专利名称：一种电阻相移波束形成器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种应用运算放大器实现的电阻相移波束形成器。
背景技术：
在水声信号的接收及处理中，为了能对水中目标进行高精度的分辨，同时提高信噪比，波束形成系统占有非常重要的地位。在军事上，波束形成器可用在所有需要一定指向性的声纳设备中，如猎、扫雷声纳和其它图象声纳等。目前，国内外使用的电阻相移预成波束形成器采用的是传统的电阻相移多波束形成器。它在设计时除了要计算正弦、余弦加权电阻外，还要考虑匹配电阻、特征电阻及负载电阻；在计算加权电阻遇到电阻为负值时，必须利用次级有中心抽头接地的互感线圈，将输入分为同相和反相两种信号再分别相加。这种方法实现的波束形成器的缺点是，其电路设计变得复杂，而带有电感线圈使电路的可靠性变差。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服传统的电阻相移多波束形成器存在的电路复杂、设计复杂和可靠性差的缺点，提供一种电路设计简单、灵活，工作稳定可靠，且易于小型化和集成的电阻相移波束形成器。该波束形成器可形成远场波束，也可形成近场的聚焦波束。
本实用新型的构成主要是运算放大器实现的余弦移相加权求和电路[1]、运算放大器实现的正弦移相加权求和电路[2]、+45°移相电路[3]和-45°移相电路[4]、加法求和电路[5]。其中电路[1]和[2]的作用是分别实现计算公式中余弦和正弦移相加权求和运算；电路[3]和[4]的作用是实现余弦移相加权和正弦移相加权之间的90°相位差的计算，采用±45°移相电路[3]、[4]的目的是使90°移相电路结构平衡；电路[5]的功能是将声基阵[6]的各个基元x1(t)、x2(t)、……、xN(t)接收到的信号进行移相、加权后进行求和运算。而余弦移相加权求和电路[1]由运算放大器[7]、[8]、[11]组成，正弦移相加权求和电路[2]由运算放大器[9]、[10]、[12]组成。其中运算放大器[7]、[8]、[9]、[10]是反向比例加法器，而180°移相减法运算放大器[11]和[12]是用来解决加权电阻出现负值的问题；当计算出的电阻为正值时，电阻分别接在余弦移相加权求和电路[1]和正弦移相加权求和电路[2]的运算放大器[7]和[8]；当计算出的电阻值为负值时，电阻分别接在余弦移相加权求和电路[1]和正弦移相加权求和电路[2]的运算放大器[9]和[10]上。近场情况下，本实用新型用7只运算放大器即可形成一个预成波束(见附图2)；而在远场情况下，本实用新型可以用7只运算放大器形成一个预成波束，也可以用8只运放、9只运放或10只运放等同时形成两个预成波束(见附图3、4、5)。
综上所述，本实用新型的电路设计中由于使用了运算放大器，使该波束形成器具备的优点是不需计算匹配电阻、特征电阻及负载电阻，且可以将移相、幅度加权及近场聚焦一并考虑，从而使电路变得十分简单，电路设计也十分方便、灵活，可实现任意方向的波束；在远场的条件下，电路的实现形式非常灵活，多种电路形式均可实现和完成设计功能；另外，电路中不含变压器和电感线圈，使之更加稳定可靠，且易于小型化和集成。因此，本实用新型可用于对称阵形的多元阵，包括等间距或不等间距直线阵及其它任意形状的多元阵的波束形成。
图1一种电阻相移波束形成器的原理框图图2一种电阻相移波束形成器的原理电路图图3一种电阻相移波束形成器的最佳形式I的原理电路图图4一种电阻相移波束形成器的最佳形式II的原理电路图图5一种电阻相移波束形成器的一般形式的原理电路图具体实施方式
本实用新型的电路最佳实现形式I(见附图3)，在远场接收信号的场合，电路可得到简化，因为与基阵[6]法线方向左右夹角相同的波束，加权电阻数值上完全相同，只是正弦移相加权电阻符号相反。将附图2中的±45°移相电路[3]和[4]对换，便得到与基阵[6]法线方向夹角相同的对称波束。由此，只需增加两个与[3]和[4]相同的±45°移相电路[3’]、[4’]和一只加法求和电路[5’]，最终利用一组加权电阻和8只运算放大器可同时形成两个预成波束。
本实用新型的电路最佳实现形式II(见附图4)，在远场接收信号的场合，根据本实用新型最佳实现形式I的原理，可进行另一种简化。在附图2的电路中增加一个180°移相减法运算放大器[12’]一个-45°移相电路[4’]和一个加法求和电路[5’]，其它电路不变。这样，利用一组加权电阻和9只运算放大器也可以同时形成两个预成波束。
本实用新型的电路一般实现形式(见附图5)，在远场接收信号的场合，可在附图2的电路中增加两个180°移相加法运算放大器[11’]和[12’]、一对±45°移相电路[3’]和[4’]和一个加法求和电路[5’]，其它电路保持不变。这样，利用一组加权电阻和10只运算放大器可以同时形成两个预成波束。
本实用新型电路中所采用的运算放大器可以自行设计，也可以选用OP37型号，其放大器的增益带宽积为40MHz、共模抑制比为120。
本实用新型的电路设计利用了运算放大器的反向比例加法电路、减法电路和±45°移相电路，实现了波束形成器必须的移相、加权及求和运算，使该波束形成器的电路设计变得简单、灵活，实现形式多样，并易于小型化和集成，它可以实现任意指向的近场或远场波束。
权利要求1.一种电阻相移波束形成器，其特征在于它包括由运放构成的余弦移相加权求和电路[1]和正弦移相加权求和电路[2]，+45°移相电路[3]、-45°移相电路[4]、加法求和电路[5]；而余弦和正弦移相加权求和电路[1]和[2]分别接收声基阵[6]的信号，其输出信号再分别经±45°移相电路[3]和[4]移相后，它们的输出信号都输入到加法求和电路[5]。
2.如权利要求1所述的电阻相移波束形成器，其特征在于分别组成余弦和正弦移相加权求和电路[1]和[2]的运算放大器[7]、[8]、[9]、[10]是反相比例放大器，而运算放大器[11]是180°移相减法器。
3.如权利要求1、2所述的电阻相移波束形成器，其特征在于在远场接收信号的场合，其运算放大器[11]、[12]可以是2只、3只或4只；±45°移相电路[3]和[4]也分别增加为1个或2个，加法求和电路[5]也变为两个，因此使该波束形成器可用7只运算放大器，也可用8只、9只或10只运算放大器组成。
专利摘要本实用新型是一种用运算放大器构成的、可实现加权及近场聚焦的电阻相移波束形成器，它包括由运算放大器构成的余弦移相加权求和电路[1]和正弦移相加权求和电路[2]，+45°移相电路[3]、－45°移相电路[4]、加法求和电路[5]。实现了波束形成器必须的移相、加权及求和运算，使电路设计变得简单灵活和实现形式多样；而电路中无常规实现方法中使用的变压器和电感线圈，使之更加稳定可靠，且易于小型化和集成。本实用新型可用于对称阵形的多元阵，包括等间距或不等间距直线阵及其它任意形状的多元阵的波束形成。
文档编号G01S15/00GK2653522SQ0320791
公开日2004年11月3日 申请日期2003年8月25日 优先权日2003年8月25日
发明者樊世斌, 卢逢春, 田坦, 刘国枝, 吕云飞, 张殿伦, 孙大军 申请人:哈尔滨工程大学