专利名称：多目标中频数字相控阵天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，具体涉及无线接收机中的多目标中频数字相控阵天线。
背景技术：
相控阵天线通过调整每个阵元接收信号的相位，实现阵列方向图调整，使主瓣始终对准期望信号波达方向(Direction of Arrival，D0A)，从而在无需机械转动天线的条件下，获得阵列增益。对于超外差结构的无线通信接收机，目前基本都采用中频数字化的软件无线电结构。在此接收机结构中，通常的数字相控阵天线相位调整是在基带实现的，即数字波束合成(Digital Beamforming, DBF)在基带完成。该基带实现的方法，虽然信号速率较低，可靠性高，实现简单，但是，由于在DBF之前，接收机每个阵元都需要一个接收通道，所以，该基带实现的方法需要较多数字下变频器模块(Digital Down Convertor，DDC)。由于基带实现数字相控阵天线，造成所需的DDC模块过多，资源消耗过大，尤其对于多目标的数字相控阵天线，所需DDC模块非常多，需要大量硬件资源，造成了多目标数字相控阵天线实现的高成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种在无线接收机中资源消耗小，所需DDC模块数量少，每个目标只需要一个DDC模块的多目标中频数字相控阵天线。本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种多目标中频数字相控阵天线， 包括天线阵面单元1，射频前端单元2，模拟/数字转换器(ADC)单元3，数字波束合成器 (DBF)单元4，信道化带通滤波器单元6，权值产生单元5和数字下变频器(DDC)单元7，其特征在于，在由N个阵元构成的天线阵面面中，在由N个阵元构成的天线阵面中，η个阵元的射频前端对应各自相连的ADC单元3，ADC单元3将输出的模拟中频信号转换为数字中频信号，M个目标对应的M个DBF单元4把上述ADC单元输出的数字中频信号转换为解析信号，并同对应连接的权值产生单元5生成的M个复数权矢量相乘，完成波束合成，M个波束合成输出信号经过对应连接的信道化带通滤波器单元6滤波，获得M个目标的数字中频信号，该中频信号传递给各自的DDC单元7，输出M个目标的基带信号，上述M、N为自然数1， 2 9 3 · · · ο本发明的优势在于相控阵天线的DBF实现在中频完成，从而使得接收机每个目标只需要一个DDC模块，相比传统基带实现DBF的方法，减少了资源消耗，节约了成本。本发明可以广泛应用于蜂窝通信，卫星通信，雷达等接收设备中。
图1是本发明多目标中频数字相控阵天线结构框图。图2是本发明均勻线阵空间位置示意图。
图3是本发明第η个阵元的射频前端结构框图。图4是本发明中频解析信号转换流程图。图5是本发明第m个通道的DBF结构图。
具体实施例方式参阅图1。多目标中频数字相控阵天线包括了相互连接的天线阵面单元1，射频前端单元2，ADC单元3，DBF单元4，信道化带通滤波器单元6，权值产生单元5，DDC单元7。 N个阵元构成的天线阵面依次对应连接射频前端单元2，ADC单元3，DBF单元4，信道化带通滤波器单元6，DDC单元7。权值产生单元5和DBF单元4相连。天线阵面单元1将接收的信号传输给各自相连的射频前端单元2，射频前端单元2输出的中频模拟信号经ADC单元3 转换为中频数字信号，M个目标对应的M个DBF单元把ADC输出的数字中频信号s (k)转换
为解析信号φ)，并利用该解析信号和权值产生单元5生成的M个复数权矢量相乘后完成
波束合成，波束合成后的M个输出经过信道化带通滤波器单元6滤波，得到每个目标波束合成后的数字中频输出信号，并传递给各自的DDC单元7。参阅图2。阵列为均勻线阵，由N个相同的阵元构成，阵元间距为d，空间存在M个期望信号，第m个信号载波频率为ω m，波达方向为θω，其中m=1，...，M。每个信号占据相
同的带宽，其载波频率《 1等间隔分布，则ωι<... < ωΜ。第η个阵元接收信号为i(t)，
β> + <%
η= 1, ...，N，该信号由空间存在的M个期望信号叠加而成，其中心频率为,W1
Lu
表示所有期望信号中最小载波频率，ωΜ表示所有期望信号中最大载波频率参阅图3。对于第η个阵元，其对应射频前端把接收信号^(0进行低噪声放大 (Low Noise Amplify, LNA)，带通滤波，下变频，低通滤波，得到中频模拟信号\(t)，中频频
率为ωιρ。射频前端中，每个射频前端结构功能相同，下变频器本振相同，所有射频前端共
β> + <%
用一个本振。本振产生一个频率为 2 _心//7的正弦波。中频信号\(0经过ADC
采样，把模拟信号转换为数字信号，该信号为实信号，其中k = 1，2，...，为采样序号。 对于整个阵列接收信号，可以用矢量表示为s(k) = [Sl(k)...SN(k)]T0参阅图4和图5。由于系统中具有M个目标，即M个信号，所以，每个目标信号采用一个DBF单元。对于第m个DBF单元，其需要完成两个功能根据图4，第一个功能是把实信号s(k) = [8100...%(10]1通过延迟模块和 Hilbert滤波器转换为其解析信号，即复信号《φ^) = !^^) ... ^(^f。具体转换方
法为对于第η个阵元接收的数字中频信号\(k)，其对应解析信号的实部为输入
信号经过L个采样时钟延迟的输出信号Re [4(^)] = sn{k - l)，虚部则是输入信号经过
Hilbert滤波器后的输出Imb^l = Sfl^) * ，其中L是圯11^汁滤波器传输函数h (k)
的群时延。上述表示中，Re[]表示取实部，Lii[]表示取虚部。Hilbert滤波器h(k)可以通过MATLAB的滤波器设计工具产生。不同目标的DBF，由于输入信号是相同频谱特性的数字
4中频信号，所以解析变换的功能模块是相同的，可以复用。根据图5，第二个功能是对复信号进行DBF，即加权求和，其中权矢量Wm = [Wl(k)...WM(k)]T由权值产生单元根据该目标信号DOA参数9 ]获
得。根据相控阵天线的基本理论，DBF是一个复数矢量相乘的运算，
权利要求
1.一种多目标中频数字相控阵天线，包括天线阵面单元(1)，射频前端单元(2)， 模拟/数字转换器(ADC)单元(3)，数字波束合成器(DBF)单元(4)，信道化带通滤波器单元(6)，权值产生单元(5)和数字下变频器(DDC)单元(7)，其特征在于，在由双个阵元构成的天线阵面中，。个阵元的射频前端对应各自相连的ADC单元(3)，ADC单元 (3)将输出的模拟中频信号转换为数字中频信号，Jf个目标对应的Jr个DBF单元(4)把上述ADC单元输出的数字中频信号转换为解析信号，并同对应连接的权值产生单元(5)生成的JT个复数权矢量相乘，完成波束合成，Jr个波束合成输出信号经过对应连接的信道化带通滤波器单元(6)滤波，获得M个目标的数字中频信号，该中频信号传递给各自的DDC单元 (7)，输出Jf个目标的基带信号，上述为自然数1，2，3···。
2.如权利要求1所述的中频数字相控阵天线，其特征在于，所述DBF单元(4)通过延迟模块和Hilbert滤波器，把ADC单元(3)的输出数字中频信转换为解析信号技
3.如权利要求1所述的多目标中频数字相控阵天线，其特征在于，由#个相同的阵元构成的天线阵列为均勻线阵，天线阵元间距为rf,空间存在if个期望信号,第iff个信号载波频率为Wff7，波达方向为，其中
4.如权利要求1所述的多目标中频数字相控阵天线，其特征在于，第Λ个阵元接收信 该信号由空间存在的JT个期望信号叠加而成，其中心频率为
5.如权利要求1所述的多目标中频数字相控阵天线，其特征在于，所述^个阵元对应的个射频前端混频器共用一个本振，本振产生一个频率为
全文摘要
本发明提出的一种多目标中频数字相控阵天线，提供一种资源消耗小，所需DDC模块数量少，每个目标只需要一个DDC模块的相控阵天线，本发明通过下述技术方案予以实现，在由个阵元构成的天线阵面中，个阵元的射频前端对应各自相连的ADC单元(3)，ADC单元(3)将输出的模拟中频信号转换为数字中频信号，个目标对应的个DBF单元(4)把上述ADC单元输出的数字中频信号转换为解析信号，并同对应连接的权值产生单元(5)生成的个复数权矢量相乘，完成波束合成，个波束合成输出信号经过对应连接的信道化带通滤波器单元(6)滤波，获得个目标的数字中频信号，该中频信号传递给各自的DDC单元(7)，输出个目标的基带信号。
文档编号H01Q21/00GK102544751SQ201110301768
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者任燕飞, 何海丹, 张云, 曾浩, 胡根根 申请人:中国电子科技集团公司第十研究所