[发明专利]提供用于组合操作的相控阵列间时间对齐的方法

说明书

提供了一种从多个相控阵列中创建时控阵列的方法。该方法包括以下步骤：将每个相控阵列相位转向到期望的指向；对从至少一个相控阵列接收到的信号施加处理，其中对信号施加处理包括基于参考对来自至少一个相控阵列的信号施加调整，以使处理后的信号与参考在时间上基本对齐；以及组合来自每个相控阵列的处理后的信号；其中，所述调整至少部分地基于期望的指向和相控阵列的相对位置而改变。

技术领域

本发明涉及相控阵列，尤其涉及非常大的相控阵列的改进。

背景技术

例如在某些海事应用中，需要非常大的碟形通信天线。例如，直径为2.4米的碟形天线并不少见。在这些应用中，还需要相当大的带宽，例如超过100MHz。

为了提高这些应用中的通信能力，需要转移到相控阵列的部署。然而，当相控阵列超过预定阈值大小时，在整个阵列上的拖尾效应导致必须限制所使用的带宽，以避免码元间干扰和由此导致的高数据错误率。

在其他应用中，通过提供足够小的相控阵列以使拖尾效应不足以破坏阵列的功能，该问题已得到解决。这样的应用包括商业电信和使用LEO卫星的卫星通信。

然而，仅提供小型相控阵列以避免拖尾的问题并不能解决问题本身，因此需要新的解决方案以提供某些海事应用中所期望的大型相控阵列，包括跨洋航行并需要对大带宽可靠访问的豪华游轮。

在本发明的上下文中，根据Randy L Haupt在IEEE出版的“Timed Arrays–Wideband and Time varying antenna arrays”中提出的定义来定义时控阵列。在该出版物的概述部分1中简要介绍了天线阵列以及相控阵列和时控阵列(timed array)之间的区别。在发明天线阵列之后不久，研究人员就通过改变在天线单元(element)处馈入的信号的相位来移动主波束进行了实验。人工波束转向最终导致了相控阵列的发明，在该相控阵列中，通过对所有天线单元施加预先计算的相位偏移，将主波束电子地转向至期望的方向。但是，相位是一个窄带概念。天线阵列的当今应用要求高数据速率和宽带宽。术语“时控阵列”适用于几类天线阵列，随着新技术的开发必须在时域中设计、分析、测试，而非在与相控阵列一起使用的稳态、时间谐波形式中，的，该天线阵列正变得越来越重要。时控阵列已被定义为“相控阵列的时域等效物”。

表明本领域技术人员理解的其他相关评论见于同一出版物的部分7，其中指出，当考虑宽带信号时，相移和时间延迟之间的区别变得非常重要。由正弦波表示的单音在参数中具有恒定的时间延迟和相移项。相移和时间延迟是余弦参数中的常量。相移是有界的，而时间延迟是无界的。当仅处理一个频率(窄带)时，相移和时间延迟是相同的。与时间延迟(2πft d)相关联的相移是频率的线性函数，并且具有相对于频率的恒定傅立叶变换。相反，信号时间延迟的傅立叶变换是频率的线性函数。在某些情况下，时间延迟也称为群延迟(包络延迟)。在这种情况下，它是分量相位失真的度量，作为频率的函数的通过分量的信号传输时间，通过分量的相位变化率的负值。

相控阵列使用移相器以在载波频率对主波束进行电子地转向。窄带信号可以由载波频率近似到合理的精度范围内。然而，在宽带信号中，信号包络具有远离载波延伸的频率分量。由于波束偏斜和脉冲色散，大型宽带相控阵列会使信号失真。将主波束转向到中心频率的(θs,фs的相移将主波束转向到不同频率的偏移位置。主波束指向误差是频率的函数，被称为波束偏斜并且与相控阵列的大小成正比。

因为信号从偏侧角入射，所以当它们不是同时到达所有天线单元时，就会发生脉冲色散。移相器将这些信号在相位上对齐，而不是在时间上对齐。结果，在阵列输出处将相移后的天线单元信号相加在一起会导致脉冲相干地相加，但也会导致脉冲随时间扩展。时间延迟使用了一些与移相器相同的技术，但时间延迟单元更复杂并且通常更大。

WO2010/007442描述了一种操作相控阵列并且能够从这样的系统中提取相位控制信号的方法。该相位控制信号可用于测量和跟踪正在接收的信号的某些方面。

发明内容