CN115102584B - 一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 - Google Patents
一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115102584B CN115102584B CN202210694620.4A CN202210694620A CN115102584B CN 115102584 B CN115102584 B CN 115102584B CN 202210694620 A CN202210694620 A CN 202210694620A CN 115102584 B CN115102584 B CN 115102584B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- wave control
- array
- control unit
- step delay
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 22
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 22
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0408—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more beams, i.e. beam diversity
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
- H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明公开了一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,属于通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域。利用移相器结合大步进的时延器,通过优化后的多波束方向图求和,实现目标方向的相干合成以及非目标方向的副瓣和栅瓣的抑制。本发明实现了阵列宽瞬时带宽大角度扫描状态下的低副瓣辐射方向图,能够有效提升阵列空域滤波和抗干扰能力,特别适合在通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域中的宽带模拟阵列和数字阵列中使用。
Description
技术领域
本发明涉及通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域,特别是指一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置。
背景技术
通信、雷达、电子对抗等相控阵***都有对宽瞬时带宽或宽信号带宽的需求,相控阵本身基于窄带假设,直接用于宽带***会产生波束倾斜、孔径渡越、副瓣抬高等宽带效应,要克服这些效应需要采用时延器代替移相器以实现波束合成。由于时延器无法跨周期使用,因此导致***造价、复杂度和工程实现难度显著增加。
通常采用子阵划分和分级时延的方式来折衷***性能和实现复杂度。并需要选择使用优化布阵、重叠子阵、干扰抵消器、随机化相位、虚拟填充等技术来实现副瓣及栅瓣的抑制。
发明内容
本发明提出的宽带低副瓣阵列波束合成方案,利用移相器结合大步进的时延器,通过优化后的多波束方向图求和,实现目标方向的相干合成以及非目标方向的副瓣和栅瓣的抑制。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,包括N个M通道大步进时延波控单元和一个波束合成单元;M通道大步进时延波控单元的每个波束通道包括衰减器、移相器和大步进时延器;其中M和N均为设定值;
M通道大步进时延波控单元用于从天线及前端接收信号,在内部分为M通道,每个通道的信号依次经衰减器、移相器和大步进时延器后输出,共输出M个波束至波束合成单元;
波束合成单元,用于将N个M通道大步进时延波控单元输出的对应通道波束合成,得到M路波束,再将M路波束进行合成,得到最终的合成波束输出。
其中,大步进时延器的最小步进τstep和最大延时量τmax的计算方式为:
τmax=N d sinθmax/c
式中,c为光速,θB为波束指向角,d为无栅瓣单元间距,θmax为最大扫描角度,α为系数,fc为工作频段中心频率,IBW为工作频段瞬时带宽。
其中,M通道大步进时延波控单元的每个通道中移相器的相位和大步进时延器的时延,计算方式为:
式中,pm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的相位,τm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的时延,Km为第m个波束的虚拟子阵单元数,rm为第m个波束的虚拟位移,lm表示当前n所属于的第lm个虚拟子阵,ps为移相步进,fix代表取整。
其中,波束合成单元的合成方式具体为:
式中,Fm(θ)为对应第m波束通道波束合成结果,F(θ)为最终的合成波束,am(n)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的衰减器幅度。
本发明相较现有的宽带低副瓣波束合成主要有以下优点:
(1)可以应用于模拟阵列和数字阵列,不需要物理上的子阵划分;
(2)通过多波束合成,只需要采用大步进的时延,降低了时延部分的实现难度;
(3)工作模式可以切换,可以满足小角度扫描或低性能大角度扫描的多波束,也可以通过多波束合成满足大角度扫描高性能的单波束。
附图说明
图1是本发明的阵列波束合成方案原理图。
图2是本发明实施例采用的3波束合成方案原理图。
图3是本发明实施例变频20GHz扫描-65°独立波束与和波束对比图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图,对本发明进行详细阐述。
如图1所示,一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,包括N个M通道大步进时延波控单元A和一个波束合成单元B;M通道大步进时延波控单元的每个波束通道包括衰减器、移相器和大步进时延器;其中M和N均为设定值;
M通道大步进时延波控单元用于从天线及前端接收信号,在内部分为M通道,每个通道的信号依次经衰减器、移相器和大步进时延器后输出,共输出M个波束至波束合成单元;
其中,大步进时延器的最小步进τstep和最大延时量τmax的计算方式为:
τmax=Nd sinθmax/c
式中,c为光速,θB为波束指向角,d为无栅瓣单元间距,θmax为最大扫描角度,α为系数,fc为工作频段中心频率,IBW为工作频段瞬时带宽。
M通道大步进时延波控单元的每个通道中移相器的相位和大步进时延器的时延,计算方式为:
式中,pm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的相位,τm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的时延,Km为第m个波束的虚拟子阵单元数,rm为第m个波束的虚拟位移,lm表示当前n所属于的第lm个虚拟子阵,ps为移相步进,fix代表取整。
波束合成单元,用于将N个M通道大步进时延波控单元输出的对应通道波束合成,得到M路波束,再将M路波束进行合成,得到最终的合成波束输出。
波束合成单元的合成方式具体为:
式中,Fm(θ)为对应第m波束通道波束合成结果,F(θ)为最终的合成波束,am(n)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的衰减器幅度。
本实施例依据图2所示,针对射频工作频率为18GHz~20GHz的均匀线阵ULA采用3波束,所需的最大扫描角度为70°,***参数如表1所示。
表1
需要对K(θB)=[K1,K2,K3]和r(θB)=[r1,r2,r3]进行优化,需要波束合成单元输出的带内最差副瓣抑制度>23dBc和宽带边频增益恶化<1dB边频。
优化结果为K(-65°)=[5,7,9],r(-65°)=[2.75,0.72,4.27],三个独立波束20GHz边频扫描-65°时的归一化方向图对比如图3所示,副瓣电平抑制度整体改善了6dB~10dB。
总之,本发明实现了阵列宽瞬时带宽大角度扫描状态下的低副瓣辐射方向图,能够有效提升阵列空域滤波和抗干扰能力,特别适合在通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域中的宽带模拟阵列和数字阵列中使用。
Claims (3)
1.一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,其特征在于,包括N个M通道大步进时延波控单元和一个波束合成单元;M通道大步进时延波控单元的每个波束通道包括衰减器、移相器和大步进时延器;其中M和N均为设定值;
M通道大步进时延波控单元用于从天线及前端接收信号,在内部分为M通道,每个通道的信号依次经衰减器、移相器和大步进时延器后输出,共输出M个波束至波束合成单元;
波束合成单元,用于将N个M通道大步进时延波控单元输出的对应通道波束合成,得到M路波束,再将M路波束进行合成,得到最终的合成波束输出;
其中,大步进时延器的最小步进τstep和最大延时量τmax的计算方式为:
τmax=N d sinθmaxc
式中,c为光速,θB为波束指向角,d为无栅瓣单元间距,θmax为最大扫描角度,α为系数,fc为工作频段中心频率,IBW为工作频段瞬时带宽。
2.根据权利要求1所述的实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,其特征在于,M通道大步进时延波控单元的每个通道中移相器的相位和大步进时延器的时延,计算方式为:
式中,pm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的相位,τm(n,θB)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的时延,Km为第m个波束的虚拟子阵单元数,rm为第m个波束的虚拟位移,lm表示当前n所属于的第lm个虚拟子阵,ps为移相步进,fix代表取整。
3.根据权利要求2所述的实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置,其特征在于,波束合成单元的合成方式具体为:
式中,Fm(θ)为对应第m波束通道波束合成结果,F(θ)为最终的合成波束,am(n)为第n个M通道大步进时延波控单元第m波束通道的衰减器幅度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210694620.4A CN115102584B (zh) | 2022-06-20 | 2022-06-20 | 一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210694620.4A CN115102584B (zh) | 2022-06-20 | 2022-06-20 | 一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115102584A CN115102584A (zh) | 2022-09-23 |
CN115102584B true CN115102584B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=83290387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210694620.4A Active CN115102584B (zh) | 2022-06-20 | 2022-06-20 | 一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115102584B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011179896A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Nec Corp | ビーム合成装置、ビーム合成方法及び円筒アレイ受信システム |
CN110611169A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-24 | 上海交通大学 | 基于周期性相位调制的相控阵天线***及其使用方法 |
CN111464195A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-28 | 东莞信大融合创新研究院 | 一种基于宽带波束形成的超短波数字接收***及方法 |
CN112468243A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-09 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种测距设备零值测量方法及*** |
CN114336055A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-12 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 基于两级时延的宽带两维有源时控阵列 |
-
2022
- 2022-06-20 CN CN202210694620.4A patent/CN115102584B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011179896A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Nec Corp | ビーム合成装置、ビーム合成方法及び円筒アレイ受信システム |
CN110611169A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-24 | 上海交通大学 | 基于周期性相位调制的相控阵天线***及其使用方法 |
CN111464195A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-28 | 东莞信大融合创新研究院 | 一种基于宽带波束形成的超短波数字接收***及方法 |
CN112468243A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-09 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种测距设备零值测量方法及*** |
CN114336055A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-12 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 基于两级时延的宽带两维有源时控阵列 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
相控阵雷达宽带宽扫描角数字化解决方案;丁孝永;黄培康;冯克明;;***工程与电子技术;20100815(08);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115102584A (zh) | 2022-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5414433A (en) | Phased array radar antenna with two-stage time delay units | |
US5592178A (en) | Wideband interference suppressor in a phased array radar | |
US6661375B2 (en) | Beam steering in sub-arrayed antennae | |
WO2002025775A1 (en) | Ultra-wideband multi-beam adaptive antenna | |
US10749258B1 (en) | Antenna system and method for a digitally beam formed intersecting fan beam | |
CN109067439B (zh) | 一种数字多波束阵发射装置采用的测试方法 | |
JP4371124B2 (ja) | アンテナ装置 | |
CN114578337A (zh) | 发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达 | |
Lin et al. | Sidelobe reduction through subarray overlapping for wideband arrays | |
AU2003276259B2 (en) | Common aperture antenna | |
CN110957579B (zh) | 基于mems开关矩阵的可重构重叠子阵天线 | |
CN112072309B (zh) | 一种步进补偿低成本相控阵天线架构及其设计方法 | |
US11506750B2 (en) | Time division multiplexed monopulse AESA comparator network | |
CN115102584B (zh) | 一种实现宽带低副瓣的阵列波束合成装置 | |
JP2010068482A (ja) | アレイアンテナ装置 | |
JPH05107335A (ja) | アクテイブフエーズドアレイレーダ空中線装置 | |
IL288430B1 (en) | Electronically driven antenna that receives multiple beams | |
Holzman et al. | A comparison of active phased array, corporate beamforming architectures | |
KR20050066543A (ko) | 성형 반사판을 이용한 오프셋 하이브리드 안테나 | |
KR102631079B1 (ko) | 능동위상배열 레이더 시스템의 공간 급전 방법 및 능동위상배열 레이더 시스템의 공간 급전 장치 | |
KR102465365B1 (ko) | 보조 채널 없이 부엽 차단 기능을 갖는 위상 배열 안테나 시스템 | |
US20220229172A1 (en) | Active antenna radar with extended angular coverage | |
US11462838B2 (en) | Tapering for MIMO | |
CN114361814B (zh) | 一种含旁瓣抑制波束的相控阵天线、***及其使用方法 | |
JP2993510B2 (ja) | フェーズドアレイアンテナ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |