输出端分别与其他两个三通道选择 器的一个输入端相连，这两个三通道选择器的另一个输入端与阵列外面两个单刀单掷开关 相连，这两个三通道选择器的四个输出端与四个双工器相连，每个双工器的两个输出端分 别连接一个相位共辄混频器和一个移相器，四个相位共辄混频器与一个四路功率分配器相 连，该四路功率分配器与本振源相连，四个移相器与一个四路功率合成器相连，该四路功率 合成器与一个接收机相连。开关控制电路控制四个单刀单掷开关的通断，当开关控制电路 控制四个单刀单掷开关处于周期性通断状态时，实现不同工作频率上的时间调制天线阵功 能、时间调制范阿塔天线阵功能和时间调制相位共辄天线阵功能；当开关控制电路控制所 有的单刀单掷开关一直处于导通状态时，实现不同工作频率上的均匀线阵功能、范阿塔天 线阵功能、相位共辄天线阵功能。本实施工作在中心频率fRF1= 3. 55GHz、fRF2= 1. 85GHz和 fRF3= 0. 7GHz，时间调制周期为Tp=lOOKHz;天线单元1采用宽带八木天线。
[0035] 结合图2，三通道选择器4是在中心频率fRF1、fRF2和fRF3具有不同的传输特性（参 见文南犬 1 :C. -H.Lai,C. -Y.Shiau,andT. -G.Ma,"Microwavethree-channelselector usingtri-modesynthesizedtransmissionlines,''IEEETrans.Microw.TheoryTech n.，vol. 61，no. 10,pp. 3529-3540,Oct. 2013):当工作在中心频率fRF1，它等同于一对串行的 50Q延迟线（电长度为0TH= -21° );当工作在中心频率fRF2，它等同于一对并行的50Q 延迟线（电长度为0TM= 102.4° );当工作在中心频率fRF3,它等同于传统的交叉器（电 长度为9n= 84. 3 ) 〇
[0036] 如图3所不，双工器5用于分离两个不同频率fRF1和fRF3的传输信号（参见 文南犬 2 ：C. -H.ffu,C. -Y.Shiau,andT. -G.Ma, "Tri-modeheterogeneousintegrated beam-switching/VanAtta/phase-conjugatingarrayusingsynthesizedtransmission lines,'，IEEETrans.Microw.TheoryTechn.，vol. 62,no. 9,pp. 2180-2191，Sep. 2014) 〇 图4、图5和图6分别给出了工作在中心频率fRF1、fRF2和fRF3时的相位关系图，其中 (9u9 2, 9 3, 9 4)表示相位补偿线段的不同电长度，所用补偿线段在中心频率fRF3时的特 征阻抗为50Q。下表为本实施例的工作原理：
[0037]
[0038] 表中tjPtn为归一化导通时刻和归一化导通持续时间，计算得到的0 ^ 02、03 和9 4的值分别为111°，123. 2°，41. 5°和49. 6° ;因此，时间调制天线阵和均匀线阵的 辐射远场为：
[0039]
[0040]
[0041 ]其中，..<&1.二..辱/ft.+.0，// +.0欢，.+ 々//典二知良.+ .+.2:0馆.+ftw.，. 0 丄=2JrfRF1/c为 自由空间中的波数，d天线单元1之间的间距，（K表示移相器的相位加权，在本实施例中 4>n= 0。时间调制范阿塔天线阵和范阿塔天线阵的回溯远场为：
[0042]
[0043]
[0044] 其中，_2 = 2/|為 + 3沒+ 2/!处=2/f + .0故0 2 = 2JrfRF2/c为自由空间中的波 数，9 ,和9 ^为来波信号方向和回溯信号方向。时间调制相位共辄天线阵和相位天线阵的 回溯远场为：
[0045]
[0046]
[0047] 其中，仇3 =02+03 +20H+设汉=铁+沒7Z+'沒级:> 员3= 2 31fRF3/c为自由空间中的波 数。因为un(t)是周期时间调制信号函数，则由傅里叶级数可知其存在一个直流分量 多个谐波分量，直流分量即为时间加权用于实现了天线单元1的幅度加权，而时间调制阵 列天线产生的谐波信号可由滤波器滤除。因此时间调制天线阵在中心频率fRF1的辐射远场 为：
[0048]
[0049] 时间调制范阿塔天线阵在中心频率fRF2的回溯远场为：
[0050]
[0051] 时间调制相位共辄天线阵在中心频率fRF3的回溯远场为：
[0052]
[0053] 图7给出了两种开关时序图（时间序列I和时间序列II)，其中黑色阴影部分表示 开关处于导通状态；时间序列I为本实施例中工作在三频三功能时间调制模式时的天线单 元1的控制时序，图8为基于该时间序列计算得到的方向图，包括时间调制天线阵中心频率 处的远场方向图（副瓣电平为-26. 22dB)、时间调制范阿塔天线阵在来波方向18°中心频 率处的双站方向图（副瓣电平为-21. 23dB)和时间调制相位共辄天线阵在来波方向18°中 心频率处的双站方向图（副瓣电平为-21. 23dB);时间序列II为本实施例中工作在三频三 功能非时间调制模式时的天线单元1的控制时序，图9为基于该时间序列计算得到的方向 图，包括均匀线阵中心频率处的远场方向图（副瓣电平为-15. 54dB)、范阿塔天线阵在来波 方向18°中心频率处的双站方向图（副瓣电平为-11. 43dB)和相位共辄天线阵在来波方向 18°中心频率处的双站方向图（副瓣电平为-11. 43dB)。对比图8和图9可发现本发明中 提出的时间调制范阿塔天线阵和时间调制相位共辄天线阵采用时间调制技术实现了低副 瓣双站方向图。
[0054] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制；工程技术人员可根据此发明 权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以根据以上所述对实施方案做一系列的 变更；上述这些都应被视为本发明的涉及范围。
【主权项】
1. 一种三频三功能时间调制和非时间调制可重构共孔径天线阵，其特征在于，包括2N 个天线单元、2N个单刀单掷开关、一个开关控制电路、个三通道选择器、2N个双工 器、2N个相位共辄混频器、2N个移相器、一个2N路功率分配器、一个2N路功率合成器、一个 本振源和一个接收机，N为正整数； 每个天线单元与一个对应的单刀单掷开关相连，所述开关控制电路与所有的单刀单掷 开关相连，控制单刀单掷开关周期性通断； 当N = 1，两个单刀单掷开关与三通道选择器的两个输入端相连，三通道选择器的两个 输出端分别与两个双工器相连，每个双工器的两个输出端分别与相位共辄混频器和移相器 相连，两个相位共辄混频器与二路功率分配器相连，二路功率分配器与本振源相连；两个移 相器与二路功率合成器相连，二路功率合成器与接收机相连； 当N多2，I /V+ I)个三通道选择器为N层排列，第1~N层的三通道选择器数量分别 为1~N个，相邻两层的较上一层三通道选择器的两个输出端分别与较下一层两个不同的 三通道选择器的输入端相连，每层三通道选择器空出的两个输入端分别与两个单刀三掷开 关的第二导通通道相连，第N层三通道选择器的2N个输出端分别与2N个双工器相连，每个 双工器的两个输出端分别与相位共辄混频器和移相器相连，2N个相位共辄混频器与2N路 功率分配器相连，2N路功率分配器与本振源相连；2N个移相器与2N路功率合成器相连，2N 路功率合成器与接收机相连； 当开关控制电路控制所有的单刀单掷开关处于周期性通断状态时，实现不同工作频率 上的时间调制天线阵功能、时间调制范阿塔天线阵功能和时间调制相位共辄天线阵功能； 当开关控制电路控制所有的单刀单掷开关一直处于导通状态时，实现不同工作频率上的均 匀线阵功能、范阿塔天线阵功能、相位共辄天线阵功能。2. 根据权利要求1所述的三频三功能时间调制和非时间调制可重构共孔径天线阵，其 特征在于，所述天线单元的开关控制函数为：其中，Tp为开关控制电路的时间调制周期，tjp τ n为归一化导通时刻和归一化导通持 续时间。
【专利摘要】本发明公开了一种三频三功能时间调制和非时间调制可重构共孔径天线阵，包括2N个天线单元、2N个单刀单掷开关、一个开关控制电路、个三通道选择器、2N个双工器、2N个相位共轭混频器、2N个移相器、一个2N路功率分配器、一个2N路功率合成器、一个本振源和一个接收机，N为正整数；开关控制电路控制所有单刀单掷开关周期性通断。本发明既满足了天线系统多个工作频段的要求，又减小了多个阵列天线对天线空间的要求，具有重构简单、复杂度低和精确度高等优点。
【IPC分类】H01Q21/00, H01Q23/00
【公开号】CN105186143
【申请号】CN201510373748
【发明人】姚阿敏, 吴文, 方大纲
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年6月30日