CN101609931A - 基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现方法。采用该技术，天线阵列不需要使用移相器就可以实现波束空间电扫描。本发明的基本方案包括天线阵列，复杂可编程逻辑器件，高速射频开关以及接收机等。基于该方案，通过合理地设计每个天线单元的工作时序，可以实现在不需要移相器对每个天线单元进行移相情况下的天线阵列波束在空间的电扫描以及符合副瓣电平要求的方向图。通过对接收机合理地添加混频器、滤波器、放大器等，可以方便地实现三个波束并且双波束同时电扫描。本发明由于不采用移相器，因此可以进一步缩小***体积，减小***复杂度。由于其可以方便地实现天线阵列波束电扫描，因此可以广泛用于雷达以及无线通信***当中。

Description

基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，它特别涉及利用时间调制方式控制天线阵列的相位激励，实现天线阵列波束电扫描的技术方法及其***实现。

背景技术

在空间和导弹技术不断发展的今天，对现代雷达和无线通信技术的要求也越来越高，这就使相控阵天线成为众目注视的焦点。相控阵天线具有多种特殊的功能(如同时对空搜索、识别和跟踪等)以及大功率、高数据率和抵抗有害环境条件的能力，其大大推动了相控阵雷达和天线的研究和应用。

相控阵，就是由许多辐射单元排成阵列形式的天线，各单元之间的辐射能量和相位关系是可以控制的。典型的相控阵是利用计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，即电子扫描，简称电扫。

相控阵可分为两大类，即全电扫相控阵和有限电扫相控阵。全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果。根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列是指利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是指利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫。机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。

近年来，新型天线的研究也推动了新型相控阵***的不断发展。时间调制技术在天线阵列综合低/超低副瓣方向图方面体现了极大的优势。区别于常规天线阵列，由于时间调制天线阵列的接收信号有其独特的性质，这使得时间调制技术在实现天线阵列波束电扫描方面得到了应用。

发明内容

本发明鉴于上述技术背景实现，目的在于提供一种基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现方法。其新颖性在于通过控制天线阵列每个辐射阵元的工作时间序列(即起始工作时刻和工作持续时间)来达到波束电扫描的目的，同时可以综合满足副瓣电平要求的辐射方向图。由于仅仅使用高速射频开关就可以同时实现波束电扫描控制以及方向图综合，因此使天线阵列的馈电***更加简单化(不需要移相器和衰减器)，馈电控制更加容易和简便，阵列方向图的综合更加方便，同时也有利于相控阵***的小型化。

为了描述方便，现对所用术语作如下定义：

天线阵元：指用来组成天线阵列的单元，用于发射和接收电磁波信号。

环流器：指用于将发射机与接收机进行功率隔离的装置。

低噪声放大器：指噪声系数很低的功率放大装置。

收发开关：指用于将收发通道进行转换和隔离。

CPLD(复杂可编程逻辑器件)：指用于产生二进制控制信号，即“0”和“1”，用来控制高速射频开关的“通”和“断”的数字逻辑电路。

高速射频开关：指按照CPLD产生的控制信号进行工作的单刀单掷射频吸收性开关。

功分器：指将一路射频信号分为几路输出的装置。

可变衰减器：指可调节天线阵元馈电幅度衰减量的装置。

自动增益控制器：使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制的装置。

模数转换器：指用于将模拟信号转变为数字信号的装置。

本发明提供了一种基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现方法。它包括以下基本方案和改进方案。

基本方案：

本方案为基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***实现，它包括由收发共用天线阵元1所组成的天线阵列。如图1所示，其中每个天线阵元1都接有环流器2和收发开关4。当收发开关4处于接收状态时，由天线阵元1接收的射频信号经过环流器2后由低噪声放大器3进行放大。每个天线阵元1还接有高速射频开关5并且高速射频开关5对每个天线阵元1接收的射频信号进行周期性调制。高速射频开关5的工作状态受CPLD(复杂可编程逻辑器件)6控制。复杂可编程逻辑器件6则可以通过预先写入的程序，产生二进制控制信号“0”和“1”来控制高速射频开关的“通”和“断”。

基于此基本方案，则图1中的接收机7则应该包括频率为f₀+f_p-f_I的稳定本振8，混频器9，带通滤波器10(其通带应位于f_I)，自动增益控制器(AGC)11，中频放大器12，低通滤波器13，模数转换器14以及数字信号处理器15等。由天线阵列接收并由高速射频开关调制的射频信号进入接收机后首先与稳定本振8产生的频率为f₀+f_p-f_I的本振信号通过混频器9进行混频处理，用于将时间调制后产生的正第一边带信号(频率为f₀+f_p)下变频得到频率为f_I的中频信号，用带通滤波器10滤除中心频率信号以及除正第一边带以外的其它边带信号后送入中频放大器12进行功率放大，中频放大器12的放大增益受自动增益控制器11进行控制，放大后的中频信号经正交本振混频后变为I/Q两路正交零中频信号，通过低通滤波器13和模数转换器14变为数字信号后则进入数字信号处理器15进行相应的数字信号处理。

所述的改进方案有以下五种：

第一种改进方案：它是通过在接收机7中添加功分器16，频率为f₀-f_p-f_I的稳定本振17、频率为f₀-f_I的稳定本振18、带通滤波器10、中频放大器12、自动增益控制器11、正交本振、低通滤波器13以及模数转换器14、负第一边带处理模块19，中心频率处理模块20以及正第一边带处理模块21，如图3所示。利用中心频率以及正负第一边带可实现空间三波束同时工作，其中正负第一边带的辐射波束实现空间电扫描。

第二种改进方案：它是通过将自适应算法应用到数字信号处理器中，并利用数字信号处理器的输出控制信号控制高速射频开关的工作状态，达到自适应时间加权的目的，用以实现自适应波束形成，如图4所示。

第三种改进方案：它是通过利用优化算法(例如遗传算法GA，差分进化算法DES等)优化每个天线阵元的工作时序，提高方向图的辐射性能。

第四种改进方案：它是通过对每个天线阵元添加可变衰减器，将幅度加权与时间加权相结合，通过多一维的控制，更灵活和方便地实现天线阵列方向图的综合。

第五种改进方案：它是通过将基本方案中的天线安装在可机械转动的天线座上，将天线阵列的电扫描与机械扫描相结合。

利用时间调制实现波束空间电扫描的方法：

当一频率为f₀的平面电磁波照射如图1所示的具有N个天线阵元的直线阵并且高速射频开关的工作频率为f_p时，其阵因子的表达式为

$F(\mathrm{\θ},t)=e^{j2\mathrm{\π}{f}_{0}t}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k{U}_k\left(t\right)\·e^{-j(k-1)\mathrm{\β}d\sin \mathrm{\θ}}$

其中A_k为第k个天线阵元的馈电幅度，U_k(t)表示第k个射频开关的工作状态，当与第k个天线阵元相连的高速射频开关处于工作状态时，U_k(t)＝1，反之处于断开状态时，U_k(t)＝0。β为自由空间中的波数，d为相邻天线阵元之间的间距。由于F(θ，t)是时间t的周期函数，因此可将上式展开为傅立叶级数的形式，即

$F(\mathrm{\θ},t)=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{nk}}\·e^{j2\mathrm{\π}(f_0+n{f}_0)t}{e}^{j(k-1)\mathrm{\β}d\sin \mathrm{\θ}}$

其中

$a_{\mathrm{nk}}=f_p{\∫}_{t_{0k}}^{t_{0k}+{\mathrm{\τ}}_k}{A}_k{e}^{-j2\mathrm{\πn}{f}_{p}t}\mathrm{dt}$

$=A_k{f}_p{\mathrm{\τ}}_k\frac{\sin \mathrm{n\π}{f}_p{\mathrm{\τ}}_k}{\mathrm{n\π}{f}_p{\mathrm{\τ}}_k}{e}^{-\mathrm{jn\π}{f}_p(2t_{0k}+{\mathrm{\τ}}_k)}$

当n＝0，1和-1时将分别得到中心频率，正第一边带和负第一边带的辐射方向图，即

$F_0(\mathrm{\θ},t)=e^{j2\mathrm{\π}{f}_{0}t}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k{f}_p{\mathrm{\τ}}_k{e}^{j(k-1)\mathrm{\β}d\sin \mathrm{\θ}}$

$F_1(\mathrm{\θ},t)=e^{j2\mathrm{\π}(f_0+f_p)t}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{A_k}{\mathrm{\π}}\sin \left(\mathrm{\π}{f}_p{\mathrm{\τ}}_k\right)e^{-\mathrm{j\π}{f}_p(2t_{0k}+{\mathrm{\τ}}_k)}\·e^{j(k-1)\mathrm{\β}d\sin \mathrm{\θ}}$

$F_{-1}(\mathrm{\θ},t)=e^{j2\mathrm{\π}(f_0-f_p)t}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{A_k}{\mathrm{\π}}\sin (-\mathrm{\π}{f}_p{\mathrm{\τ}}_k)e^{-\mathrm{j\π}{f}_p(2t_{0k}+{\mathrm{\τ}}_k)}\·e^{j(k-1)\mathrm{\β}d\sin \mathrm{\θ}}$

其中t_0k和τ_k为第k个天线阵元在一个高速射频开关的工作周期1/f_p内的起始接通时刻和处于接通状态的持续时间。可以看出，在正负第一边带，通过合理设计τ_k则可以综合出满足副瓣电平要求的方向图，通过合理设置t_0k则可以控制天线阵主波束的指向。另外从上面的式子中也可以看出，若要使得归一化馈电幅度在[0，1]之间变化，则f_pτ_k的取值范围应为[0，0.5]，若要使得馈电的相位变化在[-π，π]之间变化，则f_pt_0k的取值范围应为[-0.5，0.5]，而在中心频率上，方向图的波束指向则与起始工作时刻t_0k无关。

本发明提供的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，可以实现在不需要移相器的情况下，通过控制每个天线阵元的起始工作时刻和持续工作时间，在第一边带实现天线阵列波束的空间电扫描。使得该***仅仅需要一个高速射频开关即可同时实现波束电扫描控制以及方向图综合。对设计满足副瓣电平要求的方向图以及实现波束电扫描可以达到一举两得的目的。与常规相控阵天线相比，由于不需要使用移相器和衰减器，使得***复杂度大大降低。同时由于波束电扫描在正负第一边带上实现，因此，中心频率处的波束可以用作与固定目标通信等用途，在仅仅添加相关的数字信号处理模块而不需要在***前端添加任何器件的情况下，即可实现空间三个波束的同时工作，如下面的改进方案所示。

在所述的基本方案中，如图1和图2所示，天线阵列波束的电扫描在正第一边带实现。通过预先设计好的每个天线阵元的起始工作时刻和持续工作时间对复杂可编程逻辑器件6进行编程处理，由电缆下载到CPLD芯片。每个天线阵元1与环流器2和收发开关4相连。环流器2与收发开关4起到通道隔离的目的，阻止发射机的大功率射频信号进入接收机。由天线阵列接收的射频信号经过每一路的高速射频开关5的周期性调制之后进入接收机7。如图2所示，在接收机7中，射频信号(包含中心频率以及所有的边带信号)首先与频率为f₀+f_p-f_I的本振信号进行混频处理，将正第一边带(f₀+f_p)信号下变频至中频f_I，然后由带通滤波器10滤掉中心频率信号以及除正第一边带以外的其他边带信号。此时经过带通滤波器10之后，还需要对正第一边带信号进行中频放大，其放大增益受自动增益控制器11控制。经过正交本振变为两路I/Q正交零中频信号，经模数转换器14变为数字信号后即可进入数字信号处理器15进行相应的数字信号处理。这里给出的接收机***为零中频数字接收机，在实际应用中可以根据实际用途以及需要等改变该接收机***。

此基本方案能够实现在不需要移相器的情况下的波束电扫描。并且利用时间加权可以同时实现满足副瓣电平要求的方向图以及波束指向控制。

此基本方案是我们所提供的最基本的方案形式，在此基础上做一些改进就构成了如下的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***的改进方案：

第一种改进方案，它是在接收机7中添加功分器16，频率为f₀-f_p-f_I的稳定本振17，频率为f₀-f_I的稳定本振18，带通滤波器7，中频放大器12，自动增益控制器11，低通滤波器13以及模数转换器14，负第一边带处理模块19，中心频率处理模块20以及正第一边带处理模块21，如图3所示。利用中心频率以及正负第一边带即可实现空间三波束同时工作，其中正负第一边带的辐射波束实现空间电扫描。天线端接收的经过高速射频开关周期性调制的射频信号进入接收机7后由一分三的功分器16输出三路含有相同频率分量的信号。这三路信号都包含中心频率以及各个边带分量信号。为了得到中心频率以及正负第一边带处的信号，三路信号应分别与频率为f₀-f_p-f_I、f₀-f_I和f₀+f_p-f_I的本振信号进行混频处理，即将负第一边带信号，中心频率信号和正第一边带信号分别下变频至中频频率f_I。然后每一路利用通带位于f_I的带通滤波器10滤除不需要的频率成分，即可分别得到负第一边带，中心频率和正第一边带信号。每一路信号分别经过中频放大器12后，经由正交本振作I/Q双通道处理后由模数转换器14转换为数字信号，其中中频放大器12的放大增益受自动增益控制器11的控制。在数字信号处理器中可划分三个处理模块，即负第一边带处理模块19，中心频率处理模块20和正第一边带处理模块21。每一个模块分别独自处理各自边带或中心频率上的数字信号。利用这种改进的接收机结构，可以实现空间三波束同时工作，其中正负第一边带上的波束可实现电扫描，中心频率上的波束则固定不变。此接收机主要分为三个通道，分别对中心频率信号以及正负第一边带信号进行处理。每一个通道可看作是一个零中频数字接收机。根据***的实际需要和要求可以对其结构进行更改。

第二种改进方案，它是通过将自适应算法应用到数字信号处理器中，并利用数字信号处理器的输出控制信号控制高速射频开关的工作状态，达到自适应时间加权的目的，用以实现自适应波束形成，如图4所示。此接收***主要分为两部分，第一部分经天线接收的射频信号被高速射频开关进行周期性调制(即时间加权)之后进入接收机；第二部分则是传统的自适应权值计算网络。在该网络中，每一个天线阵元接收的信号分别经过下变频，I/Q正交双通道处理，模数转换后进入数字信号处理器，利用现在已经相当成熟的自适应算法计算每一个天线阵元的最优加权值。由该加权值产生控制信号，控制高速射频开关的时间加权值，使天线阵在第一边带上得到最优波束(如自适应置零等)。

第三种改进方案：它是利用优化算法(如遗传算法，差分进化算法等)优化每个天线阵元的工作时间序列，来提高天线阵列方向图性能，如副瓣电平，边带电平等。

第四种改进方案：它是通过对每个天线阵元添加可变衰减器，将幅度加权与时间加权相结合。通过添加可变衰减器，使得在此***中综合方向图时可以同时利用幅度加权和时间加权，为方向图的综合提供多一维的控制。

第五种改进方案；它是通过将基本方案中的天线安装在可机械转动的天线座上，将天线阵列的电扫描与机械扫描相结合。此方案可与第一种改进方案相结合，使中心频率的辐射波束在机械控制下实现扫描，而正负第一边带的辐射波束指向通过时间加权和机械转动共同控制。

第三种、第四种和第五种改进方案都应至少包含以下两个特征：

(1)所述的每个天线阵元1都与一个高速射频开关5相连接，高速射频开关的工作状态由逻辑电路控制，如图1所示。

(2)接收机应包含一个或几个频率不同的本振源，用于将中心频率和正负第一边带的信号下变频至同一频率的中频信号，如图2和图3所示。

因此，上述的基本方案和所有改进方案分别具有各自对应的特点，波束的空间电扫描在正负第一边带上实现，通过控制每个天线阵元的工作时序来控制天线波束的空间扫描角度。由于波束扫描在正负第一边带上实现，而中心频率上主瓣位置则保持不变，因此可以实现空间多波束处理。由于三个波束在不同的频率上实现，因此也容易实现频率分集信号的发射和接收。与传统的相控阵天线相比，由于引入了时间自由度，使得天线方向图的综合以及波束控制更加灵活和容易。因此，该***适用于那些需要波束扫描的无线***。

本发明具有以下有益效果：

(1)由于通过时间加权即可实现方向图综合和波束扫描控制，节省了幅度加权器件以及移相器件的使用，因此可以降低***成本，减小***的体积。

(2)由于波束扫描在正负第一边带上实现，使中心频率上的方向图可作其他用途，实现空间多波束的处理。

(3)通过引入自适应算法，仅用高速射频开关就可以在第一边带上实现自适应波束形成。

(4)利用中心频率以及第一边带发射和接收信号，可以提高***的保密性以及抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明的基于时间调制的无移相器相控阵***的发射与接收前端。

其中，1是天线阵元，2是环流器，3是低噪声放大器，4是收发开关，5是高速射频开关，6是复杂可编程逻辑器件，7是接收机。

图2是正第一边带信号零中频数字接收机***框图。

其中，8是频率为f₀+f_p-f_I的稳定本振，9是混频器，10是通带位于f_I的带通滤波器，11是自动增益控制器，12是中频放大器，13是低通滤波器，14是模数转换器，15是数字信号处理器。

图3是基于改进方案一的中心频率和正负第一边带信号接收机***框图。

其中，16是一分三的功分器，17是频率为f₀-f_p-f_I的稳定本振，18是频率为f₀-f_I的稳定本振，19是负第一边带处理模块，20是中心频率处理模块，21是正第一边带处理模块。

图4是基于改进方案二的实现自适应波束形成的***框图

图5是实施例1和实施例2中每个天线阵元的归一化起始工作时间

图6是实施例1和实施例2中每个天线阵元的归一化持续工作时间

图7是实施例1和实施例2中中心频率和正负第一边带上的方向图

图8是实施例3中每个天线阵元的归一化起始工作时间

图9是实施例3中每个天线阵元的归一化持续工作时间

图10是实施例3中中心频率和第一边带上的方向图

具体实施方式

实施例1：基于时间调制的无移相器情况下的正第一边带波束扫描控制

参照图1和图2，本实施例采用N＝8元全向性天线阵元构成直线式天线阵列，阵元间距为半个波长。利用正第一边带以及时间加权实现波束的扫描控制，因此相应的接收机为接收正第一边带信号。中心频率信号以及其他边带信号均被滤除。采用离散Taylor分布综合-20dB副瓣电平的方向图，主波束偏离天线阵列法向20度。由此得到每个天线阵元在一个时间调制周期内的归一化起始工作时刻以及归一化的持续工作时间，分别如图5和图6所示。得到的正第一边带方向图如图7中的虚线所示。结果表明，该方向图的主瓣指向20度，副瓣电平为-20dB，满足设计要求，并且与中心频率的辐射功率相比，正第一边带的辐射功率仅降低了2.1dB。利用如图2所示的接收机***，将正第一边带信号下变频至中频频率f_I，由带通滤波器滤除中心频率以及其他所有不需要的边带信号，仅保留正第一边带信号后，经正交本振变为两路正交基带信号，由模数转换器转换为数字信号后进入数字信号处理器进行相应的数字信号处理。

本实施例是基于基本方案下的利用时间调制技术在正第一边带上实现方向图综合和无移相器情况下的天线阵列波束扫描控制，并且给出了基于正第一边带波束扫描下接收机***的工作流程，实现了仅仅利用高速射频开关就可以同时综合满足副瓣电平要求的方向图以及波束指向控制和正第一边带上的信号接收和处理。

实施例2：基于时间调制的空间三波束形成以及正负第一边带波束扫描控制

参照图1和图3，本实施例同样采用N＝8元全向性天线阵元构成直线式天线阵列，阵元间距为半个波长。利用正负第一边带以及时间加权实现波束的扫描控制，中心频率处的波束指向不变。相应的接收机***分为三路接收，利用本振频率不同的三个本振源分别将中心频率信号以及正负第一边带信号下变频至中频频率f_I，每一路分别用带通滤波器滤除不需要的频率成分，然后经正交本振，模数转换器等变为数字信号，分别进入相应的处理模块进行数字信号处理。本实施例仍然采用离散Taylor分布在第一边带上综合-20dB副瓣电平的方向图，正第一边带上主波束偏离天线阵列法向20度，相应的负第一边带主波束偏离天线阵列法向-20度。由此得到每个天线阵元在一个时间调制周期内的归一化起始工作时刻以及归一化的持续工作时间与实施例1中的相同，即如图5和图6所示。得到的中心频率上的方向图以及正负第一边带上的方向图如图7所示。图7中的实线为中心频率上的方向图，可以看出其主波束指向天线阵列法向，即θ＝0°，其副瓣电平为-18.3dB。图7中的虚线和点线分别为正第一边带和负第一边带方向图，可以看出其主波束分别指向θ＝20°和θ＝-20°，并且各自方向图的副瓣电平均为-20dB。同时，正负第一边带的辐射功率与中心频率相比仅仅下降了2.1dB。利用如图3所示的接收机***，分别将中心频率和正负第一边带的信号与频率分别为f₀-f_I，f₀+f_p-f_I和f₀-f_p-f_I的本振信号进行混频，利用带通滤波器保留所需要的信号成分，之后经正交本振下变频为I/Q两路信号，利用模数转换器将其转变为数字信号，最后进入各自的处理模块进行相应的数字信号处理。

本实施例是基于改进方案一的利用时间调制技术在正负第一边带上实现方向图综合和无移相器情况下的天线阵列波束扫描控制，并且给出了基于改进方案一的接收机***的工作流程，实现了仅仅利用高速射频开关就可以实现正负第一边带上综合满足副瓣电平要求的方向图以及天线阵列的波束扫描控制，并且在中心频率上具有指向天线阵列法向的波束，实现了利用中心频率和正负第一边带在空间三波束同时工作的情况。利用此方案给出的接收机***，可以同时对中心频率和正负第一边带上的信号进行分路同时处理。

实施例3：基于时间调制的第一边带自适应波束形成

参照图4，本实施例中的接收***主要分为两个部分，即最优权值计算网络和时间加权网络。最优权值计算网络是利用目前已经相当成熟的自适应算法以及数字信号处理技术，对天线阵列接收的阵列数据进行最优权值的计算，并将最优权值转化为控制高速射频开关工作状态的控制信号。时间加权网络类似实施例1和实施例2，即利用时间调制的方式实现时间加权，并且利用第一边带的特殊性质来自适应地形成最优波束。本实施例仍旧采用N＝8元全向性天线阵元构成直线式天线阵列，阵元间距为半个波长。相应的接收机***可采用如图2所示的结构。令期望信号的来波方向为θ＝20°，干扰信号的来波方向为θ＝-20°，信噪比为-30dB，干扰噪声比为40dB，利用最大信干噪比准则计算最优权值并将其转化为控制高速射频开关的控制信号，由此得到的每个天线阵元的归一化起始工作时刻与归一化工作持续时间分别如图8和图9所示。在正第一边带上得到的方向图如图10中的实线所示，可以看出方向图主波束指向θ＝20°，同时在θ＝-20°产生了极深的零点，从而有利于接收期望信号抑制干扰信号。作为对比，图10中给出了在此最优加权下的中心频率处的辐射方向图。与该辐射方向图相比，正第一边带的辐射功率仅仅下降了2.3dB，因此利用时间调制技术可以很方便地在第一边带实现自适应波束形成。利用如图2所示的接收机***，就可以对正第一边带所接收的信号进行后续的处理。

本实施例是基于改进方案二的利用时间调制技术以及自适应算法和数字信号处理技术，在正第一边带上实现自适应波束形成。对空间中同时存在期望信号和干扰源的情况下，能够自适应地计算最优权值，并将其转变为控制高速射频开关的逻辑控制信号，控制每个天线阵元的工作起始时刻和持续工作时间，由此在第一边带上实现自适应的波束形成，使主波束对准期望信号的来波方向，同时在干扰源方向上产生极深的零点。该实施例中的接收机***采用了基本方案中的接收机***，如图2所示，实际应用中可以根据具体的应用要求等改变该结构。

以上，向熟悉本技术领域的人员提供本发明的描述以使他们易于理解与运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员，对这些实施例的各种变更是显而易见的，而无需创造性的劳动。因此，本发明并不仅限定在这里所述的方案，而是与所述的权利要求一致的范围。

Claims (15)

1.基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，它包括收发公用的天线阵元(1)所组成的天线阵列，其中每个天线阵元(1)都接有环流器(2)，低噪声放大器(3)，收发开关(4)以及高速射频开关(5)。低噪声放大器(3)和高速射频开关(5)则构成了该收发公用天线阵列的馈电网络。所述的高速射频开关(5)由CPLD(复杂可编程逻辑器件)电路(6)控制。接收机(7)应包含一个本振频率为f₀+f_p-f_I的稳定本振源(8)，接收的射频信号与本振源(8)产生的本振信号经混频器(9)进行混频处理，输出的中频信号送至带通滤波器(10)后进入中频放大器(12)，中频放大器(12)的放大增益由自动增益控制器(11)进行控制。放大后的中频信号经过正交本振混频为I/Q两路正交信号，经低通滤波器(13)送至模数转换器(14)转换为数字信号，最终进入数字信号处理器(15)进行相关数字信号处理。

2.基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，它包括收发公用的天线阵元(1)所组成的天线阵列，其中每个天线阵元(1)都接有环流器(2)，低噪声放大器(3)，收发开关(4)以及高速射频开关(5)。低噪声放大器(3)和高速射频开关(5)则构成了该收发公用天线阵列的馈电网络。所述的高速射频开关(5)由CPLD(复杂可编程逻辑器件)电路(6)控制。接收机(7)应包含一个一分三的功分器(16)，输出的三路信号各自与三个频率不同的本振信号经混频器(9)下变频为频率为f_I的三路中频信号，三路中频信号经带通滤波器(10)滤波处理后由中频放大器(12)放大，中频放大器(12)的放大增益统一受自动增益控制器(11)的控制。放大后的中频信号经过正交本振混频为I/Q两路正交信号，经低通滤波器(13)送至模数转换器(14)转换为数字信号，负第一边带信号进入负第一边带处理模块(19)处理，中心频率信号进入中心频率处理模块(20)处理，正第一边带信号进入正第一边带处理模块(21)处理。

3.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于所述的天线阵元(1)都接有环流器(2)，低噪声放大器(3)，收发开关(4)。

4.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于所述的天线阵元(1)接有高速射频开关(5)，并且不需要其他移相器件。

5.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于高速射频开关(5)受CPLD(复杂可编程逻辑器件)电路(6)控制。

6.根据权利要求1所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个频率为f₀+f_p-f_I的稳定本振源(8)。

7.根据权利要求1所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个通带位于f_I的带通滤波器。

8.根据权利要求2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个一分三的功分器(16)。

9.根据权利要求2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个本振频率为f₀-f_p-f_I的稳定本振17。

10.根据权利要求2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个本振频率为f₀-f_I的稳定本振18。

11.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个自动增益控制器(11)以及受自动增益控制器(11)控制的中频放大器(12)。

12.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括模数转换器(14)。

13.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括一个数字信号处理器(15)。

14.根据权利要求2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它包括负第一边带处理模块(17)，中心频率处理模块(18)和正第一边带处理模块(19)。

15.根据权利要求1或2所述的基于时间调制的天线阵列相位控制技术及其***，其特征在于它通过控制天线阵元(1)的起始工作时刻和持续工作时间来实现波束扫描控制和方向图综合。

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