[发明专利]基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统

权利要求书

1.一种基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，包括依次连接的收发天线、射频模块和基带信号处理及控制板，其中，

所述收发天线包括：数字超表面阵列和功分馈电网络，功分馈电网络与数字超表面阵列连接，数字超表面阵列与基带信号处理及控制板连接；

所述射频模块包括：收发开关、接收通道和发射通道，功分馈电网络与收发开关连接，接收通道和发射通道分别与收发开关连接；

所述基带信号处理及控制板，用于调制数字超表面阵列的每个单元的时序及编码，所述基带信号处理及控制板分别与所述接收通道和发射通道连接。

2.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述数字超表面阵列共包含M*N个单元，数字超表面阵列上每一个单元都分别对应独立的一路控制信号，总计M*N个控制信号都由所述基带信号处理及控制板上的FPGA来提供。

3.如权利要求2所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述数字超表面阵列的每个单元包括交替排列的4层金属结构层和3层介质层，从上至下依次为：集成了PIN二极管的金属辐射贴片层、上层介质基板、偏置控制网络层、半固化介质粘结片、金属地板层、下层介质基板、功分馈电网络层。

4.如权利要求3所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述金属辐射贴片由同轴的内层和外层的两个椭圆环构成，并在内外交界处集成了两个PIN二极管；外层的椭圆环通过金属化过孔与金属地板层相连接；内层的椭圆环与偏置控制网络层相连接。

5.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述功分馈电网络层采用微带功分网络、波导功分网络或基片集成波导功分网络和空间馈电的任一种形式。

6.如权利要求3所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述偏置控制网络层对所述PIN二极管施加高低两种偏置电压，使得数字超表面阵列的每个单元的辐射波束呈现出0度和180度两种不同的相位，分别用于对应数码“0”和数码“1”。

7.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述接收通道上包括依次连接的低噪声放大器、下变频器、低噪声放大器与模数转换器；

发射通道上包括依次连接的数模转换器、低通滤波器、上混频器和功率放大器。

8.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述基带信号处理及控制板包括：FPGA和分别与所述FPGA连接的FPGA外围电路、串口通信以及电源系统，其中，所述FPGA的输出引脚通输出0V低压电平或3.3V高压电平，用于驱动所述PIN二极管。

9.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述基带信号处理及控制板，用于当信号从不同方向入射到数字超表面阵列上，经过时间调制后，将产生不同特征的谐波分量；通过建立信号入射方向与产生的谐波分量特征之间的数学关系，以通过谐波特征估计出准确的信号入射方向。

10.如权利要求1所述的基于时间调制数字超表面的DBF相控阵系统，其特征在于，所述基带信号处理及控制板，用于采用基于时间调制的单通道信号恢复方法，通过接收信号中的基波分量与谐波分量来重建数字超表面阵列的接收信号的自相关矩阵，利用与时间调制时序相关的谐波系数矩阵及最小二乘方法，将中频谐波信号变换为中频阵列接收信号；最后，待恢复数字超表面阵列上各单元接收的中频信号后，即采用最小方差准则、最小方差无失真响应及直接矩阵求逆的方法实现自适应波束形成。