系统及其相位与幅度控制方法
。

技术介绍

[0002]无线电技术在通信
、
雷达
、
制导
、
对抗
、
导航
、
广播
、
电视等领域都有广泛的应用
。
这些设备信息的传递都是通过无线电波的辐射和接收来实现的，而天线则是电磁波的收发部件，是无线电系统中不可或缺的重要组成部分
。
[0003]天线的辐射方向图形状是固定的，通常为笔形波束和扇形波束
。
但实际上，在不同的应用场景和目的下，需要采用各种不同形状的方向图
。
例如，在预警
、
跟踪
、
防空制导
、
识别
、
战场评估等应用方面，通过对天线的波束进行赋形，可以得到更好的应用效果
。
波束赋形可以采用一维串馈微带贴片线阵列的形式，利用微带贴片天线的不同尺寸调节加权幅度，以及单元之间引入不等长的馈电线调节加权相位
。
[0004]但是，一旦串馈天线被设计并制造完成，其波束指向通常是固定的，并且无法轻易更改
。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：现有的串馈天线波束指向固定且无法轻易更改
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术为一种串馈相控阵天线系统，辐射阵列，与辐射阵列电性连接的相位控制模块
、T/R
组件，与相位控制模块
、T/R
组件电性连接的雷达主控制中心，
[0008]辐射阵列由
n
个1×
m
线阵构成，1×
m
线阵由
m
个超宽带微带天线单元通过微带移相器相互串联得到，辐射阵列采用电磁耦合馈电，其中
n
和
m
均为大于1的整数；
[0009]相位控制模块设有一个输入端和
n
×
个控制输出端，输入端与雷达主控制中心电性连接，每个控制输出端与一个微带移相器相连；
[0010]T/R
组件和相位控制模块设置在1×
m
线阵的下层；
[0011]雷达主控制中心接收发射指令
、
雷达期望天线方向图，并根据期望方向图计算各个超宽带微带天线单元的相位调整数值发送给
T/R
组件和相位控制模块
。
[0012]进一步地，微带移相器为液晶移相器
。
[0013]进一步地，微带移相器为通用的数字移相器
。
数字移相器的型号可选为
HMC1133LP5E
，品牌为亚德诺
。
[0014]进一步地，1×
m
线阵在结构上由上至下分为超宽带微带天线单元和微带移相器，超宽带微带天线单元在结构上由上至下分为第三介质板
、
空气层
、
第二介质板
、
第一介质板，微带移相器在结构上由上至下分为第一基板
、
液晶层和第二基板
。
[0015]更进一步地，第一介质板的上表面设有
m
个缝隙，第二介质板上表面设有
m
个微带天线贴片，第三介质板下表面设有
m
个寄生辐射贴片
。
[0016]优选地，第一基板朝向液晶层的一侧设有
m
个通过微带线电性连接的移相器单元，液晶层上设有
m
个与移相器单元位置对应的填充有液晶的通槽，移相器单元下方的液晶的初始配相方向与第一基板平行，第二基板的底部设有接地金属层，移相器单元和直流偏置电路的正极相连接，接地金属层和直流偏置电路的负极相连接
。
[0017]优选地，直流偏置电路的输入电压信号的频率为
10Hz
～
100Hz
，电压为
5V
～
50V。
直流偏置电路由相位控制模块提供
。
[0018]优选地，为满足波束扫描时不出现栅瓣的要求，相邻两个1×
m
线阵的初始间距
d
，初始间距
d
的计算公式如下：
[0019][0020]上式中，
λ
是最高工作频率所对应的波长，
θ
为最大扫描角
。
[0021]进一步优选地，
T/R
组件包括收发天线，收发天线电性连接有射频开关，射频开关电性连接有发射链路和接收链路，发射链路包括依次电性连接的第一驱动放大器
、
第一数控衰减器
、
第一移相器和射频放大器，射频放大器与射频开关电性连接；接收链路包括依次电性连接的第二驱动放大器
、
第二移相器
、
第二数控衰减器
、
低噪声放大器，低噪声放大器与射频开关电性连接
。
[0022]说明：发射链路信号由第一驱动放大器输入，经过第一数控衰减器，到达第一移相器，最后经过射频放大器输出到射频开关，最后由收发天线向外发送信号；其中接收链路的信号由收发天线输入到射频开关，依次经过低噪声放大器
、
第二数控衰减器
、
第二移相器和第二驱动放大器后输入至辐射阵列
。
[0023]本专利技术还提供了一种串馈相控阵天线系统的相位与幅度控制方法，包括以下步骤：
[0024]S1、
雷达主控制中心接收雷达期望天线方向图，如果需要雷达期望天线方向图波束指向法线方向则直接进入步骤
S2
，否则建立扫描模型：给定串馈相控阵天线系统的串馈阵列规模，设置
n
行1×
m
线阵
(3)
的辐射阵列，辐射阵列的每行间距为
d1，辐射阵列的每列间距为
d2，通过以下公式计算雷达期望天线方向图的粗模型：
[0025][0026]上式中，为阵因子，
A
n
为行方向激励幅度，为第一远场因子，
A
m
为列方向激励幅度，为第二远场因子；
[0027]S2、
得到粗模型最优解：利用遗传算法优化阵列阵元幅度和相位以产生目标方向图，使粗模型产生目标方向图，目标方向图的幅度和相位为粗模型的最优解；
[0028]S3、
通过雷达主控制中心，将步骤
S2
中得到的幅度发送给
T/R
组件，
T/R
组件通过数控衰减器控制每个1×
m
线阵的激励幅度，将步骤
S2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种串馈相控阵天线系统，包括辐射阵列
(1)
，与所述辐射阵列
(1)
电性连接的相位控制模块
、T/R
组件，与所述相位控制模块
、
所述
T/R
组件电性连接的雷达主控制中心，其特征在于：所述辐射阵列
(1)
由
n
个1×
m
线阵
(3)
构成，所述1×
m
线阵
(3)
由
m
个超宽带微带天线单元
(4)
通过微带移相器
(2)
相互串联得到，辐射阵列
(1)
采用电磁耦合馈电，其中
n
和
m
均为大于1的整数；所述相位控制模块设有一个输入端和
n
×
(m
‑
1)
个控制输出端，所述输入端与所述雷达主控制中心电性连接，每个所述控制输出端与一个微带移相器
(2)
相连；所述
T/R
组件和相位控制模块设置在1×
m
线阵
(3)
的下层；所述雷达主控制中心接收发射指令
、
雷达期望天线方向图，并根据期望方向图计算各个超宽带微带天线单元
(4)
的相位调整数值发送给
T/R
组件和相位控制模块
。2.
如权利要求1所述的串馈相控阵天线系统，其特征在于，所述1×
m
线阵
(3)
在结构上由上至下分为所述超宽带微带天线单元
(4)
和所述微带移相器
(2)
，超宽带微带天线单元
(4)
在结构上由上至下分为第三介质板
(14)、
空气层
(11)、
第二介质板
(13)、
第一介质板
(12)
，微带移相器
(2)
在结构上由上至下分为第一基板
(15)、
液晶层
(16)
和第二基板
(17)。3.
如权利要求2所述的串馈相控阵天线系统，其特征在于，所述第一介质板
(12)
的上表面设有
m
个缝隙
(8)
，所述第二介质板
(13)
上表面设有
m
个微带天线贴片
(9)
，所述第三介质板
(14)
下表面设有
m
个寄生辐射贴片
(10)。4.
如权利要求2所述的串馈相控阵天线系统，其特征在于，所述第一基板
(15)
朝向所述液晶层
(16)
的一侧设有
m
个通过微带线
(5)
电性连接的移相器单元
(6)
，液晶层
(16)
上设有
m
个与所述移相器单元
(6)
位置对应的填充有液晶的通槽，移相器单元
(2)
下方的液晶的初始配相方向与所述第一基板
(15)
平行，所述第二基板

【专利技术属性】
技术研发人员：刘震，吴姝颖，王全民，吕波，
申请(专利权)人：北京宏动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：