[發明專利]適用于寬帶信號的時間調制單元及時間調制相控陣

有效

• 申請號: 202010935127.8
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112165377B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 吳文;陳嶠羽;張金棟;方大綱;程國梟
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H01Q21/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種適用于寬帶信號的時間調制單元及時間調制相控陣，該單元包括兩個威爾金森功分器、同步通道、正交通道、兩個端口；一個端口通過一個威爾金森功分器分別連接同步通道和正交通道，之后經由另一個威爾金森功分器到達另一個端口；同步通道和正交通道由來自FPGA控制電路發出的周期時間序列控制，產生在相同結構復雜度下具有最低邊帶電平的階梯形時間調制脈沖。本發明通過引入正交調制和數控衰減器，時間調制單元可以在硬件上實現具有高自由度的階梯形時間調制脈沖。在此基礎上，通過優化算法得到在相同結構復雜度下具有最低邊帶電平的波形。相比傳統時間調制天線，能顯著降低邊帶電平以抑制寬帶信號產生的混疊，適于寬帶信號的時間調制。

技術領域

本發明屬于微波技術及天線工程技術領域，涉及一種適用于寬帶信號的時間調制單元及時間調制相控陣。

背景技術

隨著軍用和民用無線電技術的飛速發展，無線系統對其中的陣列天線的體積、功能、性能、以及成本等要求也越來越嚴格。然而，采用常規陣列天線設計理論和方法已很難滿足這些苛刻的要求，這無疑給天線設計人員帶來了極大的挑戰。時間調制天線技術的提出為解決這一困境提供了新思路。它是從空時四維場源關系出發提出的新型天線設計理論，通過將“時間”作為第四維設計自由度引入到三維空間常規天線設計中，使天線具有時間調制的特性，從而控制和改變天線的輻射特性。

然而時間調制天線中射頻開關的周期性通斷會產生諧波，當信號帶寬超過時間調制頻率時會引起混疊。所以為了抑制邊帶輻射的影響，時間調制系統往往需要限制信號帶寬，同時利用邊帶電平這一參數對邊帶輻射進行量化的描述。通過研究時間調制脈沖的波形設計與硬件實現，可以有效改進時間調制天線陣列的頻譜特性。

近年來，越來越多的學者嘗試優化時間調制天線，改進其硬件實現電路。一部分是優化時間調制陣列的饋電網絡，另一部分則是優化對單個天線單元進行時間調制的電路，即時間調制單元。在此基礎上，時間調制單元由最傳統的單刀單擲開關，逐漸發展成為頻譜性能更加優秀的結構。但是現有的時間調制單元往往偏于理論，實現難度大。尤其是僅適用于窄帶信號的情況，沒有考慮寬帶信號的需求。設計一款適用于寬帶信號，并可以提供具體硬件實現方案的時間調制單元，具有重要的研究和實用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種通過產生在相同結構復雜度下具有最低邊帶電平的階梯形時間調制脈沖，從而抑制寬帶信號的混疊，實現適用于寬帶信號的時間調制單元及時間調制相控陣。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種適用于寬帶信號的時間調制單元，所述單元包括第一威爾金森功分器、第二威爾金森功分器、同步通道、正交通道、第一端口以及第二端口；第一端口通過第一威爾金森功分器分別連接同步通道和正交通道，之后經由第二威爾金森功分器到達第二端口；所述同步通道和正交通道由來自FPGA控制電路發出的周期時間序列控制，產生在相同結構復雜度下具有最低邊帶電平的階梯形時間調制脈沖。

進一步地，所述同步通道包括沿第一端口指向第二端口的方向依次設置的第一單刀雙擲射頻開關、第一0/180°移相器、第二單刀雙擲射頻開關以及第一數控衰減器。

進一步地，所述正交通道包括沿第一端口指向第二端口的方向依次設置的90°移相器、第三單刀雙擲射頻開關、第二0/180°移相器、第四單刀雙擲射頻開關以及第二數控衰減器。

一種適用于寬帶信號的時間調制相控陣，所述相控陣包括由N個天線單元構成的天線陣列，N個適用于寬帶信號的時間調制單元，FPGA控制電路和一個1-N功分器，N 為自然數；

所述天線單元與適用于寬帶信號的時間調制單元一一對應相連；每個所述適用于寬帶信號的時間調制單元由來自FPGA控制電路發出的周期時間序列控制，能夠產生在相同結構復雜度下具有最低邊帶電平的階梯形時間調制脈沖；所有適用于寬帶信號的時間調制單元的輸出連接1-N功分器。