一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，包括发射通道、接收通道、开关矩阵、上定向天线、下定向天线，通过对射频发射通道、接收通道的融合以及上、下定向天线资源的合理调度，能够实现在一块射频模块中完成ACAS收发主机射频模块和S模式应答机模块的全部功能，减轻机载防撞及近地告警系统设备重量、体积、功耗、成本，增加设备可靠性和可扩展性。
【专利说明】一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块【技术领域】
[0001]本发明属于航空【技术领域】，特别涉及一种基于四单元相控阵天线复用的S模式应答机与ACAS收发主机射频模块综合系统。
【背景技术】
[0002]S模式应答机射频模块主要功能是通过上、下全向天线从地面ATC站和安装ACAS的飞机接收询问信号(频率1030MHz)，提供给信号处理模块解码、处理数据并按要求发送应答信号(频率1090MHz)。
[0003]ACAS收发主机射频模块主要功能通过上、下定向天线发射询问信号(频率1030MHz)，接收附近空域飞机上空管应答机的信号(频率1090MHz)，提供给信号处理模块完成对目标飞机的距离、速度、飞行高度、方位等信息的获取。
[0004]当前的机载防撞系统中，S模式应答机和ACAS收发主机是两个LRU(外场可替换单元)。在机载防撞及近地告警系统技术研究中为了减轻系统重量、体积、功耗、成本，需要将S模式应答机和ACAS收发主机综合到一个机箱里面，这就要求将这两个LRU的射频模块进行综合。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的在于提供一种基于四单元相控阵天线复用的射频模块综合系统，通过对射频发射通道、接收通道的融合以及上、下定向天线资源的合理调度，能够实现在一块射频模块中完成ACAS收发主机射频模块和S模式应答机模块的全部功能，减轻机载防撞及近地告警系统设备重量、体积、功耗、成本，增加设备可靠性和可扩展性。
[0006]本发明的发明目的通过以下技术方案实现:
[0007]—种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，包括发射通道、接收通道、开关矩阵、天线单元，射频综合模块根据基带处理模块的控制完成信号的发送与接收，其特征在于:
[0008]所述发射通道受基带处理模块控制选择产生1030MHz和1090MHz两种源信号，并根据基带处理模块的控制完成本机ACAS1030MHZ询问信号、S模式应答机1090MHz应答信号、1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号的移相、衰减、调制、放大;
[0009]所述接收通道接受其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号输出到ACAS接收机、S模式接收机；接受本机1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号送到ACAS接收机、S模式接收机的接收支路进行相位差计算用于发射通道与接收通道的校准；
[0010]所述开关矩阵通过射频电缆与天线单元相连，根据工作要求连接天线单元与发射通道和接收通道；
[0011]所述天线单元包含上定向天线 、下定向天线，上定向天线、下定向天线为四单元相控阵天线，两组天线完成下列功能:形成本机ACAS1030MHZ询问信号在空间定向辐射和S模式应答机1090MHz应答信号在空间的全向辐射；完成其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号的实时定向接收；根据基带处理模块控制选择上定向天线、下定向天线的一个单元形成本机1090MHz接收校准信号空间辐射，其余三个单元接收该接收校准信号。
[0012]依据上述特征，所述接收通道包含四通道ACAS接收机和两通道S模式接收机，其中四通道ACAS接收机完成对其他飞机1090MHz应答信号、本机1090MHz接收校准信号以及1090MHz发射校准信号的下变频处理及解包络处理；两通道S模式接收机完成对其他飞机1030MHz询问信号以及本机1030MHz发射校准信号的下变频处理及解包络处理。
[0013]依据上述特征，所述开关矩阵包括8个收发开关、4个上下定向天线发射选择开关、4个上下定向天线接收选择开关，用于实现本机ACAS1030MHZ询问信号、S模式应答机1090MHz应答信号的发射，其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号的接收以及各校准信号的收发。
[0014]依据上述特征，所述开关矩阵包含8个双工器、2个合路器，其他飞机1090MHz应答信号通过双工器实现四路应答信号实时流向ACAS接收机做下变频处理；1030MHz询问信号经过双工器，产生上下天线各四路1030MHz询问信号，通过两路合路器合成上下定向天线各一路1030MHz询问信号，实时流向S模式接收机做下变频处理。
[0015]依据上述特征，所述开关矩阵包含8个耦合器、2个发射校准开关，1030MHz、1090MHz发射校准信号经耦合器输出耦合信号，由发射校准开关选择输入用于供接收该发射校准信号的接收机做下变频处理。
[0016]依据上述特征，所述发射通道包含功分器，基带处理模块控制发射通道产生1030MHz和1090MHz两种源并完成调制后经过功分器一分四路，四路信号分别经过衰减器、移相器、功率放大链路输出给开关矩阵，实现定向或全向发射。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果在于本发明可以通过一块射频综合模块为机载防撞及近地告警系统提供ACAS收发主机射频模块和S模式应答机模块的全部功能，减轻机载防撞及近地告警系统设备重量、体积、功耗、成本，增加设备可靠性和可扩展性，同时对发射通道及接收通道校准。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的系统总体框图
[0019]图2为本发明的详细设计图
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0021]本发明一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块的硬件结构图如图1所示，包含一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，包括发射通道、接收通道、开关矩阵、天线单元，射频综合模块根据基带处理模块的控制完成信号的发送与接收。
[0022]发射通道受基带处理模块控制选择产生1030MHz和1090MHz两种源信号，并根据基带处理模块的控制完成本机ACAS1030MHZ询问信号、S模式应答机1090MHz应答信号、1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号的移相、衰减、调制、放大。
[0023]接收通道接受其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号输出到ACAS接收机、S模式接收机；接受1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号送到ACAS接收机、S模式接收机的接收支路进行相位差计算用于发射通道与接受通道的校准。
[0024]开关矩阵通过射频电缆与天线单元相连，根据工作要求连接天线单元与发射通道和接收通道。
[0025]天线单元包含上定向天线、下定向天线，上定向天线、下定向天线为四单元相控阵天线，两组天线完成下列功能:形成本机ACAS1030MHZ询问信号在空间定向辐射和S模式应答机1090MHz应答信号在空间的全向辐射；完成其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号的实时定向接收；根据基带处理模块控制选择一个单元形成1090MHz接收校准信号空间辐射，其余三个单元接收该接收校准信号。
[0026]图2为本发明的详细设计图，现结合该设计图对本发明的射频流程做一说明。
[0027]本机ACAS1030MHZ询问信号发射状态下，开关矩阵状态为:四路发射通道上下天线切换开关选择对应的上定向天线四单元或下定向天线四单元、八路收发开关置于发射状态。发射通道受基带处理模块控制选择产生1030MHz源，低功率1030MHz射频信号经功分器功分四路，然后在四路发射通道内完成信号的移相、衰减、调制、功率放大，最终通过四单元定向天线对外定向发射。
[0028]本机S模式应答机1090MHz应答信号发射状态下，开关矩阵状态为:四路发射通道上下天线切换开关选择对应的上天线四单元或下天线四单元，八路收发开关置于发射状态。发射通道受基带处理模块控制选择产生1090MHz源，低功率1090MHz射频信号经功分器功分四路，然后在四路发射通道内完成信号的调制、衰减、移相、功率放大，最终通过四单元定向天线对外全向发射。
[0029]其他飞机1090MHz应答信号接收状态下，开关矩阵状态为:八路收发开关置于接收状态、四路接收通道上下天线选择开关选择接收对应的上定向天线四单元或下定向天线四单元传输的信号，两路校准开关关闭。射频信号通过四单元定向天线接收后，在开关矩阵模块内通过1030/1090MHZ双工器实现四路接收信号(1090MHz)实时流向四通道ACAS接收机做下变频处理。
[0030]其他飞机1030MHz应答信号接收状态下，开关矩阵状态为:八路收发开关置于接收状态，四路接收通道上下天线选择开关选择接收对应的上定向天线四单元或下定向天线四单元传输的信号，两路校准开关关闭。射频信号通过四单元定向天线接收后，在开关矩阵模块内通过1030/1090MHZ双工器，产生上下天线各四路接收信号(1030MHz)，通过两路合路器合成上下定向天线各一路接收信号(1030MHz)，实时流向两通道S模式接收机做下变频处理。
[0031]本机1090MHz发射校准状态下，开关矩阵状态为:八路收发开关选择需要校准的通道对应天线置于发射状态、发射校准开关置于1090MHz发射校准状态。基带处理模块控制需要校准的通道发射1090MHz射频信号，该信号经耦合器输出耦合信号，由发射校准开关选择输入用于接收该校准信号1090MHz接收机做下变频处理并输入接收支路进行相位差及发射功率计算，实现1090MHz发射通道的校准。
[0032]本机1030MHz发射校准状态下，开关矩阵状态为:八路收发开关选择需要校准的通道对应天线置于发射状态、发射校准开关置于1030MHz发射校准状态。基带处理模块控制需要校准的通道发射1030MHz射频信号，该信号经耦合器输出耦合信号，由发射校准开关选择输入用于供接收该校准信号1030MHz接收机做下变频处理并输入接收支路进行相位差及发射功率计算，实现1030MHz发射通道的校准。。
[0033]本机1090MHz接收校准状态下，开关矩阵状态为:八路收发开关选择需要校准的通道对应天线置于发射状态、其余的天线置于接收状态，四路发射通道上下天线切换开关选择校准通道对应的上天线或下天线，四路接收通道上下天线切换开关选择接收对应的上天线或下天线传输的信号，发射校准开关关闭。基带处理模块控制需要校准的通道发射1090MHz射频信号，该信号在天线端通过空间耦合由其余通道接收，在开关矩阵模块内通过1030/1090MHZ双工器实现三路ACAS接收信号(1090MHz)实时流向ACAS接收机做下变频处理，输入接收支路进行相位差及发射功率计算，实现1090MHz接收通道的校准。
【权利要求】
1.一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，包括发射通道、接收通道、开关矩阵、天线单元，射频综合模块根据基带处理模块的控制完成信号的发送与接收，其特征在于: 所述发射通道受基带处理模块控制选择产生1030MHZ和1090MHz两种源信号，并根据基带处理模块的控制完成本机ACAS1030MHZ询问信号、S模式应答机1090MHz应答信号、1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号的移相、衰减、调制、放大； 所述接收通道接受其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号输出到ACAS接收机、S模式接收机；接受本机1030MHz发射校准信号、1090MHz发射校准信号、1090MHz接收校准信号送到ACAS接收机、S模式接收机的接收支路进行相位差计算用于发射通道与接收通道的校准； 所述开关矩阵通过射频电缆与天线单元相连，根据工作要求连接天线单元与发射通道和接收通道； 所述天线单元包含上定向天线、下定向天线，上定向天线、下定向天线为四单元相控阵天线，两组天线完成下列功能:形成本机ACAS1030MHZ询问信号在空间定向辐射和S模式应答机1090MHz应答信号在空间的全向辐射；完成其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号的实时定向接收；根据基带处理模块控制选择上定向天线、下定向天线的一个单元形成本机1090MHz接收校准信号空间辐射，其余三个单元接收该接收校准信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，其特征在于所述接收通道包含四通道ACAS接收机和两通道S模式接收机，其中四通道ACAS接收机完成对其他飞机1090MHz应答信号、本机1090MHz接收校准信号以及1090MHz发射校准信号的下变频处理及解包络处理；两通道S模式接收机完成对其他飞机1030MHz询问信号以及本机1030MHz发射校准信号的下变频处理及解包络处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，其特征在于所述开关矩阵包括8个收发开关、4个上下定向天线发射选择开关、4个上下定向天线接收选择开关，用于实现本机ACAS1030MHZ询问信号、S模式应答机1090MHz应答信号的发射，其他飞机1090MHz应答信号、1030MHz询问信号的接收以及各校准信号的收发。
4.根据权利要求1所述的一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，其特征在于所述开关矩阵包含8个双工器、2个合路器，其他飞机1090MHz应答信号通过双工器实现四路应答信号实时流向ACAS接收机做下变频处理；1030MHz询问信号经过双工器，产生上下天线各四路1030MHz询问信号，通过两路合路器合成上下定向天线各一路1030MHz询问信号，实时流向S模式接收机做下变频处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，其特征在于所述开关矩阵包含8个耦合器、2个发射校准开关，1030MHz、1090MHz发射校准信号经耦合器输出耦合信号，由发射校准开关选择输入用于供接收该发射校准信号的接收机做下变频处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于四单元相控阵天线复用的射频综合模块，其特征在于:所述发射通道包含功分器，基带处理模块控制发射通道产生1030MHz和1090MHz两种源并完成调制后经过功分器一分四路，四路信号分别经过衰减器、移相器、功率放大链路输出给开关矩 阵，实现定向或全向发射。
【文档编号】H04B1/38GK103684506SQ201310655749
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】张锋烽, 张俊强, 吴鑫炜 申请人:中国航空无线电电子研究所