[發明專利]一種空時調制陣列天線系統及其生產方法

在審

• 申請號: 201810094629.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108306115A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 王文欽;萬珂妙;陳慧;張順生;邵懷宗;潘曄
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/08
• 分類號: H01Q21/08;H01Q21/00;H01Q3/22
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊;李林合

本發明公開了一種空時調制陣列天線系統及其生產方法，所述系統包括天線單元與延時網絡兩者之間由同軸電纜相連接。其中延時網絡提供系統所需的延遲時間來實現頻率偏移，天線單元作為輻射單元輻射相應的信號能量。天線單元采用均勻的線性天線陣列實現空間調制，延時網絡利用線性調頻信號的頻率特性實現時間調制，從而構成了空時調制陣列天線。本發明具有良好的信號頻譜純度，成本較低，易于實現，并且能較好的驗證頻控陣的掃描特性。本發明提供了一種新的頻控陣實現方式，對于以后寬帶、超寬帶頻控陣天線的實現奠定了良好的基礎。

技術領域

本發明屬于頻控陣雷達技術領域，具體涉及一種空時調制陣列天線系統及其生產方法的設計。

背景技術

陣列天線技術在雷達、無線通信、聲吶及導航等領域有著廣泛的應用，根據實際應用的需求天線可以有不同的排列方式，最基本的可以分為線陣和面陣。與單個天線相比，陣列天線可以實現波束掃描、波束賦形以及多波束等功能。國內外科研工作者往往按照陣列天線的功能分類來進行性能和應用的研究，比如相控陣天線、頻率掃描天線、自適應天線以及多入多出(MIMO)天線等。近些年來，在相控陣和MIMO基礎上衍生的新型陣列吸引了廣泛關注，比如相控陣-MIMO以及差分陣列等。這些新型陣列帶來了更多的自由度和廣泛的應用前景，也帶來了許多需要探索和解決的問題。

相控陣雷達區別于傳統機械掃描雷達，其優勢之一在于可自由地實現波束的空間掃描，因而廣泛地應用于雷達目標檢測與成像應用。通常相控陣雷達每個陣元發射(或接收)的是同一信號，通過在每個陣元的輸出端接入移相器進行波束方向控制，調整移相器的相移量便可實現波束的空域掃描。此外，還可以通過改變雷達系統的工作頻率來實現波束掃描，即頻率掃描天線。然而，相控陣、頻率掃描天線和MIMO雷達都存在一個缺點：在每一掃描快拍內，波束指向在距離上是恒定的，也就是說波束指向與距離是無關的，不能利用線性相控陣雷達實現目標距離和方位角二維聯合估計。但是在某些應用中，常常又期望陣列波束在同一快拍內能夠以相同的角度指向不同的距離，這就需要波束的指向能夠隨距離的變化而變化。

頻控陣雷達是近年來提出的一種新體制陣列雷達技術，與傳統相控陣不同的是，頻控陣通過在不同通道附加很小的頻偏，使其波束圖在遠場成為隨位置、角度和時間變化的函數。頻控陣這種新波束的特征產生許多新的功能，它能夠形成具有距離依賴性的發射波束，克服了傳統相控陣雷達不能有效控制發射波束的距離指向問題，并具有很多獨特的應用優勢和廣闊的發展應用前景。目前有很多關于頻控陣雷達的實現方式，但不同的實現方式具有不同的系統性能特點。基于混頻器步進頻的實現方法，其鏡像頻率和射頻與本振頻率的交調影響將導致陣列信號的頻譜純度較差，容易導致后續的信號處理出現目標模糊問題。采用獨立本振源的實現方式，需要考慮時鐘抖動和相位噪聲的影響問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種空時調制陣列天線系統及其生產方法，利用線性調頻(LFM)信號特性與天線陣元之間的延遲關系，實現頻控陣陣元間的微小頻偏，利用空間與時間調制技術，實現頻控陣的掃描特性。

本發明的技術方案為：一種空時調制陣列天線系統，包括天線單元與延時網絡，其中延時網絡包括1個輸入端口和8個輸出端口，其輸入端口與線性調頻信號源連接。

延時網絡還包括內部時延微帶線結構，內部時延微帶線結構包括一根輸入微帶線，輸入微帶線的一端作為延時網絡的輸入端口，其另一端分別與2根次級微帶線的一端連接；每根次級微帶線的另一端分別與2根三級微帶線的一端連接；每根三級微帶線的另一端分別與2根輸出微帶線的一端連接；每根輸出微帶線的另一端作為延時網絡的一個輸出端口。每相鄰兩根輸出微帶線之間的延遲時間為t_d，每相鄰兩根三級微帶線之間的延遲時間為2t_d，兩根次級微帶線之間的延遲時間為4t_d，t_d＝0.4ns。