[發(fā)明專利]陣列天線的復(fù)數(shù)域射頻前端電路系統(tǒng)及其波束賦形方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510267961.3
• 申請日: 2015-05-24
• 公開（公告）號: CN104852160A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳嘉龍;彭政諭;冉立新
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q3/28;H01Q3/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電路系統(tǒng)和波束賦形方法，尤其是涉及一種陣列天線的復(fù)數(shù)域射頻前端電路系統(tǒng)及其波束賦形方法。

背景技術(shù)

陣列天線的研究和應(yīng)用一直是天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，對比于傳統(tǒng)單個(gè)天線，陣列天線通過控制陣列天線每個(gè)天線單元的饋電相位能夠快速靈活的實(shí)現(xiàn)天線方向圖的波束賦形，所以被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、通信、軍事、遙感等多個(gè)領(lǐng)域。

陣列天線系統(tǒng)構(gòu)架主要有兩種，最早的陣列天線采用模擬的移相器來控制各個(gè)天線輻射單元的饋電相位來實(shí)現(xiàn)天線的波束重構(gòu)，這種架構(gòu)的相控陣天線靈活性有限，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的波束形狀。而近些年由于高速ADC技術(shù)的成熟，陣列天線系統(tǒng)通過數(shù)字波束賦形技術(shù)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過數(shù)字域的各種算法實(shí)現(xiàn)波束賦形，這種系統(tǒng)架構(gòu)具有極高的靈活性，得到了更為廣泛的應(yīng)用。然而數(shù)字波束賦形構(gòu)架需要高速的ADC技術(shù)和運(yùn)算模塊，導(dǎo)致陣列天線系統(tǒng)成本非常昂貴，另外較高頻率的天線系統(tǒng)由于ADC技術(shù)的限制，還不能達(dá)到很好的性能，所以新型的射頻前端電路系統(tǒng)有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了精簡基于數(shù)字波束賦形技術(shù)的陣列天線系統(tǒng)、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提供了一種陣列天線的復(fù)數(shù)域射頻前端電路系統(tǒng)及其波束賦形方法，利用矢量乘法器在復(fù)數(shù)域調(diào)節(jié)射頻信號的幅度與相位，可應(yīng)用于陣列天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同場合下天線波束的快速賦形，可很好地應(yīng)用于陣列天線系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種陣列天線的復(fù)數(shù)域射頻前端電路系統(tǒng)：

包括射頻信號放大器、矢量乘法模塊、控制模塊以及合路器，陣列天線單元接收的各路信號依次經(jīng)各自的射頻信號放大器、矢量乘法模塊后傳輸?shù)胶下菲鬏敵觯刂颇K分別與各個(gè)矢量乘法模塊連接，對矢量乘法器在射頻信號的復(fù)數(shù)域調(diào)節(jié)信號的幅度與相位進(jìn)行控制，合路器將各個(gè)矢量乘法模塊的輸出信號合并輸出。

所述的射頻信號放大器采用低噪聲放大器，放大信號的同時(shí)可以抑制部分噪聲。

所述的矢量乘法模塊包括正交功分器和矢量乘法器，射頻信號放大器依次連接正交功分器和矢量乘法器，射頻信號放大器放大后的射頻信號經(jīng)正交功分器分成I、Q兩路信號，I、Q兩路信號傳輸?shù)绞噶砍朔ㄆ鞯膬蓚€(gè)輸入端口，矢量乘法器在復(fù)數(shù)域中對射頻信號進(jìn)行調(diào)幅與調(diào)相后輸出一路信號。

所述的控制模塊包括控制單元(MCU)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，矢量乘法模塊經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)與控制單元(MCU)連接，控制單元輸出數(shù)字控制信號，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬控制信號，模擬控制信號輸入到矢量乘法模塊的矢量乘法器中，對矢量乘法器調(diào)幅與調(diào)相進(jìn)行控制。

所述的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)采用低于1MSPS的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)。

所述的控制單元(MCU)采用36MHz處理頻率的低速控制單元(MCU)。

二、一種陣列天線的復(fù)數(shù)域射頻波束賦形方法：

將陣列天線單元接收的各路信號經(jīng)各自的射頻信號放大器放大后輸入到矢量乘法模塊，控制模塊發(fā)出調(diào)節(jié)幅度與相位的控制信號到各個(gè)矢量乘法模塊，矢量乘法器在復(fù)數(shù)域?qū)ι漕l信號的幅度與相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，各個(gè)矢量乘法模塊輸出射頻信號輸入到合路器，最后合路器將各個(gè)天線單元的射頻信號合并輸出。

在所述的矢量乘法模塊中，所述的射頻信號先經(jīng)正交功分器分成I、Q兩路信號，I、Q兩路信號傳輸?shù)绞噶砍朔ㄆ鞯膬蓚€(gè)輸入端口，矢量乘法器根據(jù)控制模塊發(fā)出的控制信號在復(fù)數(shù)域中對射頻信號進(jìn)行調(diào)幅與調(diào)相，最后輸出一路信號。

所述的控制模塊發(fā)出調(diào)節(jié)幅度與相位的控制信號具體采用以下方式：根據(jù)波束賦形計(jì)算方法得到每路需要調(diào)制的幅值和相位，控制模塊中的控制單元(MCU)輸出對應(yīng)的數(shù)字信號，數(shù)字信號再經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)幅度與相位的控制信號。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明利用矢量乘法模塊在復(fù)數(shù)域?qū)π盘栠M(jìn)行調(diào)幅調(diào)相，不需要像傳統(tǒng)的數(shù)字波束賦形技術(shù)利用高速ADC直接采樣高頻或下變頻后的中頻信號，不再受限于ADC的采樣速率而影響系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，同時(shí)大幅降低射頻前端電路的成本。

進(jìn)一步的，本發(fā)明由于在復(fù)數(shù)域?qū)π盘栠M(jìn)行調(diào)幅和調(diào)相，不需要像傳統(tǒng)的數(shù)字波束賦形技術(shù)要依賴于高速的控制單元，尤其在陣列天線的波束賦形應(yīng)用中低速的微控制單元足以達(dá)到波束成形的計(jì)算要求。

進(jìn)一步的，本發(fā)明大幅精簡了射頻前端電路，減小了傳統(tǒng)的數(shù)字波束賦形技術(shù)由于下變頻產(chǎn)生的噪聲問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。