[发明专利]双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵

说明书

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，特别是一种双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵。

背景技术

时间调制天线是一种基于时间调制技术的四维天线。时间调制阵列天线是指在常规三维阵列天线设计中引入时间变量，通过接入阵元中的高速射频开关按照预定的开关工作时序去控制每一个天线单元的工作状态，使天线阵的口径尺寸随时间变化，即具有时间调制特性，从而增加了天线阵设计的自由度。时间调制天线阵将空间阵元的幅度和相位加权通过时间加权的方式实现，简化了馈电网络结构以及降低了馈电复杂度，此外，对时间的控制更加简单方便且精确度高。近年来，国内外学者展开了对时间调制天线阵的广泛研究，一方面研究采用新颖的时间序列和改进的优化算法来抑制边带效应实现低副瓣方向图综合，另一方面研究利用时间调制天线阵的多边带特性实现波束扫描、自适应波束形成、以及单脉冲测向等功能。时间调制天线阵由于引入了新的设计自由度—时间维，使其在现代无线系统中有着广泛的应用前景。

方向回溯天线是一种具有自跟踪波束扫描特性的智能天线，它能够自动跟踪来波方向，而不需要来波方向的先验知识和复杂的数字信号处理算法。方向回溯阵列的两种主要实现方式为范阿塔(Van Atta)天线阵和相位共轭天线阵。范阿塔天线阵由成对的阵列单元组成，单元天线关于几何中心对称排列，天线单元对用等长的传输线连接。范阿塔天线阵是基于相位梯度反转思想而来的，即天线单元接收的信号是由其成对的天线单元重新发射出去，由于没有依赖频率的元件且连接的传输线等长，使得它可以在很宽的频带范围内达到方向回溯特性，其主要的带宽限制是天线单元带宽。范阿塔天线阵设计简单且经济成本低，但只适用于平面入射波和平面结构情况。相位共轭天线阵利用外差混频的技术来完成相位共轭从而实现方向回溯功能，其相位共轭技术是波前重构，每个天线单元单独实现相位共轭而不依赖于天线对，这一特点使其适用于非平面入射波和非平面结构情况。此外，这种天线阵由于混频器的引入，可以对来波信号进行调制。方向回溯阵列天线由于其高增益、自动波束跟踪、多径抑制、多目标跟踪等方面的优越性能以及优异的性价比，使其在现代无线系统中有着广泛的应用前景。

由上可知，现有天线系统只能实现时间调制或者方向回溯单一功能，无法在同一天线阵列中实现时间调制、方向回溯和时间调制方向回溯三功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵，包括2N个天线单元、2N个单刀三掷开关、个三通道选择器、2N个移相器、2N个相位共轭混频器、一个2N路功率合成器、一个2N路功率分配器、接收机、本振源和开关控制电路，其中N为正整数；

每个天线单元与一个对应的单刀三掷开关相连，每个单刀三掷开关包括第一导通通道、第二导通通道和断开通道，所述开关控制电路与所有的单刀三掷开关相连，控制单刀三掷开关的周期性通断；每个单刀三掷开关的第一导通通道与一个对应的移相器相连，2N个移相器与一个2N路功率合成器相连，所述2N路功率合成器与接收机相连；

当N＝1，两个单刀三掷开关的第二导通通道与三通道选择器的两个输入端相连，三通道选择器的两个输出端分别与两个相位共轭混频器相连，两个相位共轭混频器均与二路功率分配器相连，所述二路功率分配器与本振源相连；

当N≥2，个三通道选择器为N层排列，第1～N层的三通道选择器数量分别为1～N个，相邻两层的较上一层三通道选择器的两个输出端分别与较下一层两个不同的三通道选择器的输入端相连，每层三通道选择器空出的两个输入端分别与两个单刀三掷开关的第二导通通道相连，第N层三通道选择器的2N个输出端分别与2N个相位共轭混频器相连，2N个相位共轭混频器均与2N路功率分配器相连，所述2N路功率分配器与本振源相连；

所述双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵为双频时间调制、双频方向回溯和双频时间调制方向回溯三功能可重构共孔径天线阵；当工作在双频时间调制天线阵模式时，所有单刀三掷开关的第一导通通道与断开通道处于周期性通断状态；当工作在双频方向回溯天线阵模式时，所有单刀三掷开关的第二导通通道处于导通状态；当工作在双频时间调制方向回溯天线阵模式时，所有单刀三掷开关的第二导通通道与断开通道处于周期性通断状态。

本发明与现有技术相比，其显著优点：