[發明專利]時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣

有效

• 申請號: 201510375417.0
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105048108B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 姚阿敏;吳文;方大綱
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q25/00;H01Q23/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于天線工程技術領域，特別是一種時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣。

背景技術

隨著現代電子技術以及無線電子系統的迅速發展，多功能、高性能、低成本、小型化的天線系統成為人們關注和研究的熱點。時間調制天線是一種基于時間調制技術的四維天線。時間調制陣列天線是指在常規三維陣列天線中引入時間維，通過接入陣元中的高速射頻開關按照預定的開關工作時序去控制每一個天線單元的工作狀態，使天線陣的口徑尺寸隨時間變化，即具有時間調制特性，從而增加天線陣設計的自由度。時間調制天線陣將空間陣元的幅度和相位加權通過時間加權的方式實現，從而簡化了饋電網絡結構以及降低了饋電復雜度。近年來，國內外學者展開了對時間調制天線陣的廣泛研究，一方面研究采用新穎的時間序列和改進的優化算法來抑制邊帶效應實現低副瓣方向圖綜合，另一方面研究利用時間調制天線陣的多邊帶特性實現波束掃描、自適應波束形成、以及單脈沖測向等功能。

方向回溯天線是一種具有自跟蹤波束掃描特性的智能天線，它能夠自動跟蹤來波方向，而不需要來波方向的先驗知識和復雜的數字信號處理算法。方向回溯陣列的兩種主要實現方式為范阿塔天線陣和相位共軛天線陣。范阿塔天線陣由成對的陣列單元組成，單元天線關于幾何中心對稱排列，天線單元對用等長的傳輸線連接。天線單元接收的信號是由其成對的天線單元重新發射出去，以實現相位共軛。由于沒有依賴頻率的元件且連接的傳輸線等長，使得它可以在很寬的頻帶范圍內達到方向回溯特性，其主要的帶寬限制是天線單元帶寬。范阿塔天線陣設計簡單且經濟成本低，但只適用于平面入射波和平面結構情況。相位共軛天線陣利用外差混頻的技術來完成相位共軛從而實現方向回溯功能，其相位共軛技術是波前重構，每個天線單元單獨實現相位共軛而不依賴于天線對，這一特點使其適用于非平面入射波和非平面結構情況。此外，這種天線陣由于混頻器的引入，可以對來波信號進行調制。方向回溯陣列天線具有較高的跟蹤速度和較低的花費，對其研究主要集中在多功能方向回溯體系結構、相位共軛電路的實現、抗干擾、應用領域等。

由上可知，現有天線系統只能實現時間調制或者方向回溯單一功能，無法在同一天線陣列中實現時間調制、方向回溯和時間調制方向回溯三功能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣，包括2N個天線單元、2N個單刀三擲開關、一個開關控制電路、N根等長傳輸線、2N個移相器、一個2N路功率合成器和一個接收機，其中N為正整數；

單刀三擲開關包括第一導通通道、第二導通通道和斷開通道，每個天線單元與一個對應的單刀三擲開關相連，每個單刀三擲開關的第一導通通道與一個移相器相連，所有移相器與一個2N路功率合成器相連，該2N路功率合成器與接收機相連，關于陣列中心對稱的兩個單刀三擲開關的第二導通通道通過等長傳輸線相連；所述開關控制電路與單刀三擲開關相連，控制所有單刀三擲開關的周期性通斷；

所述時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣為單頻時間調制、單頻范阿塔和單頻時間調制范阿塔三功能可重構共孔徑天線陣；當工作在單頻時間調制天線陣模式時，所有單刀三擲開關的第一導通通道與斷開通道處于周期性通斷狀態；當工作在單頻范阿塔天線陣模式時，所有單刀三擲開關的第二導通通道處于導通狀態；當工作在單頻時間調制范阿塔天線陣模式時，所有單刀三擲開關的第二導通通道與斷開通道處于周期性通斷狀態，其所有互連天線單元對的工作時間序列一致

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

(1)本發明用時間調制技術和范阿塔方向回溯技術實現單頻三功能可重構共孔徑天線陣，減小了多個陣列天線對天線空間的要求，實現了天線系統的多功能化、小型化和智能化；

(2)本發明用一個天線陣實現了單頻時間調制天線陣、單頻范阿塔天線陣和單頻時間調制范阿塔天線陣三種功能，通過控制時間序列實現陣列天線在這三種功能之間自由切換，具有重構簡單、復雜度低和精確度高的優點；

(3)本發明中的單頻時間調制范阿塔天線陣采用時間調制技術實現天線單元幅度加權，降低了回溯遠場方向圖的副瓣電平，且具有精度高、成本低等優點。

附圖說明

圖1為本發明的時間調制范阿塔方向回溯三功能可重構共孔徑天線陣結構圖。

圖2為本發明實施例中的單頻時間調制、范阿塔和時間調制范阿塔三功能可重構共孔徑天線陣結構圖。