[发明专利]相控阵天线波束控制装置

说明书

本发明公开的一种相控阵天线波束控制装置，旨在提供一种功耗低、体积小，可靠性高、可扩展，通用性强的波束控制装置，本发明通过下述技术方案予以实现：n个回形连接器通过子卡间互联，固联在适配底板上连接TR组件控制接口、电源接口和端机控制接口，1‑n个信号处理子板分别固定在1‑n个回形连接器的回形镂空区中，形成信号处理子板嵌入回形连接器；适配底板通过TR组件控制接口匹配不同平台相控阵天线，被选信号处理子板通过TR组件控制接口和状态监测接口接收来自波束控制系统端机的通信指令，解析通信指令并计算波位码，控制时序输出至回形连接器，回形连接器将信号处理子板控制信号管脚通过适配底板扇出给需要控制的TR组件。

技术领域

本发明涉及测控、通信等领域，特别涉及一种相控阵天线波束控制装置。

背景技术

目前广泛的应用于测控、通信等领域的相控阵雷达，采用由多个天线单元（辐射器）组成的阵列天线，每一个天线单元带有一个移相器。波束控制系统是相控阵雷达不可或缺的一部分。波控系统的主要功能是控制相控阵天线波束的指向变化。它的天线是按一定规则排列的，通过移相器等来控制天线完成定向扫描。对于相控阵天线系统每个单元除了移相器之外，还包括天线阵面、射频收发组件和波束控制系统三个部分。天线单元的数目为MN个，用一个T/R组件控制两个天线单元，然后用单片机控制每个T/R组件，用单片机完成波控码的运算和控制。波控系统主要是在电子计算机的控制下，产生需要的波束指向代码，并送至移相器，完成波束的定向控制，属于电扫描。其基本工作原理是波束控制系统接收端机波束指向控制指令并根据波束指向算法计算出各个天线单元的幅度加权值和相位加权值，然后通过控制管脚输出控制信号实现射频收发组件幅度和相位控制。由于对天线单元的相位补偿可以抵消同一信号到达各个不同阵元而的时间差,使天线阵合成后的输出信号相互叠加，加达到输出信噪比最优。如果信号方向发生变化,只需要调整不同阵元的相位控制量就可使相控阵天线波束的最大指向发生改变，从而实现踪目标方向实时跟踪。相控阵天线中，由于相邻天线单元或者子线阵接收信号之间的相位差即含有目标（或辐射源）的角位置信息，因此，提取出这一相位误差，即可实现目标的空间定向。与对时间序列信号进行频率滤波一样，对从相控阵天线中多个单元上接收到的空间信号序列，可以进行空域滤波。这使得相控阵可以同时进行空间和时间二维信号处理。空间功率合成能力。在每一个天线单元上设置一个功率放大器或者锁相振荡器，只要维持它们的输出信号的相位相关性及要求的幅度分布，就可在空间实现功率合成。这一特点使得相控阵雷达在单部发射机功率有限的情况下也能获得要求的特大功率。实际的相控阵天线中，导致天线波瓣的副瓣电平恶化，增益损失、波束指向精度下降等的原因很多，如波束扫描时数字移相器的量化误差、天线幅相误差等因素。误差的来源很多，每一个器件、每一次加工装配都可能引入误差，通常又可分为系统误差和随机误差。系统误差产生的原因有天线阵面的扭曲、馈线系统的耦合、风力变形、辐射单元的系统安装误差等，它们对天线系统性能的影响可以实现严格计算和测量出来，并加以控制。这类误差往往呈现一定的周期性，它将导致辐射功率在某些特定的方向上集中，且主要影响天线的近区副瓣性能或引起周期性误差波瓣；减少这类系统误差的方法就是打破其系统性。系统误差源有：辐射单元之间的互耦引起单元的阻抗变化及驻波变化、阵面扭曲、馈电网络的结构不对称、子阵结构的不同、交叉极化、辐射元馈电结构的散射、移相器的量化误差等。随机误差具有随机性，它不能预先计算和测量而难以预先进行补偿。一般会影响天线的远区副瓣性能，即影响天线平均副瓣电平，最终限制天线性能。这类误差很小且难以控制，只能用统计学的方法研究其对天线性能的影响。随机误差源主要有：辐射单元加工误差及安装误差、天线阵面的不平度（表面公差）、移相器插入相移、馈电网络的幅相差、辐射单元失配效应、发射机的幅相误差、接收机的幅相误差、移相器插入损耗等。相控阵天线有大量的辐射单元，每个辐射单元通过移相器与激励器相连接。可控数字移相器是相控阵天线优越性能实现的关键,但由此引入的相位量化误差,严重影响了相控阵天线的波束指向精度。为了实现高精度的扫描波束指向控制以及低的副瓣特性，需要多位的数字控制，而位数越多，数字移相器和数字衰减器也越复杂。波束形成只与相控阵各单元之间的相对幅度和 相位值有关。为了验证相控阵天线波束指向的正确性，天线系统需要根据目标在天线坐标系中的方位角、俯仰角及阵元特性调整加权系数形成波束完成对目标的跟踪。相控阵天线波束指向方位角和俯仰角的计算对于载体移动通信天线，载体的姿态直接影响天线波束的指向。要使载体上天线波束始终指向通信卫星，就必须使天线波束指向不受载体姿态变化的影响，这就是所谓的天线波束跟踪。天线波束跟踪有各种体制，其中一种为开环控制，这种控制方式基于已知载体的姿态信息。