[发明专利]用于时间调制阵列的边带辐射抑制方法及天线系统

说明书

本发明提供一种用于时间调制阵列的边带辐射抑制方法及天线系统，其结构主要包括天线单元、N个射频功率放大器、N个移相器、1个基于概率的时间调制器、1个1分M功分器、1个基带信号发生器、1个混频器、1个本振源和一个控制器。与传统时间调制阵列相比，本发明的时间调制波形是非周期性的随机时序，从而最大程度地降低边带辐射电平；在确定了每个天线单元处于辐射状态的概率后，其对应的时序可随机产生，不需要复杂的优化算法；基于本发明的时间调制阵列，其辐射信号具有方向调制特性，即对于不同角度，其辐射信号是不同的，可以用于物理层保密无线通信系统；本发明最大优势在于边带辐射信号与加性高斯白噪声极其相似，具有极高的随机性。

技术领域

本发明涉及天线工程技术领域，特别是涉及一种用于时间调制阵列的边带辐射抑制方法，可用于雷达、通信领域要求低副瓣低边带方向图的场合，也可用于射频隐身、物理层保密通信系统中。

背景技术

在现代雷达和通信的实际工程应用场景中，为了减少信号间的干扰或者降低发射信号被窃听者接收的风险，往往需要天线阵列的辐射方向图是低副瓣的。然而传统相控阵想要实现超低副瓣的辐射方向图是极其困难的。时间调制阵列是一种新的通过时间平均的思想来实现超低副瓣辐射方向图的技术。时间调制阵列在1963年提出由W.H.Kummer在“Ultra-Low Sidelobes from Time-Modulated Arrays”提出，其将时间作第四维变量引入到传统的天线阵列当中，通过每个天线单元导通的时间长短，来等效控制每个天线单元端口馈入的平均功率，从而在中心频点实现了具有极低副瓣电平的辐射方向图。但是，由于每个天线单元采用周期性的时间调制波形，在辐射的中心频点附近，伴随着一系列的边带辐射。对于接收，边带辐射会对期望接收信号产生干扰，影响接收信号的性能。

在实现对副瓣辐射方向图的同时，为了抑制边带辐射，目前已经有大量文献提出了一系列的边带辐射抑制方法。主要从两个角度作为切入点进行研究：一个是研究高效率的优化算法，比如遗传算法、差分进化算法、粒子群算法、模拟退火算法等，对边带辐射电平进行优化；一个是探索更多的时间调制波形设计自由度，除了传统的脉冲宽度外，还有脉冲平移、脉冲整形、脉冲分裂、二进制优化时序、非均匀时间调制等。目前，最简单且有效的方法就是非均匀时间调制，它首先于2015年由C.He等人在“Sideband Radiation LevelSuppression in Time-Modulated Array by Nonuniform Period Modulation”一文中提出。相对于以往的均匀的时间调制频率而言，该技术对于不同的天线单元采用了不同的时间调制频率，因此不同的天线单元产生的谐波辐射的频率是不相同的，自然在自由空间中就不能够有效的叠加，从而在不需要复杂优化方法的前提下，就能够大大地抑制边带辐射。目前所有关于边带辐射抑制的方法都是基于周期性的时间调制方案的前提下展开的。我们知道，对于周期性的波形，通过傅里叶变换到频域，始终会存在一系列的离散频谱，这是时间调制阵列产生边带辐射的根本。尽管非均匀时间调制技术使得不同天线单元的边带辐射不能够有效的叠加，但是仍然会有明显的谐波辐射的出现。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于时间调制阵列的边带辐射抑制方法及天线系统。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种用于时间调制阵列的边带辐射抑制方法，其对应的时间调制阵列天线系统包含N个天线单元1、N个射频功率放大器2、N个移相器3、1个基于概率的时间调制器4、1个1分M功分器5、1个基带信号发生器6、1个混频器7、1个本振源8和一个控制器9，其中N，M均为正整数，M小于等于N；