[发明专利]一种大型相控阵天线波束控制网络

说明书

本发明公开了一种大型相控阵天线波束控制网络。该网络基于大口径相控阵天线波束大角度扫描、高指向精度、大瞬时带宽的使用需求，对波束控制移相网络和时延网络进行综合设计，通过小步进移相网络和多级大步进时延网络拟合形成高吻合度相位分布曲线，在波束大角度扫描时兼有高指向精度、大瞬时带宽、低损耗、低成本等优点，满足大型相控阵波束控制使用需求，适用于大型相控阵列天线装备。

技术领域

本发明涉及相控阵天线波束控制技术领域，特别是指一种大型相控阵天线波束控制网络。

背景技术

波束控制网络是相控阵天线实现波束扫描的关键，通常由计算机控制相应的硬件设备产生特定波束指向所需要的波控编码，从而控制各个天线单元的移相器或时延器产生相移或延时，合成指定的天线波束。

目前，对大扫描角度、高指向精度、大瞬时带宽的大型相控阵天线的需求越来越迫切。由于相控阵口面增大导致天线波束宽度减小，提高了对指向精度的要求，因此需要大量小步进移相器或时延器组件实现高精度相移。此外，由于相控阵口面和波束扫描角度增大，受天线口径渡越时间影响信号瞬时带宽减小，因此需要足够时延总量的时延器实现大范围相移。可见，传统的大型相控阵波束控制网络需要小步进、大时延总量的时延器来实现，这会带来高损耗、高成本、大量的控制位，增加设计和实现难度。

为了满足工程成本的可实现性，需要选择费效比较低的方案，因此大扫描角度、高指向精度、大瞬时带宽的相控阵天线波束控制网络设计是目前工程应用中急需解决的关键技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种大型相控阵天线波束控制网络，其能够满足大型相控阵天线在大扫描角度、高指向精度、大瞬时带宽方面的要求，配合移相器实现时延网络的大步进和分级设计，并降低时延器单元的是实现难度，具有较优的费效比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大型相控阵天线波束控制网络，包括移相网络和时延网络，所述移相网络包括与相控阵天线的天线单元一一对应连接的移相器单元，所述时延网络包括多个层级，每一层级上均设有时延器单元，一组移相器单元通过一个分合路器与第一层级中的一个时延器单元连接，上一层级中的一组时延器单元通过一个分合路器与下一层级中的一个时延器单元连接，最后一个层级中的时延器单元通过一个分合路器与相控阵天线的射频输入/输出端口连接。

进一步地，移相器单元和各级时延器单元通过剩余法控制，具体方式为：

（A1）根据天线单元规模、位置、扫描角度和工作频点，通过下式计算得出各天线单元的理论相位分布：

phase₀(i)=d_i∙sin(θ)∙2π/λ

式中，phase₀(i)表示第i个天线单元的理论移相量，d_i表示第i个天线单元到参考点的距离，θ表示相控阵天线波束扫描角度，λ表示相控阵天线工作波长；

各天线单元获得的实际相位分布为对应通道上移相器单元的实际移相量与所有时延器单元对应频点移相量的总和：

phase(i)=p(i)∙step_p+ d₁(i₁)∙step_d1+d₂(i₂)∙step_d2+…+ d_n(i_n)∙step_dn

其中，phase(i)表示第i个天线单元的实际移相量，step_p和step_dn分别表示移相器单元的步进量和第n级时延器单元的步进量，p(i)表示第i个天线单元对应移相器单元的控制码，d_n(i_n)表示第i个天线单元对应第n级时延器单元的控制码；