一种相控阵波束扫描分级移相方法及装置与流程

本发明涉及相控阵，尤其涉及一种相控阵波束扫描分级移相方法及装置。

背景技术：

1、相控阵技术因其具备多波束生成能力及波束灵活可变的优点，在雷达探测、大功率干扰等领域得到了广泛的应用。如在反无人机系统中，相控阵不仅可实现对无人机的远距离侦察，亦可根据侦察方位实现远距离干扰，使无人机无法迫近被保护目标。

2、在相控阵系统中，移相器是实现波束扫描功能的关键部件，其移相值及移相精度决定了相控阵的最大扫描角度及扫描步进。移相器一般布置于阵列t/r组件的输入端，射频分配网络的输出端，在水平扫描阵列中一列天线对应一个移相器且不分级，如图1所示。电扫描移相器通常用延迟线来实现，移相器中的每级移相单元包括两个2选1开关及两段延迟线，其中两段延迟线之间的相位差对应移相器每位移相值，当所有延迟线均选择基准线长时，移相值为0°。通过控制每级移相单元的开关，实现移相器的移相值设置，以满足宽频带扫描要求。

3、现有方式通常需要采用控制位数比较多的移相器，成本及调试工作量比较大；而且移相器的延迟线总长度，加上移相开关，使得移相器的尺寸和重量都会比较大，不利于阵列的小型化设计。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种相控阵波束扫描分级移相方法及装置，用以解决现有移相器控制位数多、体积重量大和成本高的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种相控阵波束扫描分级移相方法，包括以下步骤：

3、根据相控阵中天线总数量，分为n组子阵，每组子阵对应m列天线；

4、相控阵的射频信号经分配放大器放大后，分配至n个移相器a，每个移相器a对应一组子阵；各移相器a分别根据对应的移相值对射频信号进行移相后输出至对应的分配器；

5、各分配器将移相后的射频信号分配给m个移相器b，各移相器b分别根据对应的移相值对移相后的射频信号再次进行移相后输出至相控阵对应天线。

6、基于上述方法的进一步改进，移相器a的移相值是根据移相器a所属子阵的第一列天线的理论移相值和移相器a的移相精度计算得到；移相器b的移相值是根据天线的理论移相值、所属子阵中移相器a的移相值和移相器b的移相精度计算得到。

7、基于上述方法的进一步改进，移相器b的移相位数是通过以下公式，在移相器b的各位移相值之和大于等于各组子阵的最大移相值的条件下计算得到：

8、δθppb+2δθppb+…+2s-1δθppb≥(m-1)δθmax

9、其中，s表示移相器b的移相位数，δθmax表示扫描最大角度时对应的相控阵列间相位差，δθppb表示移相器b的移相精度。

10、基于上述方法的进一步改进，移相器b的移相精度δθppb大于等于移相精度的极限值δθlimin，且小于等于扫描步进时对应的相控阵列间相位差δθmin；移相精度的极限值δθlimin通过以下公式计算得到：

11、δθlimin＝(nm-1)δθmax/2n

12、其中，n表示在一列天线对应一个移相器且不分级的情况下采用的移相器的总移相位数。

13、基于上述方法的进一步改进，移相器a的移相精度小于等于移相器b的相位裕量，移相器b的相位裕量是移相器b的各位移相值之和与各组子阵的最大移相值的差值。

14、基于上述方法的进一步改进，移相器a的移相位数是通过以下公式，在移相器a的各位移相值之和大于等于最后一个子阵的最大初始移相值的条件下计算得到：

15、δθppa+2δθppa+…+2r-1δθppa≥(n-1)mδθmax

16、其中，r表示移相器b的移相位数，δθmax表示扫描最大角度时对应的相控阵列间最大相位差，δθppa表示移相器a的移相精度。

17、基于上述方法的进一步改进，移相器a的移相值是根据移相器a所属子阵的第一列天线的理论移相值和移相器a的移相精度而得到，公式如下：

18、

19、其中，θai表示第i个移相器a的移相值，1≤i≤n，θm·(i-1)+1表示第i个移相器a所属子阵的第一列天线的理论移相值，δθppa表示移相器a的移相精度；int(·)表示取整函数；天线的理论移相值是根据相控阵列间相位差计算得到。

20、基于上述方法的进一步改进，移相器b的移相值是根据天线的理论移相值、所属子阵中移相器a的移相值和移相器b的移相精度计算得到，包括：

21、将移相器b对应天线的理论移相值减去移相器b所属子阵中移相器a的移相值，得到移相器b的理论移相值；

22、根据移相器b的移相精度，组合移相器b的各位移相值，获取最接近理论移相值的组合值，作为移相器b的移相值。

23、基于上述方法的进一步改进，相控阵列间相位差是通过以下公式，根据相控阵的最高工作频率、天线列间距和扫描角度计算得到：

24、δθ＝1.2f·d·sin(θ)

25、其中，δθ表示相控阵列间相位差，f表示相控阵的最高工作频率，单位是兆赫兹；d表示天线列间距，单位是米；θ表示扫描角度，单位是度。

26、另一方面，本发明实施例提供了一种相控阵波束扫描分级移相装置，从射频输入到移相输出之间，该装置依次包括：1个分配放大器、n个移相器a、n个分配器、n×m个移相器b；其中，分配放大器的输入端连接相控阵的射频输入，分配放大器的输出端连接n个移相器a的输入；每个移相器a的输出端连接对应的分配器的输入端；每个分配器的输出端连接m个移相器b；每个移相器b的输出端连接相控阵对应天线。

27、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：通过分级且按不同步进进行移相，减少两级移相器控制位数，相应地降低体积和重量，使用较低的成本，实现高可靠性和高稳定性的应用，有利于相控阵的小型化集成。

28、本发明中，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。本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。

技术特征：

1.一种相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器a的移相值是根据移相器a所属子阵的第一列天线的理论移相值和移相器a的移相精度计算得到；所述移相器b的移相值是根据天线的理论移相值、所属子阵中移相器a的移相值和移相器b的移相精度计算得到。

3.根据权利要求2所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器b的移相位数是通过以下公式，在移相器b的各位移相值之和大于等于各组子阵的最大移相值的条件下计算得到：

4.根据权利要求3所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器b的移相精度δθppb大于等于移相精度的极限值δθlimin，且小于等于扫描步进时对应的相控阵列间相位差δθmin；所述移相精度的极限值δθlimin通过以下公式计算得到：

5.根据权利要求3所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器a的移相精度小于等于移相器b的相位裕量，所述移相器b的相位裕量是移相器b的各位移相值之和与各组子阵的最大移相值的差值。

6.根据权利要求5所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器a的移相位数是通过以下公式，在移相器a的各位移相值之和大于等于最后一个子阵的最大初始移相值的条件下计算得到：

7.根据权利要求2所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器a的移相值是根据移相器a所属子阵的第一列天线的理论移相值和移相器a的移相精度而得到，公式如下：

8.根据权利要求2所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述移相器b的移相值是根据天线的理论移相值、所属子阵中移相器a的移相值和移相器b的移相精度计算得到，包括：

9.根据权利要求7所述的相控阵波束扫描分级移相方法，其特征在于，所述相控阵列间相位差是通过以下公式，根据相控阵的最高工作频率、天线列间距和扫描角度计算得到：

10.一种相控阵波束扫描分级移相装置，其特征在于，从射频输入到移相输出之间，该装置依次包括：1个分配放大器、n个移相器a、n个分配器、n×m个移相器b；其中，分配放大器的输入端连接相控阵的射频输入，分配放大器的输出端连接n个移相器a的输入；每个移相器a的输出端连接对应的分配器的输入端；每个分配器的输出端连接m个移相器b；每个移相器b的输出端连接相控阵对应天线。

技术总结
本发明涉及一种相控阵波束扫描分级移相方法及装置，属于相控阵技术领域，解决了现有技术中移相器控制位数多、体积重量大和成本高的问题。方法包括：根据相控阵中天线总数量，分为n组子阵，每组子阵对应m列天线；相控阵的射频信号经分配放大器放大后，分配至n个移相器A，每个移相器A对应一组子阵；各移相器A分别根据对应的移相值对射频信号进行移相后输出至对应的分配器；各分配器将移相后的射频信号分配给m个移相器B，各移相器B分别根据对应的移相值对移相后的射频信号再次进行移相后输出至相控阵对应天线。实现了分级扫描并减少了移相器控制位数，降低了移相器的体积重量和成本。

技术研发人员：杨贤松,邓友富,卫明,郑焘
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十六研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15