[發(fā)明專利]相控陣天線波束控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811263208.7
• 申請(qǐng)日: 2018-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN109541993B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐洪軍;張曉波;師帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所）
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042;G01S7/03;H01Q21/00;G01K13/00
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明公開的一種相控陣天線波束控制裝置，旨在提供一種功耗低、體積小，可靠性高、可擴(kuò)展，通用性強(qiáng)的波束控制裝置，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：n個(gè)回形連接器通過子卡間互聯(lián)，固聯(lián)在適配底板上連接TR組件控制接口、電源接口和端機(jī)控制接口，1?n個(gè)信號(hào)處理子板分別固定在1?n個(gè)回形連接器的回形鏤空區(qū)中，形成信號(hào)處理子板嵌入回形連接器；適配底板通過TR組件控制接口匹配不同平臺(tái)相控陣天線，被選信號(hào)處理子板通過TR組件控制接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)接口接收來自波束控制系統(tǒng)端機(jī)的通信指令，解析通信指令并計(jì)算波位碼，控制時(shí)序輸出至回形連接器，回形連接器將信號(hào)處理子板控制信號(hào)管腳通過適配底板扇出給需要控制的TR組件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)控、通信等領(lǐng)域，特別涉及一種相控陣天線波束控制裝置。

背景技術(shù)

目前廣泛的應(yīng)用于測(cè)控、通信等領(lǐng)域的相控陣?yán)走_(dá)，采用由多個(gè)天線單元（輻射器）組成的陣列天線，每一個(gè)天線單元帶有一個(gè)移相器。波束控制系統(tǒng)是相控陣?yán)走_(dá)不可或缺的一部分。波控系統(tǒng)的主要功能是控制相控陣天線波束的指向變化。它的天線是按一定規(guī)則排列的，通過移相器等來控制天線完成定向掃描。對(duì)于相控陣天線系統(tǒng)每個(gè)單元除了移相器之外，還包括天線陣面、射頻收發(fā)組件和波束控制系統(tǒng)三個(gè)部分。天線單元的數(shù)目為MN個(gè)，用一個(gè)T/R組件控制兩個(gè)天線單元，然后用單片機(jī)控制每個(gè)T/R組件，用單片機(jī)完成波控碼的運(yùn)算和控制。波控系統(tǒng)主要是在電子計(jì)算機(jī)的控制下，產(chǎn)生需要的波束指向代碼，并送至移相器，完成波束的定向控制，屬于電掃描。其基本工作原理是波束控制系統(tǒng)接收端機(jī)波束指向控制指令并根據(jù)波束指向算法計(jì)算出各個(gè)天線單元的幅度加權(quán)值和相位加權(quán)值，然后通過控制管腳輸出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)射頻收發(fā)組件幅度和相位控制。由于對(duì)天線單元的相位補(bǔ)償可以抵消同一信號(hào)到達(dá)各個(gè)不同陣元而的時(shí)間差,使天線陣合成后的輸出信號(hào)相互疊加，加達(dá)到輸出信噪比最優(yōu)。如果信號(hào)方向發(fā)生變化,只需要調(diào)整不同陣元的相位控制量就可使相控陣天線波束的最大指向發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)蹤目標(biāo)方向?qū)崟r(shí)跟蹤。相控陣天線中，由于相鄰天線單元或者子線陣接收信號(hào)之間的相位差即含有目標(biāo)（或輻射源）的角位置信息，因此，提取出這一相位誤差，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的空間定向。與對(duì)時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行頻率濾波一樣，對(duì)從相控陣天線中多個(gè)單元上接收到的空間信號(hào)序列，可以進(jìn)行空域?yàn)V波。這使得相控陣可以同時(shí)進(jìn)行空間和時(shí)間二維信號(hào)處理?？臻g功率合成能力。在每一個(gè)天線單元上設(shè)置一個(gè)功率放大器或者鎖相振蕩器，只要維持它們的輸出信號(hào)的相位相關(guān)性及要求的幅度分布，就可在空間實(shí)現(xiàn)功率合成。這一特點(diǎn)使得相控陣?yán)走_(dá)在單部發(fā)射機(jī)功率有限的情況下也能獲得要求的特大功率。實(shí)際的相控陣天線中，導(dǎo)致天線波瓣的副瓣電平惡化，增益損失、波束指向精度下降等的原因很多，如波束掃描時(shí)數(shù)字移相器的量化誤差、天線幅相誤差等因素。誤差的來源很多，每一個(gè)器件、每一次加工裝配都可能引入誤差，通常又可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因有天線陣面的扭曲、饋線系統(tǒng)的耦合、風(fēng)力變形、輻射單元的系統(tǒng)安裝誤差等，它們對(duì)天線系統(tǒng)性能的影響可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格計(jì)算和測(cè)量出來，并加以控制。這類誤差往往呈現(xiàn)一定的周期性，它將導(dǎo)致輻射功率在某些特定的方向上集中，且主要影響天線的近區(qū)副瓣性能或引起周期性誤差波瓣；減少這類系統(tǒng)誤差的方法就是打破其系統(tǒng)性。系統(tǒng)誤差源有：輻射單元之間的互耦引起單元的阻抗變化及駐波變化、陣面扭曲、饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、子陣結(jié)構(gòu)的不同、交叉極化、輻射元饋電結(jié)構(gòu)的散射、移相器的量化誤差等。隨機(jī)誤差具有隨機(jī)性，它不能預(yù)先計(jì)算和測(cè)量而難以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償。一般會(huì)影響天線的遠(yuǎn)區(qū)副瓣性能，即影響天線平均副瓣電平，最終限制天線性能。這類誤差很小且難以控制，只能用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法研究其對(duì)天線性能的影響。隨機(jī)誤差源主要有：輻射單元加工誤差及安裝誤差、天線陣面的不平度（表面公差）、移相器插入相移、饋電網(wǎng)絡(luò)的幅相差、輻射單元失配效應(yīng)、發(fā)射機(jī)的幅相誤差、接收機(jī)的幅相誤差、移相器插入損耗等。相控陣天線有大量的輻射單元，每個(gè)輻射單元通過移相器與激勵(lì)器相連接?？煽?cái)?shù)字移相器是相控陣天線優(yōu)越性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵,但由此引入的相位量化誤差,嚴(yán)重影響了相控陣天線的波束指向精度。為了實(shí)現(xiàn)高精度的掃描波束指向控制以及低的副瓣特性，需要多位的數(shù)字控制，而位數(shù)越多，數(shù)字移相器和數(shù)字衰減器也越復(fù)雜。波束形成只與相控陣各單元之間的相對(duì)幅度和 相位值有關(guān)。為了驗(yàn)證相控陣天線波束指向的正確性，天線系統(tǒng)需要根據(jù)目標(biāo)在天線坐標(biāo)系中的方位角、俯仰角及陣元特性調(diào)整加權(quán)系數(shù)形成波束完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。相控陣天線波束指向方位角和俯仰角的計(jì)算對(duì)于載體移動(dòng)通信天線，載體的姿態(tài)直接影響天線波束的指向。要使載體上天線波束始終指向通信衛(wèi)星，就必須使天線波束指向不受載體姿態(tài)變化的影響，這就是所謂的天線波束跟蹤。天線波束跟蹤有各種體制，其中一種為開環(huán)控制，這種控制方式基于已知載體的姿態(tài)信息。