同时多波束相控阵天线技术

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
实 现 同时多波束 ,方 案简单 可行 ,硬件偏 多 。
中频多 波束形 成是 指在 阵列 天线各 阵元 之后 都接 一套 预
选 、低 噪声 放大 、混频 器 ( 含 本振 )和中频放 大 器 ,然后 再 在 中频 加移 相器 ,通 过控 制各 组移 相器 的移 相关 系 ,实现 多 个 天线 波束 独立 扫描 。整 个天 线 阵列 中每个通 道都 含有 混频
线单 元后 接 低噪声 放 大器 ,大 大降 低对 移相 器和 功分 器 的插 损要 求 , 并 有利 于保证 相控 阵天线 的效率 和天线 噪声温 度 。 移 相 器 采 用 MMI C 集 成 的单 片 移 相 器 ,其 特 点是 体 积 小 ,集成 度 高 ,一致性 好 ,移 相精 度高 。六位 数字 移相 器 可 提供 小 的波束 跃度 和较 低 的量 化副瓣 。单 片移 相器 的插 损小
2 . 2 功分 与和差 网络
1 )馈 电 网络 的 工 作 原 理
如 图1 所 示 ,由天线 单 元接 收 的信 号经低 噪声放 大器 放 大 ,通过 三等分 功分 器分 为左 、中 、右三路 ,分 别接人 单 片 数字 移相 器 ,由三套 功分 加权 网络及 和差器 形成 三个 独立 的 相控 阵 。对于 每一个 独立 波束形 成 网络实 现单 脉冲和 差波束
幅度 加权 来实 现 。其 中 ,功分 加权 网络 的幅度 分布是 根据 天
和差 网络 是形 成 和 差 波束 的器 件 ,通 常 方 案采 用 混 合 环 、魔 T、l a n g e 耦 合 器 等 。采 用 环形 电桥 微 带 电路 形 式 , 这 种跑 道 型 结 构有 频 带 较 宽 ,驻 波 比好 的特 点 。仿 真 和 差
器 和 中频放 大 器等 有源 电路 ,需要 采用 集成度 很 高 和一致 性 好 的高 可靠 集成 电路 ,若 采样 混合 集成 电路 ,对 混频 电路 的 幅 度 、相 位一致 性提 出很高 的要求 。 数 字 多波束 形成 是指 在对 阵列 天线各 阵元 接收下 变频 后
的中频信号进行A / D 采样 ,然后分成多路进行数字波束形成 处理。由于移相 、幅度加权 、信号合成等都是在F P G A中用
( a )
J … 差
— —

U/ )一
6o
80
F_ l_ _

塑I
f…
u ,
H7
/ ); 7 — — r 一 O 8 0
图2加权网络仿真模型和仿真结果
1 3 6 信 息系统 T 程 l 2 0 1 4 5 2 0
AC AD E MI C R E S E A RC H 学术研 究
A CA D  ̄ E MI C R E S E AR C H 学术 研究
的一 维相控 阵 。它 的优点是 :第 一级 为低 噪放 ,则 三个独 立
所示 ,插损小于0 . 2 d B,各路相差小于±2 . 5 。,vs wR 小于
1 . 2 ,隔离大于 2 0 d B 。

波束 是满增 益 的 ,且使 功分 网络和移 相器 的插损 对接 收灵 敏
度 的影响 很小 。 由于天线 灵敏 度主要 由第 一级 决定 ,低噪 放
增益 为3 0 d B,在设 计 中可 以充 分利用 高集成 的微带 技术 ,介 电常数 可稍 微取 大 ,移相 器则 采用 高集 成 的MMI C 单片移 相
器。
! i 兰 型 — —] ! : ~ ~ ] l 舶 生 三 : ! ! ! ( : ! ! : ! ! ! f ! ( ! . ) ! I _ . ! ! ! ! !】
多个 目标 的角跟 踪功能 。

整 ,要 形成低 副瓣 的多个 接 收波束将 更 为困难 ,当工 作于分
时多波束 或 同时 多波束数 目少 时 ,可采用 上述方 案 ,成本不
致 很高 。
数 字波束 形成在 波束形 成上 较模拟 方式有很 大灵 活性 的 同时 ,其 工程 应用 还有很 多局 限性 ,射频 放大 、混频 、中频 采 样 的设 备 硬件量 还是 很大 ,需要 开发专用 高集 成芯 片 ;如 果 直接 射频 采样则 存在 采样频 率 、带宽 和动态 范 围等 限制 问
2 )加 权 网 络 的 功 能 与 实 现
天线 阵 为了实 现低副 瓣 ,需 要按切 比雪 夫或泰 劳分 布进 行 幅度加权 ,由不 等分功 分器组成 ,各路理 论分配 损失 :
l 。g






0 邶 枷 m 啪


其 中 为加权 网络第 路 的分 配损失 , 是天 线阵 的功率 加 权系数 。 根 据天 线不 同电压 幅度分 布要求 ,功 分加权 网络采 用不 等分 功分 器级联 方案 。微 带功分 网络原 理 图和仿 真结果 如 图
1 0

四、 结 束 语
同时多 波束相 控阵 天线采用 微 波频段 实现多 波束技 术 , 在 设计 复杂 度和 应用需 求上 达到 平衡 ,天线 测试性 能满 足多

1 0
I 2O

30
目标测控系统需求,已应用于某车载多目标测控系统上。 H
参考文 献

40
隔离 大 于2 5 d B,输 入相 位差 1 8 O 。 ±2 。 ,插 损小 于0 . 2 d B,
VS W R小 于 1 - 3 。
出口
线 阵需要 实现 的副瓣 电平 确定 。利用 和 、差波 束 的正 交性 ,
在形 成和 波束 的同时 ,获得 单脉 冲测角需要 的差波束 。
wk.baidu.com和

图1同时三波束相控阵天线框图
同 时 多波 束 相 控 阵天 线 系 统 由 天线 单 元 、馈 电网 络 、 移相 器 、波控器 等组 成 ,阵列 规模 为间距半 个波 长 的线 形 阵
列 ,其 框 图如 下 :
多 波束 相 控 阵 天线 系统 用 于 接 收 ,天 线单 元 之 后 的第
算 法来 实现 ,因此 它 的处 理实 现 了软件 化 ,灵 活性更 高 ,当 然对 硬件 花销也 提 出高需求 。 微 波和 中频 波束形 成一 样都 是用硬 件 实现 的模拟 方法 , 其 波束 形成 方案 确定 之后 ,波 束特 性 、副瓣 抑制 等 为 固定 状




题 ,但这是 未来发 展方 向。

多波束天线 的实现 方式
二、 同时 多波束相控阵天线设计
2 . 1 同时 多波 束天线架 构设 计 多 目标 测控系 统采用 微波 多波束形 成 的相控扫 描天线 阵
多 波束 天线通 常有 三种 实现途 径 :第一种 是在 微波 频段
实 现多 波束 形成 ,第 二种 是在 中频 实现 多波束 形成 ,第 三种 是在 数字 上实现 多波束 形成 。 微 波 多 波 束 形成 是 指 在 阵 列 天 线各 阵元 接 收 信 号 经 预
A C ADE MI C R E S E AR CH 学术 研究
同时多波束相控阵天线技术
◆蓝 海 杨 玲 玲
摘 要 :本 文以 多 目标 地 面测控 系统 为 背景 ,以 实现 一站 多 目标 的测控 为指 导思 想 ,设 计 同 时 多波束相 控 阵天 线 。着重介 绍 了多波束 天线馈 电网络 的设计 ,并给 出相控 阵 天线性 能的 测试
(c)~ (f) 是 中路 波束 实测 的 ±3 0 。 、±4 5 。的天 线扫 描 和差 方 向 图 ,扫 描过 程 中波束 展宽 ,增 益下 降 ,但 保 持 良 好 的 和差波束 特性 。
信息系统T程 I 2 0 1 4 . 5 . 2 0 1 3 7

态 ,不易改动,不便于实现任意波束赋形。特别是当要形成 的波束数 目很 多时 ,硬件将变得很复杂 ,也难 以测试和调
级 接低 噪放 ,然后用 功分 器分 成左 、中 、右三 路 ,左 路一
组 ,中路一 组 ,右路一 组 ,如 图 1 所示 ,即构成 了三部 独立
信息系统1 = 程 I 2 0 1 4 . 5 . 2 0 1 3 5
列形式 ,结合和差单脉冲体制实现测控系统要求 的测角和跟
踪 。多 波束 相控 阵天线设 计 的核心 是多 波束形成 网络 以及相 控阵天线 波束扫 描特性 与和差波束 性能 。
选 、低噪声放大以后分成多路信号 ,并各 自 独立的接入移相
器 ,通 过控 制各 组移 相器 的移 相关 系 ,实现 多个 天线波 束独 立 扫描 。这 种方 式 可以在 不降 低天 线接 收信 噪 比的前 提下 ,
结 果。
关键 词 : 多波 束 ;相控 阵 ;加 权 网络 ;和 差波束 ;移相 器
引 言
多 目标测 控 系统主 要用 于 同时对多 个 目 标 进行 遥控 、遥 测 、跟 踪定 位和信 息传 输 ,实 现对 多 目 标 和任 务载 荷设 备 的 遥控 操纵 及 对飞行 状态 与任 务信 息 的实 时监视 和记 录 。多波 束 相控 阵天 线 阵列使 用微 波信 号放 大后 分多路 ,各 自独 立相 关合 成 多个 波束 ,通 过相 位和 差单 脉冲测 角体 制 同时完 成对
的方 法是 :天 线单元 是关 于 中心对称 的 ,分为 左右子 阵 ,它
图3跑 道 型和差 网络 仿真 结果 3) 和 差 网络 的 实现
们通 过功 分加 权 网络 经 和差器 形成 和差信 号 。阵列 的和波 束 所要 求 的幅度 分布 则是对 功率 合成 网络 中的信 号进行 一定 的
( 作者单 位 :西南电子科 技研究所 )
( e)
( e )
图4 实测 天线 方向 图
2 . 3 移 相器 和低噪 声放 大器 相 控 阵 天线 低 噪 声放 大 器 的 动态 范 围6 0 d B,增 益 大 于 3 0 d B,噪声系数 小 于 1 d B,输入 输 出 电压 驻波 比小 于 1 . 5 。天
于6 d B,相位 均方 根 误差 小 于0 . 5 。 ,寄生 调 幅优 于 l d B,驻
波 比小于 1 _ 3 。
三 、 天 线 测 试 结 果
图 4 (a )和 (b )是 独 立 的两 个 波 束 口测 试 的 和
差 方 向图 ,其方 向图曲线性 能基本 一致 ,和波束 副瓣与 差 波束 零深都优于。 2 5 d B,可提供较好 的测角性能 。图 4

i0 f


8o
_ 60
. 4 0
- 2O

( d)
[ 1 ] Ro b e r t J , Ma i l l o u x P h a s e d A r r a y An t e n n a Ha n d b o o k ( S e c o n d E d i t i o n ) [ M/ . 2 0 0 5 . [ 2 ] Wi l e y Mo d e m An t e n n a De s i g n [ M] . 2 0 0 5 . [ 3 】 张光义- 井 目 控 阵 雷达 系统 【 M] . 国 防 工业 出版 社 1 9 9 4 , 8 『 4 l 林 昌碌 . 天线工程手册『 M1 . 电子 工 业 出版 社 . 2 0 0 2 .
相关文档
最新文档