一种毫米波阵列馈电系统的制作方法

1.本实用新型涉及雷达半实物仿真技术领域，尤其涉及一种毫米波阵列馈电系统。


背景技术：

2.阵列辐射式半实物仿真是雷达内场仿真验证的重要手段，通常由微波暗室、三轴转台、射频信号生成分系统、阵列及馈电分系统、主控分系统等组成。其中，阵列及馈电分系统是实现辐射式仿真的关键设备，它接收射频信号分系统产生的雷达辐射源、雷达回波及雷达干扰模拟信号，利用三元组阵列原理完成的上述信号的空间角度运动控制，实现动态试验场景的仿真。
3.毫米波雷达仿真中，由于雷达频率高，考虑到仿真系统信号处理技术难度及信号传输插损等因素，射频信号生成系统首先在微波频段上完成雷达辐射源、雷达回波及干扰模拟信号调制，在阵列馈电系统将微波信号上变频到毫米波频段，现有技术中，毫米波阵列馈电上变有前置上变频和后置上变频两种方案实现。
4.前置上变频是将微波信号首先上变到毫米波段，阵列馈电器件全部采用毫米波器件，缺点是毫米波幅相控制组件价格高，技术难度大；后置上变频是阵列馈电采用全部微波器件，在阵列天线输入端口将微波信号上变到毫米波段，缺点是每个天线输入端口都要设置一个上变频器，上变频组件使用多，成本较高，并且，由于每个上变频器均需本振信号，因此，阵列上需布设本阵馈电链路，馈电链路设计较复杂，同时增加成本。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种毫米波阵列馈电系统，用以解决现有的毫米波阵列馈电系统链路复杂、成本高的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种毫米波阵列馈电系统，该系统包括微波精位控制单元、毫米波粗位控制单元和毫米波上变频单元，其中，所述毫米波上变频单元设置在微波精位控制单元和毫米波粗位控制单元之间。
7.优选地，所述精位控制单元包括按照信号传输方向依次连接设置的微波功分器、微波程控移相器、微波程控衰减器和微波放大器。
8.优选地，所述微波精位控制单元包括一个微波功分器、三个微波程控移相器、三个微波程控衰减器和三个微波放大器，微波功分器的信号出口设置三个支路，每个支路上依次设置一个微波程控移相器、一个微波程控衰减器和一个微波放大器。
9.优选地，所述毫米波上变频单元包括三个毫米波上变频器，所述三个毫米波上变频器分别与微波精位控制单元中的每个支路上的微波放大器一一对应连接。
10.优选地，所述毫米波粗位控制单元包括三个毫米波开关矩阵，所述三个毫米波开关矩阵分别与三个毫米波上变频器一一对应连接。
11.优选地，所述微波精位控制单元包括两个微波功分器、六个微波程控移相器、六个微波程控衰减器和六个微波放大器，每个微波功分器的信号出口设置三个支路，每个支路
上依次设置一个微波程控移相器、一个微波程控衰减器和一个微波放大器。
12.优选地，所述毫米波上变频单元包括六个毫米波上变频器，所述六个毫米波上变频器分别与微波精位控制单元中的每个支路上的微波放大器一一对应连接。
13.优选地，所述毫米波粗位控制单元包括六个毫米波开关矩阵，所述六个毫米波开关矩阵分别与六个毫米波上变频器一一对应连接。
14.优选地，按照信号传输方向，所述微波功分器的前面设置有微波放大器。
15.优选地，所述系统还包括阵列天线，所述开关矩阵与所述阵列天线连接。
16.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
17.本实用新型将毫米波上变频单元设置在微波精位控制单元与毫米波粗位控制单元之间，即，精位控制单元使用微波器件，粗位控制单元采用毫米波器件；上变频单元中的上变频组件的使用数量与馈电通道数相关，而与阵列视场角无关，因此，避免了大量使用上变频组件，可大幅降低阵列建设成本；由于毫米波上变频器数量大幅减少，阵列馈电设计简化。因此，本实用新型的毫米波阵列馈电系统较好地兼顾了成本与技术。
18.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
19.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
20.图1为三元组示意图；
21.图2为阵列馈电原理示意图；
22.图3为前置毫米波上变频器的阵列馈电系统示意图；
23.图4为后置毫米波上变频器的阵列馈电系统示意图；
24.图5本实用新型的毫米波阵列馈电系统示意图。
25.附图标记说明
26.1-功分器；2-程控移相器；3-程控衰减器；4-放大器；5-开关矩阵； 6-阵列天线；7-毫米波上变频器。
具体实施方式
27.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
28.阵列馈电系统是目标模拟器的重要组成部分，它是目标形成的直接物质基础。阵列馈电系统接收射频信号生成系统的目标信号和干扰信号，并将其馈送到指定天线单元，向被试导引头辐射。
29.如图1所示，主阵列上的三个相邻天线(a、b、c)构成一个三元组，而射频信号就是通过阵列上的一个三元组辐射的射频信号来模拟的，辐射的方向指向转台回转中心。辐射
信号可以在三元组之内的运动，也可以从一个三元组到另一个三元组之间的运动，实际上就代表了导引头/ 目标(干扰)视线的运动。如果模拟多个目标，多个目标可以落在同一个三元组内。辐射信号在三元组内的角位置是通过控制三元组的三个天线辐射信号的相对振幅来控制的。这种控制方式可以控制辐射信号在三元组内的位置运动，称为精位控制，它是通过程控幅度衰减和程控相移来实现的；目标在三元组之间的运动是通过阵列馈电系统内开关矩阵的切换控制来实现的，称为粗位控制。
30.当三元组中有两个或三个天线辐射信号时，转台附近的相位波前就不是球面，这种情况下，对转台中心处相位波前的倾斜就可以得到控制，即控制辐射天线所辐射信号的相对幅度和相位，这就相当于在辐射中心的角闪烁。微波精位控制装置中每个通道将输入的微波信号功分成三路，分别进行幅相控制后，输出a、b、c三路信号，再通过微波链路送到任意三元组对应的a、b、c辐射天线输入端口。通过精位控制装置中有源幅相控制组件对相对幅度和相位进行控制，可以实现微波信号在三元组天线内角位置的改变。
31.如图2所示，精位控制装置中的有源幅相控制组件，主要由程控衰减器和程控移相器、放大器组成，放大器主要起功率补偿和信号放大作用。
32.在毫米波雷达试验中，考虑到信号传输损耗、设备成本、信号处理等因素，射频信号生成分系统在微波频段上产雷达辐射源、雷达回波及干扰模拟信号，在阵列馈电系统将微波信号上变频到毫米波频段。通常毫米波阵列馈电采用前置上变或后置上变方案实现。前置上变方式如图3 所示。前置方案是将毫米波上变频器设置在精微控制装置之前，将微波信号首先上变到毫米波段，阵列馈电器件全部采用毫米波器件，方案特点是馈电链路简单，缺点是毫米波幅相控制组件价格高，技术难度大。
33.考虑到毫米波器件价格高，技术难度大，可以采用后置上变频方案如图4所示，后置上变频是将毫米波上变频器设置在粗位控制装置之后，阵列馈电采用全部微波器件，在阵列天线输入端口将微波信号上变到毫米波段，优点是全部馈电采用微波器件，技术难度低，缺点每个阵列天线输入端口都要设置一个毫米波上变频器，上变频组件使用多，成本较高，并且，由于每个毫米波上变频器均需本振信号，因此，阵列上需布设大量本阵馈电链路，馈电链路设计较复杂，同时增加成本，另外随着阵列视场角增大，天线数量增加，其成本和复杂度会急剧增加。
34.由此，本实用新型提供了一种毫米波阵列馈电系统，如图5所示，该系统包括微波精位控制单元、毫米波粗位控制单元和毫米波上变频单元，其中，所述毫米波上变频单元设置在微波精位控制单元和毫米波粗位控制单元之间。
35.本实用新型将毫米波上变频单元设置在微波精位控制单元与毫米波粗位控制单元之间，即，精位控制单元使用微波器件，粗位控制单元采用毫米波器件，上变频单元设置在精位控制单元与粗位控制单元之间；在现有技术的后置上变频方案中，每个天线端口均需安装毫米波上变频器，馈电设计所需的上变频器随阵列视场角增大而快速增加，上变频器价格较高，使阵列馈电建设成本大幅增加，而本实用新型中，上变频单元中的上变频组件的使用数量与馈电通道数相关，而与阵列视场角无关，馈电通道数通常不超过6个，因此，避免了大量使用上变频组件，可大幅降低阵列建设成本；并且，在后置上变频方案中，由于每个上变频器均需本振信号，因此阵列上需布设大量的本振电缆、本振功分器和放大器，使阵列馈电设计复杂，同时增加成本，而本实用新型中，由于毫米波上变频器数量大幅减少，阵
列馈电设计简化，成本降低。因此，本实用新型的毫米波阵列馈电系统较好地兼顾了成本与技术。
36.本实用新型中，优选地，所述微波精位控制单元包括按照信号传输方向依次连接设置的微波功分器、微波程控移相器、微波程控衰减器和微波放大器。
37.本实用新型中，所述毫米波粗位控制单元将信号切换后送给阵列天线。所述阵列天线为单极化阵列或双极化阵列。
38.当阵列天线为单极化阵列时，微波信号通过一个通道进入微波精位控制单元。具体地，所述微波精位控制单元包括一个微波功分器、三个微波程控移相器、三个微波程控衰减器和三个微波放大器，微波功分器的信号出口设置三个支路(路径a、路径b、路径c)，每个支路上依次设置一个微波程控移相器、一个微波程控衰减器和一个微波放大器。
39.相应地，所述毫米波上变频单元包括三个毫米波上变频器(毫米波上变频器a、毫米波上变频器b、毫米波上变频器c)，所述三个毫米波上变频器分别与微波精位控制单元中的每个支路上的微波放大器一一对应连接。进一步优选地，所述毫米波粗位控制单元包括三个毫米波开关矩阵(毫米波开关矩阵a、毫米波开关矩阵b、毫米波开关矩阵c)，所述三个毫米波开关矩阵分别与三个毫米波上变频器一一对应连接。
40.当阵列天线为双极化阵列时，阵列天线包括水平极化(h)和垂直极化(v)，微波信号分为两个通道(h通道和v通道)进入微波精位控制单元。具体地，所述微波精位控制单元包括两个微波功分器、六个微波程控移相器、六个微波程控衰减器和六个微波放大器，每个微波功分器的信号出口设置三个支路，支路上依次设置一个微波程控移相器、一个微波程控衰减器和一个微波放大器。一共为六个支路(支路ha、支路 hb、支路hc、支路va、支路vb、支路vc)。
41.优选地，所述毫米波上变频单元包括六个毫米波上变频器(毫米波上变频器ha、毫米波上变频器hb、毫米波上变频器hc、毫米波上变频器va、毫米波上变频器vb、毫米波上变频器vc)，所述六个毫米波上变频器分别与微波精位控制单元中的每个支路上的微波放大器一一对应连接。进一步优选地，所述毫米波粗位控制单元包括六个毫米波开关矩阵(开关矩阵ha、开关矩阵hb、开关矩阵hc、开关矩阵va、开关矩阵vb、开关矩阵vc)，所述六个毫米波开关矩阵分别与六个毫米波上变频器一一对应连接。
42.本实用新型中，按照信号传输方向，所述微波功分器的前面设置有微波放大器。
43.本实用新型中，所述系统还包括阵列天线，所述开关矩阵与所述阵列天线连接。
44.本实用新型的微波精位控制单元采用微波器件，较易实现；毫米波粗位控制单元采用毫米波器件，简化了馈电设计，降低了成本。本实用新型一方面大幅度减少了毫米波上变频器的使用，同时无需在阵列上布设本振电缆、本振放大器，简化了阵列馈电设计，还降低了建设成本，尤其在阵列视场角大、天线数量多的情况下，效果尤其显著；另一方面本实用新型避免使用毫米波移相器及毫米波衰减器，降低了精位控制成本及损耗。
45.采用本实用新型的毫米波阵列馈电系统进行馈电时，微波信号经过微波精位控制单元后输入给毫米波上变频单元，毫米波上变频单元将微波信号上变为毫米波信号，再将毫米波信号输入给毫米波粗位控制单元。
46.具体地，当阵列天线为单极化阵列时，所述微波功分器将输入的微波信号功分成三路，分别依次进入微波程控移相器、微波程控衰减器进行相位和幅度控制后，再经过微波
放大器放大输出a、b、c三路信号。
47.微波放大器输出的a、b、c三路微波信号分别输入毫米波上变频器 a、毫米波上变频器b、毫米波上变频器c，毫米波上变频器将三路微波信号分别上变频为三路毫米波信号(毫米波信号a、毫米波信号b、毫米波信号c)，三路毫米波信号分别一一对应输入毫米波开关矩阵a、毫米波开关矩阵b、毫米波开关矩阵c，毫米波开关矩阵a、毫米波开关矩阵b、毫米波开关矩阵c分别将毫米波信号馈送给相应的阵列天线(阵列天线a、阵列天线b、阵列天线c)。阵列天线的数量随阵列视场角增大而增加，可以为阵列天线1-n。
48.当阵列天线为双极化阵列时，微波信号分为水平极化(h)信号和垂直极化(v)信号分别进入两个不同的微波功分器中，每个微波功分器将输入的微波信号功分成三路，分别依次进入微波程控移相器、微波程控衰减器进行相位和幅度控制后，再经过微波放大器放大输出a、b、c三路信号，其中，水平极化信号通道从微波放大器输出ha、hb、hc三路信号，垂直极化信号通道从微波放大器输出va、vb、vc三路信号。
49.微波放大器输出的ha、hb、hc三路微波信号分别输入毫米波上变频器ha、毫米波上变频器hb、毫米波上变频器hc，毫米波上变频器将三路微波信号分别上变频为三路毫米波信号(毫米波信号ha、毫米波信号hb、毫米波信号hc)，三路毫米波信号分别一一对应输入毫米波开关矩阵ha、毫米波开关矩阵hb、毫米波开关矩阵hc，毫米波开关矩阵ha、毫米波开关矩阵hb、毫米波开关矩阵c分别将毫米波信号馈送给相应的阵列天线(阵列天线ha、阵列天线hb、阵列天线hc)。微波放大器输出的va、vb、vc三路微波信号分别输入毫米波上变频器 va、毫米波上变频器vb、毫米波上变频器vc，毫米波上变频器将三路微波信号分别上变频为三路毫米波信号(毫米波信号va、毫米波信号 vb、毫米波信号vc)，三路毫米波信号分别一一对应输入毫米波开关矩阵va、毫米波开关矩阵vb、毫米波开关矩阵vc，毫米波开关矩阵 va、毫米波开关矩阵vb、毫米波开关矩阵vc分别将毫米波信号馈送给相应的阵列天线(阵列天线va、阵列天线vb、阵列天线vc)。
50.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。