一种C波段宽带数字多波束阵列天线系统的制作方法

一种c波段宽带数字多波束阵列天线系统
技术领域
1.本发明涉及数字阵列天线技术领域，尤其涉及一种c波段宽带数字多波束阵列天线系统。


背景技术：

2.数字多波束阵列天线是由一种采用波束形成网络在空间形成多个不同指向的波束，从而实现空分复用，增加通信容量。它具有波束灵活可控、旁瓣电平低、以及自适应调零的特点，在军事和民用方面都具有广阔的应用前景。
3.具体来说，数字多波束阵列天线是将数字信号处理技术引用到相控阵天线技术领域，充分利用阵列天线的孔径，通过数字信号处理在期望的方向形成接收波束。对阵列天线多个接收通道的信号，利用数字处理方法，对某一方向的入射信号，补偿由于天线阵元在空间位置不同而引起的传播波程差导致的相位差，实现同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成。这种把阵列接收的方向增益聚集在一个指定的方向上，相当于形成了一个“波束”。可以通过改变权值，使得波束指向不同的方向，并实现波束的扫描。通过多通道的并行处理也可以同时形成多个波束，还可以选择合适的窗函数来降低方向图副瓣电平。
4.但当前的数字多波束阵列天线大都存在成本、体积、功耗等方面的问题，假若要满足多个象限空域的波束覆盖，通常需要多部这样的数字多波束阵列天线，难以满足无线通信设备向小型化、低成本、集成化发展的需求。


技术实现要素：

5.本发明提供一种c波段宽带数字多波束阵列天线系统，解决了现有技术存在的成本、体积、功耗等方面的问题。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种c波段宽带数字多波束阵列天线系统，包括天线阵面，由天线左阵、及固定安装天线左阵的左阵框架、天线右阵、及固定安装天线右阵的右阵框架组成，分别位于整个系统结构的左右两侧；数字下变频组件，位于整个系统结构的最下方，与天线左阵和天线右阵通过射频电缆连接；频率综合组件，与数字下变频组件平行放置，且位于数字下变频组件上面，两者通过射频线缆连接；电源组件，为数字下变频组件和频率综合组件供电。
8.进一步地，天线左阵和天线右阵均为十六单元一维线阵，在方位面形成覆盖
‑
45
°
～+45
°
空域的多波束方向图，用于接收该空域电磁信号，且天线左阵和天线右阵分时工作。
9.进一步地，天线阵面的阵面规模为16
×
5；其中，俯仰面5个天线单元通过功分器合成一路线阵，方位面共有16个线阵组成整个天线阵面，16个线阵划分为完全一致、可互换的天线左阵和天线右阵。
10.进一步地，数字下变频组件将接收的电磁信号通过限幅、放大或直通选择、增益控制、开关滤波、三次频率变换、放大、滤波和增益控制后输出十六路中频信号。
11.进一步地，数字下变频组件包括接收通道模块电路、本振功分与电源控制网络；所述频率综合组件提供的三路本振信号和控制信号、以及电源信号经过本振功分与电源控制网络传递给接收通道；所述接收通道模块电路具有十六个接收通道，每个接收通道为两路天线共用，通过开关切换使用。
12.进一步地，频率综合组件主要由时钟基准单元、一本振合成单元、二本振合成单元、三本振合成单元、系统控制与电源处理单元组成；其中，所述一本振合成单元、二本振合成单元以及三本振合成单元分别为数字下变频组件提供2路一本振信号、2路二本振信号以及2路三本振信号。
13.进一步地，一本振合成单元包括依次设置的第一梳状谱发生器、第一开关滤波组件、第一放大器、混频器、第二开关滤波组件、第二放大器、定向耦合模块以及一分二功分器；所述混频器的另一个输入端接经过滤波的跳频信号。
14.进一步地，二本振合成单元包括依次设置的第二梳状谱发生器、第一滤波电路、第一放大电路、混频器、第二滤波电路、第二放大电路、定向耦合模块以及一分二功分器；所述混频器的另一个输入端接经过滤波的跳频信号。
15.进一步地，三本振合成单元包括依次设置的第三梳状谱发生器、第一滤波电路、第一放大电路、dds、第二滤波电路、第二放大电路、定向耦合模块以及一分二功分器。
16.进一步地，频率综合组件还包括自检源合成单元，用于提供2路自校信号，实现故障检测功能，对内部各单元电路和模块进行自检并上报自检结果。
17.本发明具有以下有益效果：
18.该宽带数字多波束阵列天线系统采用天线孔径复用、分时接收，通过数字下变频组件内部的开关对天线左阵、天线右阵接收通道进行分时切换，以此降低系统功耗、减少系统硬件成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的三维视图。
21.图2为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的侧视图。
22.图3为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的俯视图。
23.图4为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的天线阵面示意图。
24.图5为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的数字下变频组件工作原理图。
25.图6为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的频率综合组件工作原理图。
26.图中主要元件附图标记说明如下：
[0027]1‑
l—天线左阵；1
‑
r—天线右阵；2
‑
l—左阵框架；2
‑
r—右阵框架；3—数字下变频组件；4—频率综合组件；5—电源组件；6—射频电缆。
具体实施方式
[0028]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]
一种c波段宽带数字多波束阵列天线系统，包括天线阵面、数字下变频组件、频率综合组件以及电源组件；其中，天线阵面包括天线左阵、及固定安装天线左阵的左阵框架、天线右阵、及固定安装天线右阵的右阵框架，分别位于整个系统结构的左右两侧；数字下变频组件位于整个系统结构的最下方，与天线左阵和天线右阵通过射频电缆连接；频率综合组件位于数字下变频组件上面，两者通过射频电缆连接；电源组件为数字下变频组件和频率综合组件供电。
[0030]
进一步地，天线左阵和天线右阵均为十六单元一维线阵，在方位面形成覆盖
‑
45
°
～+45
°
空域的多波束方向图，用于接收各自对应空域的电磁信号，且天线左阵和天线右阵分时工作。
[0031]
进一步地，数字下变频组件由接收通道、本振功分与电源控制网络两部分模块电路组成。它具有十六个接收通道，每个通道复用两路天线，通过开关切换使用。数字下变频组件将信号通过限幅、放大或直通选择、增益控制、开关滤波、三次频率变换、放大、滤波和增益控制后输出十六路中频信号。此外，它将由频率综合组件提供三路本振信号和控制信号，以及电源经过本振功分及电源控制网络传递给接收通道。
[0032]
进一步地，频率综合组件由时钟基准单元、自检源合成单元、一本振合成单元、二本振合成单元、三本振合成单元、系统控制与电源处理单元等电路组成，它为数字下变频组件提供2路一本振信号、2路二本振信号、2路三本振信号，给ad采样板卡提供1路采样时钟信号。同时，频率综合组件具备完善的故障检测功能，对内部各单元电路和模块进行自检并上报自检结果。为了校准射频通道的幅度相位一致性，由频率综合组件产生两路自校源，耦合进左右天线阵列，接收通道采集后进行校准。
[0033]
下面根据附图具体详述本发明：
[0034]
图1为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的三维视图，图2为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的侧视图，图3为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的俯视图。
[0035]
本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的天线阵面分为天线左阵和天线右阵，两者共用一套数字下变频组件进而分时形成多波束方向图，以此降低系统功耗、减少系统硬件成本。具体来说：
[0036]
如图1～图3所示，该c波段宽带数字多波束阵列天线系统包括：天线左阵(1
‑
l)、及固定安装天线左阵(1
‑
l)的左阵框架(2
‑
l)、天线右阵(1
‑
r)、及固定安装天线右阵(1
‑
r)的右阵框架(2
‑
r)，分别位于整个系统结构的左右两侧；数字下变频组件(3)位于整个系统结构的最下方，与天线左阵(1
‑
l)和天线右阵(1
‑
r)通过射频电缆(6)连接；频率综合组件(4)位于数字下变频组件(3)上面，两者通过射频电缆(6)连接；电源组件(5)为数字下变频组件(3)和频率综合组件(4)提供供电需求。
[0037]
图4为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的天线阵面示意图，可见
天线阵面规模为16(方位)
×
5(俯仰)。其中，俯仰面5个天线单元通过功分器合成一路线阵，方位面共有16个线阵组成整个天线阵面。天线左阵(1
‑
l)、和天线右阵(1
‑
r)两阵完全一致，可以互换。
[0038]
图5为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的数字下变频组件工作原理图。如图5所示，数字下变频组件(3)由接收通道、本振功分与电源控制网络两部分模块电路组成。数字下变频组件(3)具有十六个接收通道，每个通道复用两路天线，通过开关切换使用。数字下变频组件(3)将电磁信号通过限幅、放大或直通选择、增益控制、开关滤波、三次频率变换、放大、滤波和增益控制后输出十六路中频信号；数字下变频组件(3)将由频率综合组件(4)提供三路本振信号、控制信号，由电源组件(5)提供电源经过本振功分及电源控制网络传递给接收通道。
[0039]
图6为本发明实施例c波段宽带数字多波束阵列天线系统的频率综合组件工作原理图。如图6所示，频率综合组件(4)由时钟基准单元、自检源合成单元、一本振合成单元、二本振合成单元、三本振合成单元、系统控制与电源处理单元等电路组成。频率综合组件(4)给数字下变频组件(3)提供2路一本振信号、2路二本振信号、2路三本振信号，同时提供1路采样时钟信号和2路自校信号。它具有时钟同步功能，能够对外接100mhz时钟信号进行同步，且具备完善的故障检测功能，对内部各单元电路和模块进行自检并上报自检结果。
[0040]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。