CN112088466B - 有源相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

多个接收模块(1a、1b)从多个天线(2a、2b)分别接收信号。合成器(3)将多个接收模块(1a、1b)的输出信号合成。多个接收模块(1a、1b)各自具有：第1采样保持电路(7a、7b)，对接收到的信号进行采样保持；第2采样保持电路(8a、8b)，对第1采样保持电路(7a、7b)的输出信号进行采样保持；以及控制部(9a、9b)，对第1采样保持电路(7a、7b)采样保持信号的定时进行控制。按每个接收模块(1a、1b)设定第1采样保持电路(7a、7b)的动作定时，第2采样保持电路(8a、8b)的动作定时在多个接收模块(1a、1b)中相同。

Description

有源相控阵天线
技术领域
本发明涉及通过多个天线来接收电磁波的有源相控阵天线。
背景技术
相控阵天线通过控制从多个天线接收的无线频率(RF)的信号的相位能够实现电波射束的电子扫描。将在天线与相位器之间夹着放大电路那样的有源电路的结构称为有源相控阵天线。有源相控阵天线利用相位器来控制从各天线接收到的接收信号的相位，并通过合成器进行合成。
为了利用相控阵天线来控制接收信号的相位，实际上需要控制接收信号的群延迟。若是不具有频带的线谱的信号，则相位差与群延迟差完全一致。然而，若信号的频带宽广，则虽然频带中央的信号向所设定的方向准确地辐射射束，但频带端的信号会在辐射角产生误差。该影响在大孔径(large aperture)的天线或者频带宽广的信号的情况下显著。为了解决该问题，提出了一种对AD转换器以及DA转换器的采样时钟赋予延迟时间差的技术(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利第4533572号公报
在现有技术中，利用数字运算来合成接收信号。在由相位控制引起的误差显著的天线孔径大的情况下，由于天线也变多，所以传输数字信号的总线的数量非常多。因此，存在从基板设计上的制约或者进行数字运算的IC的端子数的点考虑无法实现的情况。另外，在信号的频带宽广的情况下，由于AD转换器的奈奎斯特频率变高，所以数据的传输速度变高，存在因进行数字运算的IC的处理能力的问题而无法实现的情况。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，获得不进行数字合成运算处理就能够控制延迟时间的有源相控阵天线。
本发明所涉及的有源相控阵天线具备：多个天线；多个接收模块，从上述多个天线分别接收信号；以及合成器，将上述多个接收模块的输出信号合成，上述多个接收模块各自具有：第1采样保持电路，对接收到的信号进行采样保持；第2采样保持电路，对上述第1采样保持电路的输出信号进行采样保持；以及控制部，对上述第1采样保持电路采样保持上述信号的定时进行控制，上述多个接收模块的上述第2采样保持电路在相同的定时进行动作。
在本发明中，按每个接收模块设定对接收到的信号进行采样保持的第1采样保持电路的动作定时，使对第1采样保持电路的输出信号进行采样保持的第2采样保持电路的动作定时在多个接收模块中相同，将多个接收模块的输出信号合成。由此，不进行数字合成运算处理就能够控制延迟时间。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的有源相控阵天线的框图。
图2是表示实施方式1所涉及的采样保持电路的框图。
图3是表示接收模块的动作定时的图。
图4是表示接收模块的动作定时的图。
图5是表示合成器的输出信号的图。
图6是表示实施方式2所涉及的有源相控阵天线的框图。
图7是表示FIR滤波器的框图。
图8是表示FIR滤波器的动作的时间图。
具体实施方式
参照附图对实施方式所涉及的有源相控阵天线进行说明。对相同或者对应的构成要素标注相同的附图标记，存在省略重复的说明的情况。
实施方式1.
图1是表示实施方式1所涉及的有源相控阵天线的框图。多个接收模块1a、1b从多个天线2a、2b分别接收信号。合成器3将多个接收模块1a、1b的输出信号合成。AD转换器4将由合成器3合成后的信号转换成数字数据。
接收模块1a具有低噪声放大器5a、频率转换部6a、第1采样保持电路7a、第2采样保持电路8a以及移相器9a。低噪声放大器5a对从对应的天线2a接收到的信号的功率进行放大。频率转换部6a将放大后的信号的频率从载波频带转换为可AD转换的频带。第1采样保持电路7a根据输入时钟来对频率转换过的信号进行采样保持。第2采样保持电路8a对第1采样保持电路7a的输出信号进行采样保持。移相器9a对第1采样保持电路7a采样保持信号的定时进行控制。
同样，接收模块1b具有低噪声放大器5b、频率转换部6b、第1采样保持电路7b、第2采样保持电路8b以及移相器9b。各结构的功能与接收模块1a同样。
局部振荡器LO产生频率转换部6a、6b的用于频率转换的本振信号(loacloscillation signal)。移相器9a、9b的移相量小于±90°。采样时钟源SCLK生成驱动第1采样保持电路7a、7b以及第2采样保持电路8a、8b的采样时钟。其中，第1采样保持电路7a、7b的动作定时由移相器9a、9b按每个接收模块1a、1b设定，但第2采样保持电路8a、8b的动作定时在多个接收模块1a、1b中是相同的定时。
图2是表示实施方式1所涉及的采样保持电路的框图。第1采样保持电路7a、7b以及第2采样保持电路8a、8b各自具有开关10、11、电容12、13、电压跟随器14、15。被输入的电压通过开关10的短路来采样，并通过开关10的开放而保持于电容12。所保持的电压经由以与开关10相反的极性进行动作的开关11和电压跟随器14被采样保持于电容13，并经由电压跟随器15被输出。
接着，对本实施方式所涉及的有源相控阵天线的动作进行说明。图3以及图4是表示接收模块的动作定时的图。图3表示接收模块1a的动作定时，图4表示接收模块1b的动作定时。图5是表示合成器的输出信号的图。
从外部辐射并传播来的信号电磁波被天线2a、2b分别传递至接收模块1a、1b。在模块内放大以及频率转换后的信号被输入至第1采样保持电路7a、7b。
从采样时钟源SCLK供给周期Ts的采样时钟。移相器9a、9b移动(shift)该采样时钟的相位。第1采样保持电路7a、7b在从移相器9a、9b输出的采样时钟的上升沿采样信号的电压，并维持0次保持波形直至下一上升沿为止。控制电路16以在合成后获得所希望的天线面的方式按每个模块设定移相器9a、9b的移相量。这里，移相器9a的移相量为0°，移相器9b的相位量为Φ°。该情况下，第1采样保持电路7b在相对于第1采样保持电路7a延迟了Td＝Ts·Φ/360的定时进行信号的采样保持。
第2采样保持电路8a、8b在采样时钟的下降沿采样保持第1采样保持电路7a、7b的输出信号。合成器3将多个接收模块1a、1b的第2采样保持电路8a、8b的输出信号相加合成。AD转换器4将合成器3的输出信号转换成数字信号。
如上述那样，第1采样保持电路7b在比第1采样保持电路7a延迟了Td的定时进行采样保持。因此，若利用合成器3将接收模块1a、1b的输出信号合成，则相当于接收模块1a相对于接收模块1b使信号延迟了Td。
如以上说明那样，在本实施方式中，按每个接收模块1a、1b设定对接收到的信号进行采样保持的第1采样保持电路7a、7b的动作定时，使对第1采样保持电路7a、7b的输出信号进行采样保持的第2采样保持电路8a、8b的动作定时在多个接收模块1a、1b中相同，将多个接收模块1a、1b的输出信号合成。由此，不进行数字合成运算处理就能够控制延迟时间。因此，不需要设置大量的信号总线配线，能够获得低消耗电力且轻型紧凑的有源相控阵天线。该有源相控阵天线在天线孔径大且信号的频带宽广的情况下也能够实现。
另外，通过设定对第1采样保持电路7a、7b的采样时钟的相位进行移动的移相器9a、9b的移相量，能够容易地控制第1采样保持电路7a、7b的动作定时。
实施方式2.
图6是表示实施方式2所涉及的有源相控阵天线的框图。在本实施方式中，第1采样保持电路7a、7b直接采样保持载波频带的信号，同时进行频率转换与采样保持。FIR滤波器17a、17b分别是对第1采样保持电路7a、7b的输出信号的采样速率进行速率转换的速率转换部，一边降低采样速率一边保持移相的线形性不变地除去无用信号。
移相器9a、9b切换本振信号的相位，分别生成第1采样保持电路7a、7b的采样时钟。由于本振信号相对于信号带宽是非常高的频率，所以通过转换成必要且充分的采样速率，能够使后续的电路处理容易。另外，移相器9a、9b还起到用于第1采样保持电路7a、7b的频率转换的局部振荡器的作用。分频器18a、18b将本振信号分频成与FIR滤波器17a、17b相同的速率而生成第2采样保持电路8a、8b的共通的采样时钟。
图7是表示FIR滤波器的框图。该FIR滤波器是4抽头(tap)的移动平均滤波器。多个采样保持电路19a～19d对输入信号进行采样保持。加法器20将多个采样保持电路19a～19d的输出信号相加。采样保持电路21采样保持加法器20的输出信号。时钟控制电路22生成对采样保持电路19a～19d、21进行驱动的采样时钟。
图8是表示FIR滤波器的动作的时间图。从时钟控制电路输出5个本振信号的时钟的4倍的周期的占空比25％的信号。采样保持电路19a～19d分别在不同的4个定时采样保持输入信号。若全部4个采样保持电路19a～19d完成采样保持，则采样保持电路21输出加法器20的输出信号。由于4个定时的采样保持数据被相加，所以输出结果成为移动平均，成为低通特性的FIR滤波器。另外，同时采样速率被速率转换成原速率的1/4。
接着，对本实施方式的有源相控阵天线的动作进行说明。从外部辐射并传播来的信号电磁波被天线2a、2b分别传递至接收模块1a、1b。在模块内放大后的信号被输入至第1采样保持电路7a、7b。第1采样保持电路7a、7b基于由移相器9a、9b将本振信号移动后的采样时钟来进行采样保持，同时还进行频率转换。此时，若移相器9a的移相量为0°、移相器9b的相位量为Φ°，则第1采样保持电路7b在相对于第1采样保持电路7a延迟了Td＝Ts·Φ/360的定时进行信号的采样保持。第1采样保持电路7a、7b的输出信号被第2采样保持电路8a、8b在采样时钟的下降定时采样保持并输出。
与实施方式1同样，第1采样保持电路7b在比第1采样保持电路7a延迟了Td的定时进行采样保持。因此，若利用合成器3将接收模块1a、1b的输出信号合成，则相当于接收模块1a相对于接收模块1b使信号延迟了Td。因此，不进行数字合成运算处理就能够控制延迟时间。
在本实施方式中，第1采样保持电路7a、7b进行信号的频率转换与采样保持，FIR滤波器17a、17b对第1采样保持电路7a、7b的输出信号的采样速率进行速率转换。由此，由于不需要频率转换部6a、6b以及采样时钟源SCLK的信号线，所以能够实现更小型的有源相控阵天线。另外，FIR滤波器17a、17b能够一边对采样速率进行速率转换一边除去无用信号。
附图标记说明：
1a、1b…接收模块；2a、2b…天线；3…合成器；7a、7b…第1采样保持电路；8a、8b…第2采样保持电路；9a、9b…移相器(控制部)；17a、17b…FIR滤波器(速率转换部)。

Claims (4)

1.一种有源相控阵天线，其特征在于，具备：
多个天线；
多个接收模块，从所述多个天线分别接收信号；以及
合成器，将所述多个接收模块的输出信号合成，
所述多个接收模块各自具有：
第1采样保持电路，对接收到的信号进行采样保持；
第2采样保持电路，对所述第1采样保持电路的模拟输出信号进行采样保持；以及
控制部，对所述第1采样保持电路采样保持所述信号的定时进行控制，
所述控制部按所述多个接收模块的每个设定所述第1采样保持电路的动作定时，所述第2采样保持电路的动作定时在所述多个接收模块的每个中相同。
2.根据权利要求1所述的有源相控阵天线，其特征在于，
所述控制部具有移相器，该移相器移动所述第1采样保持电路的采样时钟的相位。
3.根据权利要求1或2所述的有源相控阵天线，其特征在于，
所述第1采样保持电路进行所述信号的频率转换与采样保持，
所述接收模块还具有速率转换部，该速率转换部对所述第1采样保持电路的输出信号的采样速率进行速率转换。
4.根据权利要求3所述的有源相控阵天线，其特征在于，
所述速率转换部具有FIR滤波器。
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