33] 在矢量乘法模块中，射频信号先经正交功分器分成I、Q两路信号，I、Q两路信号传 输到矢量乘法器的两个输入端口，矢量乘法器根据控制模块发出的控制信号在复数域中对 射频信号进行调幅与调相，最后输出一路信号。
[0034] 控制模块发出相应的调节幅度与相位的控制信号采用以下方式：根据波束赋形算 法得到的调幅和调相要求，控制模块中的控制单元（MCU)输出对应的数字信号，数字信号 再经数/模转换器（DAC)转化为调节幅度与相位的控制信号。
[0035] 本发明利用矢量乘法器根据方法的需要在复数域中同时对信号进行调幅与调相， 不需要像传统的数字波束赋形技术先利用下变频技术和高速ADC技术将射频信号转化为 数字信号，然后在数字域对信号进行调幅和调相，本发明精简了射频前端电路，节约成本的 同时提高了系统的稳定性。
[0036] 本发明的实施例如下：
[0037] 如图1所示，实施例中以调零阵列天线的波束展宽为例，一种应用于GPS卫星定位 频段（1565. 42~1585. 42MHz)的5元阵列天线波束快速赋形的新型复数域射频前端电路。 实施例利用该电路系统，可以对5元阵列天线进行波束赋形，使其天线方向图产生单个零 点，并对天线波束进行展宽。
[0038] 射频信号放大器采用了Mini-Circuits公司的PMA2-162LN+低噪声放大器，阵列 天线单元接收的信号通过低噪声放大器，放大信号的同时抑制部分噪声。
[0039] 在实施例中可使阵列天线的天线方向图零点分别指向0度、40度或80度，以天 线方向图零点指向〇度为例，根据波束展开调零计算方法的计算结果，得到了如下调幅调 相要求：当天线方向图零点指向0度时，矢量乘法模块对第一路射频信号进行OdB的幅度 调节，〇度的相位调节；对第二路进行-7. 54dB的幅度调节，179. 49度的相位调节；对第三 路进行-12. 92dB的幅度调节，178. 85度的相位调节；对第四路进行-11. 16dB的幅度调 节，-177. 18度的相位调节；对第五路进行-21. 84dB的幅度调节，172. 56度的相位调节。
[0040] 如图2所示，矢量乘法模块在复数域同时调节信号的幅度与相位，正交功分器采 用Mini-Circuits公司的QCN-19+，该正交功分器将射频信号分成I、Q两路信号，这两路信 号由两个端口分别进入矢量乘法器。而矢量乘法器采用AnalogDevice公司的ADL5390,矢 量乘法器在复数域中对信号进行调相与调幅，最终输出一路处理完毕的信号。而控制模块 采用意法半导体公司的STM32微控制单元和AnalogDevice公司的AD5668数/模转换器， 该微控制模块对矢量乘法模块的调幅和调相可以进行有效的控制。
[0041] 下面针对实施例对矢量乘法模块的原理过程进一步阐述：考虑一个复数形式的射 频信号6-( 277#+0(〇)，其中_]_是虚数单位，^是圆周率3是射频信号载波的频率3是时 间，000是相位，e是自然对数的底数。利用一个复数权值信号《 =ReW对射频信号进行 调幅和调相，其中R是幅度权值，巾是相位权值。调幅调相后的射频信号可以表示为：
[0042]
【主权项】
1. 一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：包括射频信号放大器、矢 量乘法模块、控制模块以及合路器，阵列天线单元接收的各路信号依次经各自的射频信号 放大器、矢量乘法模块后传输到合路器输出，控制模块分别与各个矢量乘法模块连接，对矢 量乘法器在射频信号的复数域调节信号的幅度与相位进行控制，合路器将各个矢量乘法模 块的输出信号合并输出。
2. 根据权利要求1所述的一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：所 述的射频信号放大器采用低噪声放大器，放大信号的同时可以抑制部分噪声。
3. 根据权利要求1所述的一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：所 述的矢量乘法模块包括正交功分器和矢量乘法器，射频信号放大器依次连接正交功分器和 矢量乘法器，射频信号放大器放大后的射频信号经正交功分器分成I、Q两路信号，I、Q两路 信号传输到矢量乘法器的两个输入端口，矢量乘法器在复数域中对射频信号进行调幅与调 相后输出一路信号。
4. 根据权利要求1所述的一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：所 述的控制模块包括控制单元和数/模转换器，矢量乘法模块经数/模转换器与控制单元连 接，控制单元输出数字控制信号，经数/模转换器转换为模拟控制信号，模拟控制信号输入 到矢量乘法模块的矢量乘法器中，对矢量乘法器调幅与调相进行控制。
5. 根据权利要求1所述的一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：所 述的数/模转换器采用低于IMSPS的数/模转换器。
6. 根据权利要求1所述的一种阵列天线的复数域射频前端电路系统，其特征在于：所 述的控制单元采用36MHz处理频率的低速控制单元。
7. -种阵列天线的复数域射频波束赋形方法，其特征在于：将阵列天线单元接收的各 路信号经各自的射频信号放大器放大后输入到矢量乘法模块，控制模块发出调节幅度与相 位的控制信号到各个矢量乘法模块，矢量乘法器在复数域对射频信号的幅度与相位进行调 节，各个矢量乘法模块输出射频信号输入到合路器，最后合路器将各个天线单元的射频信 号合并输出。
8. 根据权利要求7所述的一种阵列天线的复数域射频波束赋形方法，其特征在于：在 所述的矢量乘法模块中，所述的射频信号先经正交功分器分成I、Q两路信号，I、Q两路信号 传输到矢量乘法器的两个输入端口，矢量乘法器根据控制模块发出的控制信号在复数域中 对射频信号进行调幅与调相，最后输出一路信号。
9. 根据权利要求7所述的一种阵列天线的复数域射频波束赋形方法，其特征在于：所 述的控制模块发出调节幅度与相位的控制信号具体采用以下方式：根据波束赋形计算方法 得到每路需要调制的幅值和相位，控制模块中的控制单元输出对应的数字信号，数字信号 再经数/模转换器转化为调节幅度与相位的控制信号。
【专利摘要】本发明公开了一种阵列天线的复数域射频前端电路系统及其波束赋形方法。包括射频信号放大器、矢量乘法模块、控制模块以及合路器，阵列天线单元接收的各路信号依次经各自的射频信号放大器、矢量乘法模块后传输到合路器输出，控制模块分别与各个矢量乘法模块连接，对矢量乘法器在射频信号的复数域调节信号的幅度与相位进行控制，合路器将各个矢量乘法模块的输出信号合并输出。本发明在复数域对射频信号的幅度与相位进行调节，克服传统数字波束赋形系统对高速的模/数转换器和高速运算中心的依赖，本发明精简电路结构，突破ADC技术瓶颈，降低电路成本，可广泛应用于相控阵天线、导航卫星等阵列天线系统，实现不同场合下天线波束的快速赋形。
【IPC分类】H01Q3-28, H01Q23-00, H01Q3-34
【公开号】CN104852160
【申请号】CN201510267961
【发明人】陈嘉龙, 彭政谕, 冉立新
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月24日