[發(fā)明專利]用于實(shí)現(xiàn)相控陣天線全口徑寬角收發(fā)波束的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410328640.5
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104092486A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣永寧;于佳音;薄亞明
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州市江海通訊發(fā)展實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H01Q3/26;H01Q21/29
• 代理公司: 蘇州華博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32232
• 代理人: 黃珩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型海上固定或移動平臺寬帶無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于實(shí)現(xiàn)相控陣天線全口徑寬角收發(fā)波束的系統(tǒng)和方法，其適用于需要在廣播發(fā)射模式與定向收發(fā)模式之間快速切換的應(yīng)用系統(tǒng)，如以TDD方式工作的海上寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、海上作業(yè)平臺寬帶接入系統(tǒng)等。

背景技術(shù)

大型海上平臺包括二種類型，其中一種是相對固定的石油鉆井平臺等海洋工程作業(yè)平臺，另一種是移動的大型水面艦船。由這些節(jié)點(diǎn)組成的無線通信系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r變的特點(diǎn)，并且承載平臺也在不停地?fù)u擺中，因此早期海上通信系統(tǒng)普遍采用全向天線，而不能采用增益更高、抗干擾能力更強(qiáng)的高指向性天線。近年來相控陣天線技術(shù)和陣列信號數(shù)字處理技術(shù)被引入海上無線電通信系統(tǒng)，通過波束指向控制，在以點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸?shù)南到y(tǒng)中，可以采用較大口徑的相控陣天線，實(shí)現(xiàn)高增益的同時還能獲得高指向性，對于從非通信方向到達(dá)的干擾信號在天線端即得到抑制，顯著提高了系統(tǒng)綜合性能。但是由于陣列口徑越大增益越高，相應(yīng)的波束寬度越窄，這種直接把“經(jīng)典”的相控陣技術(shù)搬到海上平臺的方法只適用于“點(diǎn)對點(diǎn)”傳輸模式，當(dāng)信息需要從一個節(jié)點(diǎn)分發(fā)到多個節(jié)點(diǎn)時，就要分多次進(jìn)行“瞄準(zhǔn)式”發(fā)射。顯然，在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模達(dá)到一定數(shù)量時，會造成通信效率的大幅度下降。

在需要進(jìn)行廣播發(fā)射的相控陣系統(tǒng)中，會采取變通的方式，即定向收發(fā)時以全口徑工作，陣列中所有單元都參與收發(fā)，而需要寬波束廣播發(fā)射時，則關(guān)閉陣列的大部分單元，只保留一小部分單元工作，這樣天線實(shí)際口徑減小，增益降低，從而波束變寬，能夠同時對不同方向的平臺實(shí)施通信。這樣做的代價是一方面陣列中大多數(shù)收發(fā)單元(即T/R組件)的能力未被利用，另一方面還需要大幅增加對繼續(xù)工作的那一小部分陣元的激勵，以補(bǔ)償因口徑減小引起的增益下降，而且需要使用二種不同功率容量的收發(fā)組件，帶來互換性、工藝一致性、成本控制等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可以提高收發(fā)單元利用率并形成其統(tǒng)一性的用于實(shí)現(xiàn)相控陣天線全口徑寬角收發(fā)波束的系統(tǒng)和方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：用于實(shí)現(xiàn)相控陣天線全口徑寬角收發(fā)波束的系統(tǒng)，其包括：

多個天線陣元，用于向空間輻射和感應(yīng)無線電電磁能量；

多個T/R組件，用于對發(fā)射和接收信號進(jìn)行雙向的放大，并且對發(fā)送給天線陣元的激勵信號進(jìn)行幅度和相位加權(quán)；

多通道收發(fā)信機(jī)，用于對激勵信號中的發(fā)射信號進(jìn)行等幅同相分配以及對激勵信號中的接收信號進(jìn)行等幅同相合成；

波束參數(shù)庫，用于存儲形成全口徑寬波束形狀所對應(yīng)的幅度和相位參數(shù)；

波束控制器，用于根據(jù)外部輸入的收發(fā)指向信息而調(diào)用幅度和相位參數(shù)并發(fā)送給T/R組件，從而實(shí)現(xiàn)全口徑寬波束的形狀。

優(yōu)選地，上述的波束參數(shù)庫中至少一組幅度和相位參數(shù)的幅度加權(quán)系數(shù)包括多個取值介于0.707-1之間的系數(shù)、相位加權(quán)系數(shù)包括多個非規(guī)則的系數(shù)，一個幅度加權(quán)系數(shù)對應(yīng)一個相位加權(quán)系數(shù)，構(gòu)成多對幅度和相位加權(quán)系數(shù)。

進(jìn)一步地，上述的多通道收發(fā)信機(jī)還用于對常規(guī)無線電通信信號的濾波、放大和/或變頻處理。

用于實(shí)現(xiàn)相控陣天線全口徑寬角收發(fā)波束的方法，其包括以下步驟：

1)多通道收發(fā)信機(jī)收發(fā)各個天線陣元的激勵信號，并等幅同相分配其中的發(fā)射信號和等幅同相合成其中的接收信號；

2)多通道收發(fā)信機(jī)根據(jù)激勵信號而向波束控制器輸入接收來波信息，波束控制器從波束參數(shù)庫內(nèi)調(diào)用多組幅度和相位參數(shù)，并各發(fā)送至多組T/R組件；

3)T/R組件對激勵信號進(jìn)行幅度和相位加權(quán)，驅(qū)使多個天線陣元形成整個相控陣陣面的全口徑寬角收發(fā)波束。

優(yōu)選地，上述的第2)步驟中，多組幅度和相位參數(shù)中，至少一組幅度和相位參數(shù)的幅度加權(quán)系數(shù)包括多個取值介于0.707-1之間的系數(shù)、相位加權(quán)系數(shù)包括多個非規(guī)則系數(shù)，一個幅度加權(quán)系數(shù)對應(yīng)一個相位加權(quán)系數(shù)，構(gòu)成多對幅度和相位加權(quán)系數(shù)。

進(jìn)一步地，上述的第1)和/或2)步驟中，多通道收發(fā)信機(jī)還用于對常規(guī)無線電通信信號的濾波、放大和/或變頻處理。