[發(fā)明專利]一種基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310615564.1
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103762421A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾勇虎;郝曉軍;許雄;洪麗娜;董俊;韓惠;王福志
• 申請（專利權(quán)）人: 電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點實驗室
• 主分類號: H01Q3/00
• 分類號: H01Q3/00;H01Q21/00
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務(wù)所 41112
• 代理人: 陸君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多傳感器的一種基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

天線輻射出來的能量會集中于空間某個方位，即設(shè)計出來的天線都具有方向，為了實現(xiàn)空間目標的探測，早期技術(shù)人員設(shè)計了天線轉(zhuǎn)臺，即通過轉(zhuǎn)動天線實現(xiàn)空間波束的掃描。后來由于射頻器件的發(fā)展進步，尤其是移相器技術(shù)的成熟，技術(shù)人員設(shè)計出了相控陣天線，即每一個陣列輻射單元都接一個移相器，通過控制移相器的相位變化，實現(xiàn)陣列天線波束的空間掃描。這種電掃描在波束掃描速率上較機械掃描有極大的提高。上述空間波束掃描陣列均需要相應(yīng)射頻硬件器件進行設(shè)計支撐，凡含有射頻器件，均會涉及器件反應(yīng)時間，傳統(tǒng)的天線陣列，均存在需要加裝相應(yīng)的硬件設(shè)施以實現(xiàn)波束的空間掃描。以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的相控陣天線來說，每個輻射單元均需要加裝移相器，以實現(xiàn)波束的空間電掃描。因此陣列波束的掃描速率均會受到器件的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于信號樣式的波束空間掃描系統(tǒng)及方法；將傳統(tǒng)的硬件功能簡化為一個信號反射腔，利用時間反演技術(shù)最終實現(xiàn)波束的空間掃描。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)，主要包括：波束掃描控制器、信號反射腔以及射頻天線陣列；所述波束掃描控制器通過信號反射腔與射頻天線陣列相連；所述波束掃描控制器由波束控制電路、信號存儲磁盤陣列、D/A變換電路組成，所述信號存儲磁盤陣列通過波束控制電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換的D/A變換電路相連；波束掃描控制器的波束控制電路，將對應(yīng)指定空間方位的射頻信號傳到D/A變換電路進行數(shù)模轉(zhuǎn)換；主要通過選擇相應(yīng)波束方位對應(yīng)的射頻信號，然后傳遞給信號反射腔進行輻射信號的多路徑重構(gòu)，最終實現(xiàn)射頻信號向指定空域的輻射。

一種基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)，所述信號反射腔由腔體輸入端口、反射腔體、腔體輸出端口組成，所述反射腔體內(nèi)設(shè)置有若干多路徑反射體，位于反射腔體的腔體輸入端口內(nèi)設(shè)置有信號輸入的內(nèi)置發(fā)射天線，位于反射腔體的腔體輸出端口內(nèi)設(shè)置有N端口信號輸出的內(nèi)置發(fā)射天線陣列；信號反射腔主要提供信號的多路徑反射，使在腔體輸出端口重構(gòu)原始輻射信號，進而實現(xiàn)波束在空間指定方位的輻射。

一種基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)的方法，其步驟如下：

第一步，天線系統(tǒng)的硬件設(shè)計,?采用基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)，由波束掃描控制器通過信號反射腔與射頻天線陣列相連構(gòu)成；波束掃描控制器的波束控制電路，將對應(yīng)指定空間方位的射頻信號傳到D/A變換電路進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，主要通過選擇相應(yīng)波束方位對應(yīng)的射頻信號，然后傳遞給信號反射腔進行輻射信號的多路徑重構(gòu)，最終實現(xiàn)射頻信號向指定空域的輻射；

第二步，原始信號采集實驗設(shè)置,?

1、將天線系統(tǒng)置于微波暗室測試系統(tǒng)內(nèi)部,?即置于微波暗室內(nèi)的基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)中的射頻天線陣列作為信號接收設(shè)備，置于微波暗室內(nèi)的另一側(cè)放有內(nèi)置發(fā)射天線，并保證實驗距離滿足遠場測試條件；

2、置于微波暗室內(nèi)的信號接收設(shè)備通過信號反射腔與數(shù)據(jù)采集終端連接，用于準備數(shù)據(jù)采集；其中，該信號反射腔的內(nèi)部設(shè)置有若干反射體，作用是將輻射信號進行多路徑輻射，在腔體輸出端口重構(gòu)原始輻射信號，進而實現(xiàn)波束在空間指定方位的輻射；為了加強腔體內(nèi)部的反射，增強信號重構(gòu)精度，腔體系統(tǒng)中的射頻天線陣列僅需要按照設(shè)計工作頻點要求選擇；?

第三步，原始信號采集,?發(fā)射天線輻射信號，基于信號的空間波束掃描天線系統(tǒng)接收，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，并以發(fā)射天線對應(yīng)天線陣列偏角作為索引；然后通過轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動天線陣列，進行下一角度的測量；?

第四步，輻射信號生成及存儲，將數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)進行時域反演，即當輻射角度i=0時，采集、存儲角度i時的信號波形，然后進行下一角度測量；存儲的信號進行時域反演，反演后的信號存入波束掃描控制器的存儲磁盤陣列中；

判斷是否完成所需所有角度的測量、存儲，當判斷為否，返回至采集、存儲角度i時的信號波形步驟，繼續(xù)判斷；當判斷為是，結(jié)束；

時域反演信號處理，即測量的時域數(shù)據(jù)鏈中，第一位的數(shù)據(jù)置于整個數(shù)據(jù)串的末尾，最后一位數(shù)據(jù)置于整個數(shù)據(jù)串的起始位置，以此類推；然后依舊以角度為索引存入波束控制器的信號存儲磁盤陣列中，以備以后調(diào)用；

最后，使用時，僅需依靠波束掃描控制器，選擇對應(yīng)空間角度的信號樣式進行輻射，即可在指定空間方位實現(xiàn)信號的輻射；如果進行不同空間角度信號樣式的連續(xù)選擇，就形成了空間波束的連續(xù)掃描。