[发明专利]一种空时调制阵列天线系统及其生产方法

说明书

本发明公开了一种空时调制阵列天线系统及其生产方法，所述系统包括天线单元与延时网络两者之间由同轴电缆相连接。其中延时网络提供系统所需的延迟时间来实现频率偏移，天线单元作为辐射单元辐射相应的信号能量。天线单元采用均匀的线性天线阵列实现空间调制，延时网络利用线性调频信号的频率特性实现时间调制，从而构成了空时调制阵列天线。本发明具有良好的信号频谱纯度，成本较低，易于实现，并且能较好的验证频控阵的扫描特性。本发明提供了一种新的频控阵实现方式，对于以后宽带、超宽带频控阵天线的实现奠定了良好的基础。

技术领域

本发明属于频控阵雷达技术领域，具体涉及一种空时调制阵列天线系统及其生产方法的设计。

背景技术

阵列天线技术在雷达、无线通信、声呐及导航等领域有着广泛的应用，根据实际应用的需求天线可以有不同的排列方式，最基本的可以分为线阵和面阵。与单个天线相比，阵列天线可以实现波束扫描、波束赋形以及多波束等功能。国内外科研工作者往往按照阵列天线的功能分类来进行性能和应用的研究，比如相控阵天线、频率扫描天线、自适应天线以及多入多出(MIMO)天线等。近些年来，在相控阵和MIMO基础上衍生的新型阵列吸引了广泛关注，比如相控阵-MIMO以及差分阵列等。这些新型阵列带来了更多的自由度和广泛的应用前景，也带来了许多需要探索和解决的问题。

相控阵雷达区别于传统机械扫描雷达，其优势之一在于可自由地实现波束的空间扫描，因而广泛地应用于雷达目标检测与成像应用。通常相控阵雷达每个阵元发射(或接收)的是同一信号，通过在每个阵元的输出端接入移相器进行波束方向控制，调整移相器的相移量便可实现波束的空域扫描。此外，还可以通过改变雷达系统的工作频率来实现波束扫描，即频率扫描天线。然而，相控阵、频率扫描天线和MIMO雷达都存在一个缺点：在每一扫描快拍内，波束指向在距离上是恒定的，也就是说波束指向与距离是无关的，不能利用线性相控阵雷达实现目标距离和方位角二维联合估计。但是在某些应用中，常常又期望阵列波束在同一快拍内能够以相同的角度指向不同的距离，这就需要波束的指向能够随距离的变化而变化。

频控阵雷达是近年来提出的一种新体制阵列雷达技术，与传统相控阵不同的是，频控阵通过在不同通道附加很小的频偏，使其波束图在远场成为随位置、角度和时间变化的函数。频控阵这种新波束的特征产生许多新的功能，它能够形成具有距离依赖性的发射波束，克服了传统相控阵雷达不能有效控制发射波束的距离指向问题，并具有很多独特的应用优势和广阔的发展应用前景。目前有很多关于频控阵雷达的实现方式，但不同的实现方式具有不同的系统性能特点。基于混频器步进频的实现方法，其镜像频率和射频与本振频率的交调影响将导致阵列信号的频谱纯度较差，容易导致后续的信号处理出现目标模糊问题。采用独立本振源的实现方式，需要考虑时钟抖动和相位噪声的影响问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种空时调制阵列天线系统及其生产方法，利用线性调频(LFM)信号特性与天线阵元之间的延迟关系，实现频控阵阵元间的微小频偏，利用空间与时间调制技术，实现频控阵的扫描特性。

本发明的技术方案为：一种空时调制阵列天线系统，包括天线单元与延时网络，其中延时网络包括1个输入端口和8个输出端口，其输入端口与线性调频信号源连接。

延时网络还包括内部时延微带线结构，内部时延微带线结构包括一根输入微带线，输入微带线的一端作为延时网络的输入端口，其另一端分别与2根次级微带线的一端连接；每根次级微带线的另一端分别与2根三级微带线的一端连接；每根三级微带线的另一端分别与2根输出微带线的一端连接；每根输出微带线的另一端作为延时网络的一个输出端口。每相邻两根输出微带线之间的延迟时间为t_d，每相邻两根三级微带线之间的延迟时间为2t_d，两根次级微带线之间的延迟时间为4t_d，t_d＝0.4ns。