一种相控阵天线中的波束控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种相控阵天线中的波束控制器，通过提供运行于ＰＣ上的ＰＣ用户控制模块，用户可以在用户界面指定各通道所需的相位以产生控制信号，控制信号控制电源管理模块的各端口输出对应的控制电压以作用于压控移相器模块中的各个压控移相器，从而各个压控移相器对待控模拟信号进行移相以达到所需的相位，进行实现理想的相控阵天线的波束指向控制，具有智能化、操作方便、控制精度高、响应速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子通信
，特别涉及一种相控阵天线中的波束控制器。
技术介绍
相控阵天线技术具有损耗低、可大角度动态扫描的优势。而且，相控阵天线技术利 用阵列天线的空间分集效果实现多波束覆盖，结合波束间频率复用和码分复用等手段，可 极大提高通信系统的用户容量。因此，当今的新型通信系统均采用了相控阵天线技术，以智 能天线为代表的相控阵天线更是成为第三代移动通信标准如我国自行研制的TD-SCDMA标 准的核心技术。在军事侦查和卫星通信等多个领域中，相控阵天线更是发挥着极大的作用， 它可作为空军预警机的核心部件，自动跟踪敌方多个目标(诸如军舰、飞机、导弹等)的动 向，为国防安全之利器。 相控阵天线由多阵元的阵列天线和波束控制器组成。其中，阵列天线只是一个无 源的能量转换装置，将电能及时以电磁波形式在空间发射传播。波束控制器为相控阵天线 的核心部件，通过控制发往阵列天线各个阵元的信号的相位或幅度，即可实现特定目标方 向的天线波束方向图。因此，波束控制器的相位控制准确度决定了整个相控阵天线的波束 指向效果，或者说波束控制器的相控精度成为整个相控阵天线系统指标提高的关键因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相控阵天线中的波束控制器，使得待控模拟信号达到 用户自定义的相位，从而实现理想的相控阵天线的波束指向控制。本专利技术提供一种相控阵天线中的波束控制器，其包括PC用户控制模块、串口协议 接口模块、微处理器模块、电源管理模块、移相器模块、模拟信号输入接口模块以及模拟信 号输出接口模块，其中，所述PC用户控制模块用于通过PC预设所需的多个相位，将所需的多个相位转换 成对应的电压控制字并按照串口协议发送控制信号；所述串口协议接口模块从所述PC用 户控制模块接收所述控制信号，其包括串口电缆、串口接插件以及串口物理层处理单元，所 述串口物理层处理单元用于对所述控制信号进行对应的物理层处理；所述微处理器模块连 接所述串口协议接口模块，用于对所述控制信号进行对应的网络层处理；所述电源管理模 块连接所述微处理器模块，其具有多个端口，根据所述控制信号实现每一端口输出对应的 控制电压；所述模拟信号输入接口模块用于为多路待控模拟信号提供通道；所述压控移相 器模块连接所述电源管理模块和所述模拟信号输入接口模块，其具有多个压控移相器，每 一所述压控移相器根据对应的控制电压对一路待控模拟信号进行移相以达到该待控模拟 信号所需的相位；所述模拟信号输出接口模块连接所述压控移相器模块，用于为所述压控 移相器模块的输出信号提供通道。在上述相控阵天线中的波束控制器中，还包括电源输入模块，其连接串口协议接 口模块、微处理器模块、电源管理模块以及压控移相器模块，用于实现电力的输入和供给。在上述相控阵天线中的波束控制器中，所述电源输入模块包括交流适配器、电源 接插件以及开关。与现有技术相比，本专利技术提供的一种相控阵天线中的波束控制器，通过提供运行 于PC上的PC用户控制模块，用户可以在用户界面指定各通道所需的相位以产生控制信号， 控制信号控制电源管理模块的各端口输出对应的控制电压以作用于压控移相器模块中的 各个压控移相器，从而各个压控移相器对待控模拟信号进行移相以达到所需的相位，进行 实现理想的相控阵天线的波束指向控制，具有智能化、操作方便、控制精度高、响应速度快 等优点。附图说明 图1为本专利技术的相控阵天线中的波束控制器的结构示意图；图2为本专利技术的相控阵天线中的波束控制器的工作步骤流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作 进一步的说明。请参阅图1，图1显示了本专利技术的相控阵天线中的波束控制器的结构示意图。图1 中，该波束控制器包括PC用户控制模块1、串口协议接口模块2、微处理器模块3、电源管理 模块4、压控移相器模块5、模拟信号输入接口模块7以及模拟信号输出接口模块8。下面结 合图1描述各个模块的功能和结构。PC (personal computer)用户控制模块1用于通过PC预设所需的多个相位，将所 需的多个相位转换成对应的电压控制字并按照串口协议发送控制信号。具体地，PC用户控 制模块1提供用户界面以及运行于界面后台的算法计算引擎和接口引擎。通过用户界面， 用户可以输入所需的多个相位(本实施例中，指定8个通道所需的8个相位)，未输入的当 成默认处理(即对该通道不进行相位调整)。用户输入的为所需的相位，以度为单位，但后 续的压控移相器模块5中的压控移相器进行相位控制时所需的为对应的控制电压，而该控 制电压是由电源管理模块4根据对应的电压控制字输出的，因此实际直接所需的为与压控 移相器的控制电压所对应的电压控制字。因此在界面后台运行计算引擎，首先按照压控移 相器的相位偏移与控制电压间关系(相位-电压曲线)得到对应的控制电压，然后再按照 电源管理模块4的输出电压与电压控制字之间的算法，计算得到所需的电压控制字。在PC 计算控制字而不选择在微处理器模块3实现，可以带来以下两点好处一是减轻微处理器 模块3的计算量，用PC的强大运算力减少响应时间损耗；二是因为计算量降低，微处理器模 块3的性能要求下降，可以选用一个成本较低的单片机实现控制，进而降低成本。获得与各个通道所需的相位对应的电压控制字后，按照定义的协议标准进行信号 组帧，帧信息包括各个通道的通道号及其对应的电压控制字。因为发送的物理接口遵循串 口 RS232总线标准，其物理层参数设定为串口的通信速度为57. 6kbps，8位数据通信位， 1位奇偶校正位。具体以如下的标准设计帧结构(以某通道控制信号的帧结构为例)先 发送命令字FE (十六进制)，高位在前，提示后续的Sbit信号为通道号，通道号01 (十六进 制)即为第一通道，通道号02 (十六进制)即为第二通道，以此类推通道号08 (十六进制)即为第八通道，01-08以外十六进制数为无效通道指定；发送完通道号后，然后发送命令字 OF (十六进制)，高位在前，提示后续的Sbit信号为所需的电压控制字，然后发送Sbit的电 压控制字信息。其它通道的组帧形式与此相同，当然这里只是本专利技术自定义协议的一种形 式，具体定义形式与控制命令以产品说明为准。最后调用接口引擎，该接口引擎基于微软公司window操作系统的网络编程中串 口编程控件和套接字，最后依托PC中串口物理层硬件，按照串口 RS232总线标准发送所有 数据帧(即控制信号)。串口协议接口模块2从PC用户控制模块1接收控制信号。具体地，串口协议接口 模块2实现PC和微处理器模块3之间接口的连接，其包括串口电缆21、串口接插件22以 及串口物理层处理单元23。串口电缆21为常用的计算机9针串口电缆，串口接插件22为 DB9串口母头，上述两者将PC发送的串口数据传往串口物理层处理单元23。串口物理层处 理单元23用于对控制信号进行对应的物理层处理，将输入的RS232总线接口电平转换至微 处理器模块3接受的电平(例如TTL电平或CMOS电平)，然后通过RS232总线C送往微处 理器模块3。微处理器模块3连接串口协议接口模块2，用于对控制信号进行对应的网络层处 理。微处理器模块3为本专利技术的逻辑控制单元，其核心为一微处理器，该微处理器外围还具 有电阻、电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相控阵天线中的波束控制器，其特征在于，包括ＰＣ用户控制模块、串口协议接口模块、微处理器模块、电源管理模块、移相器模块、模拟信号输入接口模块以及模拟信号输出接口模块，其中，所述ＰＣ用户控制模块用于通过ＰＣ预设所需的多个相位，将所需的多个相位转换成对应的电压控制字并按照串口协议发送控制信号；所述串口协议接口模块从所述ＰＣ用户控制模块接收所述控制信号，其包括串口电缆、串口接插件以及串口物理层处理单元，所述串口物理层处理单元用于对所述控制信号进行对应的物理层处理；所述微处理器模块连接所述串口协议接口模块，用于对所述控制信号进行对应的网络层处理；所述电源管理模块连接所述微处理器模块，其具有多个端口，根据所述控制信号实现每一端口输出对应的控制电压；所述模拟信号输入接口模块用于为多路待控模拟信号提供通道；所述压控移相器模块连接所述电源管理模块和所述模拟信号输入接口模块，其具有多个压控移相器，每一所述压控移相器根据对应的控制电压对一路待控模拟信号进行移相以达到该待控模拟信号所需的相位；所述模拟信号输出接口模块连接所述压控移相器模块，用于为所述压控移相器模块的输出信号提供通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁广，龚文斌，刘会杰，余金培，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]