本实用新型涉及技术射频仿真领域，尤其涉及一种射频仿真系统及其球面阵列天线模块。
背景技术：
随着雷达技术越来越多应用在工业领域、民用产品对空间3D目标探测有了更大需求，例如对无人机及短距离空间传感器等领域有着更为广泛的应用。现有技术中，一般采用射频仿真系统在室内环形下形成电磁目标模拟，进而对该种类型的传感器进行测试。
然而，现有的射频仿真系统多用在国防和电子装备研发机构中，造价和维护成本较高，不适于民用。并且，现有的射频仿真系统的拓扑结构多采用线条式或方形, 其在空间内覆盖的仿真角度狭窄，仿真精度较低，且在支持多目标仿真时较为困难。
技术实现要素：
本实用新型为解决上述技术问题提供一种射频仿真系统及其球面阵列天线模块，其拓扑结构简单、可以在有效的空间内覆盖更宽的仿真角度，提高测试系统的仿真精度，且能够容易、快速地支持多目标仿真。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种球面阵列天线模块，包括：呈球面状的安装面；以及装配于所述安装面的一个以上的阵列天线；所述阵列天线包括多个双极化天线单元，所述阵列天线中的双极化天线单元均匀分布并呈八边形拓扑结构。
进一步地，装配于所述安装面的阵列天线设置为两个以上，各所述阵列天线的频段相互独立，各所述阵列天线均包括多个双极化天线单元，各所述阵列天线中的双极化天线单元均为均匀分布并呈八边形拓扑结构；其中，不同所述阵列天线中双极化天线单元对应所形成的各八边形拓扑结构中心相同或者接近地嵌套在一起。
进一步地，不同所述阵列天线中的双极化天线单元对应所形成的各八边形拓扑结构以相同或者接近的中心且各边相互平行的嵌套在一起。
进一步地，频段越高的所述阵列天线中的双极化天线单元所形成的八边形拓扑结构的密集程度越高。
进一步地，根据频段的不同，不同所述阵列天线中的双极化天线单元对应所形成的各八边形拓扑结构所占据的大小不同。
进一步地，所述阵列天线共设置为M个，M≥2，对应频段从高到低的各所述阵列天线中双极化天线单元之间的单元间距分别为D、2D…MD，D的单位为mrad。
为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种射频仿真系统，包括如上述任一实施例所述的球面阵列天线模块，还包括控制模块和驱动模块；所述驱动模块包括与所述球面阵列天线中阵列天线数量相同的射频单元，每个所述阵列天线分别通过一个所述射频单元进行驱动；每个所述射频单元包括与相应所述阵列天线中双极化天线单元数量相同的射频链路和一个以上功率分配网络，各所述功率分配网络包括与相应所述阵列天线中双极化天线单元数量相同的功率分配口；每个所述射频链路包括一个第一开关和两个第二开关，所述第一开关具有一个动端和与所述功率分配网络数量相同的不动端，所述第二开关具有一个动端和至少一个不动端；同一所述射频链路中，所述第一开关的动端与所述第二开关的动端连接，一所述第二开关的一不动端与所述双极化天线单元的垂直极化连接，另一所述第二开关的一不动端与所述双极化天线单元的水平极化连接，所述第一开关的各不动端分别与各所述功率分配网络中的一功率分配口连接；所述控制模块分别连接不同所述射频链路中的各所述第一开关和各所述第二开关，进而控制相应链路导通实现目标仿真。
进一步地，同一所述射频单元中，所述功率分配网络为两个以上。
进一步地，同一所述射频链路中，一所述第二开关与所述双极化天线单元的垂直极化之间依次设置有衰减器、移相器及放大器，另一所述第二开关与所述双极化天线单元的水平极化之间也依次设置有衰减器、移相器及放大器；所述控制模块分别与各所述衰减器、各所述移相器及各所述放大器连接。
进一步地，同一所述射频链路中，所述第一开关与所述第二开关之间设置有一分二功分器，所述一分二功分器的输入端与所述第一开关的动端连接，所述一分二功分器的两个输出端分别与一所述第二开关的动端连接；各所述第二开关具有两个不动端，同一射频链路中，各所述第二开关的一不动端与所述双极化天线单元的一极化连接、另一不动端连接负载；同一所述射频链路中，各所述放大器与所述双极化天线单元的一极化之间均设置有一与所述控制模块连接的第三开关，所述第三开关具有一动端和两个不动端，所述第三开关的动端与所述放大器连接，所述第三开关的一不动端与所述双极化天线单元的一极化连接、另一不动端连接负载。
本实用新型的射频仿真系统及其球面阵列天线模块，具有如下有益效果：
球面阵列天线模块通过采用八边形拓扑结构,其拓扑结构简单、可以在有效的空间内覆盖更宽的仿真角度，提高测试系统的仿真精度；
通过改进的射频架构支持高效率多通道目标仿真，并方便扩展；
并且，由于改进型系统架构可以使用更单一的市场上射频器件产品, 降低了定制化器件的依赖性,使得系统更容易维护和更好的成本。
附图说明
图1是本实用新型射频仿真设备的系统结构图。
图2是图1所示射频仿真设备的射频仿真系统中球面阵列天线模块具备高频、中频及低频阵列天线的分布平面示意图。
图3是从图2所示球面阵列天线模块中剥离而出的高频段阵列天线的分布平面示意图。
图4是从图2所示球面阵列天线模块中剥离而出的中频段阵列天线的分布平面示意图。
图5是从图2所示球面阵列天线模块中剥离而出的低频段阵列天线的分布平面示意图。
图6是图1所示射频仿真设备的射频仿真系统中驱动模块的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供一种射频仿真设备，其包括射频仿系统、用于安装待测物的接收系统1以及用于对向地安装射频仿真系统及接收系统1的暗室2。其中，射频仿系统形成等效辐射体，辐射体能量通过暗室2内的自由空间抵达待测物，待测物从而判断辐射体的空间姿态信息等。
在一具体实施例中，该该射频仿真系统包括控制模块（图未示）、驱动模块（图未示）以及球面阵列天线模块3。控制模块根据外部输入参数控制驱动模块驱动球面阵列天线模块3相应天线单元工作以仿真目标。
具体的，该球面阵列天线模块3包括呈球面状的安装面（图未示）以及装配于该安装面上的一个以上的阵列天线（图未示）。各阵列天线包括多个双极化天线单元30，阵列天线中的双极化天线单元30均匀分布并呈八边形拓扑结构。其拓扑结构简单、可以在有效的空间内覆盖更宽的仿真角度，提高测试系统的仿真精度，且能够容易、快速地支持多目标仿真。阵列天线设置为一个时，能够在一个单独的频段内支持多目标仿真，足以满足用户的单一、基本的测试需求。图3至图5示意了几种不同频段的阵列天线单独的分布及拓扑结构。
在一较佳实施例中，可结合图2至图5参阅，装配于安装面的阵列天线设置为两个以上。其中，各阵列天线的频段相互独立，各阵列天线均包括多个双极化天线单元30，各阵列天线中的双极化天线单元30均为均匀分布并呈八边形拓扑结构；其中，不同阵列天线中双极化天线单元30对应所形成的各八边形拓扑结构中心相同或者接近地嵌套在一起。采用这样的结构设置，可以满足用户更多、更复杂的仿真测试需求。
继续参阅图2，不同阵列天线中的双极化天线单元30对应所形成的各八边形拓扑结构以相同或者接近的中心且各边相互平行的嵌套在一起。
继续结合图3至图5参阅，频段越高的阵列天线中的双极化天线单元30所形成的八边形拓扑结构的密集程度越高。另外，根据频段的不同，不同阵列天线中的双极化天线单元30对应所形成的各八边形拓扑结构所占据的大小通常有所不同，当然，不计较成本时，可以将各频段阵列天线中双极化天线单元30所对应的各八边形拓扑结构所占据的大小设置为相同。
在一具体实施例中，继续参阅图2，随着各阵列天线的频段的提高，可以将频段较高的阵列天线中的双极化天线单元30对应所形成的八边形拓扑结构所占据的大小设置为越小，以在满足基本仿真测试需求的前提下，降低成本。
在一具体实施例中，阵列天线共可以设置为M个，M≥2。对应频段从高到低的各阵列天线中双极化天线单元30之间的单元间距分别为D、2D…MD，D的单位为mrad。
本实用新型举例将阵列天线设置为三个，其频段分别为高频、中频和低频，其中，高频、中频和低频在本实用新型中是相对而言的，仅是按照频段相对的高低来命名以便于描述。举例而言，高频阵列天线可以设置为34-37GHz，中频阵列天线可以设置为2-18GHz，以及低频阵列天线可以设置为0.4-2GHz。相应地，该高频阵列天线中相邻双极化天线单元30之间的单元间距为22.5mrad，该中频阵列天线中相邻双极化天线单元30之间的单元间距为45mrad，该低频阵列天线中相邻双极化天线单元30之间的单元间距为90mrad。在此基础上，举例可以将高频阵列天线中的相邻双极化天线单元30设置为592个，可以将中频阵列天线中的相邻双极化天线单元30设置为560个，可以将低频阵列天线中的相邻双极化天线单元30设置为136个，当然，还可以是其他数量，此处仅是示例性描述。
其中，该高频阵列天线的目标角度模拟仿真范围可以为：水平AZ（方位角）=30°（即-15°～+15°），垂直EL（俯仰角）=30°（即-15°～+15°）；该中频阵列天线的目标角度模拟仿真范围为：水平AZ = 60°（即-30°～+30°），垂直EL=60°（即-30°～+30°）；该低频阵列天线的目标角度模拟仿真范围为：水平AZ=60°（即-30°～+30°），垂直EL=60°（即-30°～+30°）。
其中，高频阵列天线的目标位置精度为±0.32°；中频阵列天线的目标位置精度为±0.16°；低频阵列天线的目标位置精度为±0.1°。
在一具体实施例中，驱动模块包括多个射频单元，射频单元的数量与球面阵列天线模块3中阵列天线的数量相同，每个阵列天线通过一个射频单元进行驱动。具体而言：
具体如图6所示，每个射频单元包括与相应阵列天线中双极化天线单元30数量相同的射频链路31和一个以上功率分配网络32，各功率分配网络32包括与相应阵列天线中双极化天线单元30数量相同的功率分配口。假设各阵列天线中双极化天线单元30数量为N，那么，射频链路31数量为N，功率分配网络32中功率分配口也为N。
每个射频链路31均包括一个第一开关311和两个第二开关312，第一开关311具有一个动端和与功率分配网络32数量相同的不动端，第二开关312具有一个动端和至少一个不动端。
同一射频链路31中，第一开关311的动端与第二开关312的动端连接，一第二开关312的一不动端与双极化天线单元30的垂直极化连接，另一第二开关312的一不动端与双极化天线单元30的水平极化连接，第一开关311的各不动端分别与各功率分配网络32中的一功率分配口连接进而根据功率分配网络32的数量实现至少一个通道。
控制模块分别连接不同射频链路31中的各第一开关311和各第二开关312的，进而控制相应链路导通实现目标仿真。
较佳的，同一射频链路31中，一第二开关312与双极化天线单元30的垂直极化之间依次设置有衰减器313、移相器314及放大器315，另一第二开关312与双极化天线单元30的水平极化之间也依次设置有衰减器313、移相器314及放大器315；控制模块分别与各衰减器313、各移相器314及各放大器315连接。射频信号依次经衰减器313、移相器314及放大器315后从双极化天线单元30发射，以综合完成需求能量及幅值相位的输出。
较佳的，同一射频链路31中，第一开关311与第二开关312之间设置有一分二功分器316，一分二功分器316的输入端与第一开关311的动端连接，一分二功分器316的两个输出端分别与一第二开关312的动端连接。
进一步地，各第二开关312具有两个不动端，同一射频链路31中，各第二开关312的一不动端与双极化天线单元30的一极化连接、另一不动端连接负载317。通过将各第二开关312的一不动端切换至负载317，可以在相应射频链路31不接通时消耗一分二功分器316输出的能量进而保护该一分二功分器316。
较佳的，同一射频链路31中，各放大器315与双极化天线单元30的一极化之间均设置有一与控制模块连接的第三开关319。该第三开关319具有一动端和两个不动端，第三开关319的动端与放大器315连接，第三开关319的一不动端与双极化天线单元30的一极化连接、另一不动端连接负载318。该射频仿真系统的任意工作时刻，其实双极化天线单元30中只有一个极化在工作，进而通过在相应双极化天线单元30的某一极化或两个极化不工作时，通过使第三开关319切换到负载318上，能够吸收空间或电路上耦合回来的交叉极化射频能量，从而使得该交叉极化射频能量不会再次反射出去干扰射频仿真系统工作。
上述实施例中，同一射频单元中，功率分配网络32可以仅设置为一个，实现单通道目标仿真。其中，当仿真目标所需要激活的双极化天线单元30完全不同时，可以同时进行单通道多目标仿真。要实现单通道一个以上目标仿真时，相应第一开关311的一不动端分别与功率分配网络32中相应的一功率分配口连接使链路导通。
更优地，同一射频单元中，功率分配网络32为两个以上，以实现双通道以上的目标仿真。其中，当仿真目标所需要激活的双极化天线单元30完全不同时，可以同时进行多通道多目标仿真。要实现双通道以上一个以上目标仿真时，相应第一开关311的一不动端分别与不同通道对应的功率分配网络32中相应的一功率分配口连接使链路导通。
本实用新型举例可以将同一射频单元中的功率分配网络32设置为四个，实现四通道目标仿真。当然，可以相应调整同一射频单元中功率分配网络32的数量，并同步对第一开关311的不动端的数量进行调整，进而实现通道扩展，进而遵循上述连接结构可以实现其他任意数量通道目标仿真。例如，在四通道时，第一开关311为单刀四掷开关。上述实施例中，第二开关312及第三开关319均设置为单刀双掷开关。
该射频仿真系统的工作原理简要如下：
通过系统自带的仿真程序来制定仿真模式（例如极化模式，运动轨迹和目标速度等信息）；
启动仿真；
仿真程序驱动射频仿真系统，首先根据目标数量和频率来选择通道；
例如当前目标点是（T1，P1）水平和俯仰角度，仿真程序计算出对应的天线激活单元。
其中，天线激活单元有A，B，C相邻三个天线，天线的能量来自后部的驱动模块。仿真程序只激活当前ABC链路的通路，并拨通开关，将其它通路切换到射频负载状态；仿真程序根据当前需要的仿真位置及轨迹计算ABC链路要输出的能量值，该射频通路通过调节数字衰减器313（和调用校准数据（该校准数据通常存储于存储介质上、用于排除射频仿真系统误差的先验测试结果，这些存储介质可以设置于射频单元中，也可以直接从外部设备上读取等））完成需求能量的输出。而在多目标状态时，不同的通道将打通不同的ABC通路，通路随目标轨迹随时间切换以满足运动姿态需求。
本实用新型还提供一种射频仿真系统。对于该射频仿真系统的描述请参阅前文，此处不再一一赘述。
本实用新型还提供一种球面阵列天线模块。对于该球面阵列天线模块3的描述请参阅前文，此处不再一一赘述。
本实用新型的射频仿真系统及其球面阵列天线模块，具有如下有益效果：
球面阵列天线模块3通过采用八边形拓扑结构,其拓扑结构简单、可以在有效的空间内覆盖更宽的仿真角度，提高测试系统的仿真精度；
通过改进的射频架构支持高效率多通道目标仿真，并方便扩展；
并且，由于改进型系统架构可以使用更单一的市场上射频器件产品, 降低了定制化器件的依赖性,使得系统更容易维护和更好的成本。
以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。