[实用新型]一种多波束形成网络装置

说明书

本实用新型涉及一种相控阵天线设备所使用的多波束形成网络装置。

利用同一天线口径形成多个独立的发射波束和接收波束是相控阵天线的一个优点，多波束形成馈电网络能同时产生覆盖大扇形空间的多个波束。对于相同的波束指向，每个波束基本上具有与相同尺寸和照射的单波束阵的增益。多波束形成馈电网络都提供一个分离的波束终端。但现有的各种多波束形成馈电网络存在着各种问题。(M.I.斯科尔尼克，《雷达系统导论》，国防工业出版社，1992年2月，p.258～265)如Blass多波束形成网络需要满足Allen正交准则，且结构较复杂，六单元四波束的Blass多波束形成网络需要二十四个定向耦合器。图1是Bulter四单元四波束形成网络的示意图。L1、L2、R1、R2为波束，V1、V2为-45°移相器，D1、D2、D3、D4为3dB定向耦合器，Y1、Y2、Y3、Y4为天线阵列单元。Bulter多波束形成网络存在着难以克服的相移跳变问题，如图1所示，波束L2的输出相移为[135°，0°，225°，90°]，中间存有非常明显的相移反跳变。

本实用新型的目的在于提供一种原理简单，没有相移跳变且相移严格线性渐变的主要由功率分配/合成器构成的多波束形成网络装置。

本实用新型包括B个1分N路功率分配器，N×B个移相器和N个B路合1功率合成器，其中B为波束数，N为天线阵列单元数；载频信号经过1分N路功率分配器后分成N路信号，每一路信号经过指定的移相器后到达相应的B路合1功率合成器的输入端，同一功率分配器分出的N路信号通过的移相器所产生的移相值是线性渐变的，信号最后经过B路合1功率合成器输出到相应的天线阵列单元形成波束的扫描。

为了更好地实现本实用新型的目的，可以在每一路分出的信号中的移相器和B路合1功率合成器的输入端之间加一个隔离器。

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是Bulter四单元四波束形成网络的示意图。

图2是本实用新型的原理图。

如图2所示，这是一个三单元四波束形成网络装置的原理图，B1、B2、B3、B4为任意载频信号，F1、F2、F3、F4为一分三路功率分配器，H1、H2、H3、H4为三路合一功率合成器，N1、N2、N3为天线阵列单元，为叙述方便，以其中一路载频信号B1为例，E1、E2、E3是移相器，G1、G2、G3是隔离器。载频信号B1经过功率分配器F1后分成三路信号，第一路信号经过移相器E1和隔离器G1后到达功率合成器H1的输入端，再经功率合成器H1后输出到天线阵列单元N1；第二路信号经过移相器E2和隔离器G2后到达功率合成器H2的输入端，再经功率合成器H2后输出到天线阵列单元N2；第三路信号经过移相器E3和隔离器G3后到达功率合成器H3的输入端，再经功率合成器H3后输出到天线阵列单元N3，信号经天线阵列单元发射后即可产生波束的扫描。在此，移相器E1的移相值为0，移相器E2的移相值为α，移相器E3的移相值为2α，因此在理论上载频信号B1在天线阵列单元输出的信号相移是[0，α，2α]，载频信号B2、B3、B4的处理过程与B1类似，经天线阵列单元发射后即可产生多波束。根据图2的原理，如果要设计一个N单元B波束形成网络，我们可以用B个1分N路功率分配器和N个B路合1功率合成器以及N×B对移相器隔离器来构造此网络。

本实用新型原理及构造简单，成本低，由图2可以看出，载频信号经过多波束形成网络装置在天线阵列单元输出的信号相移是严格线性变化的，没有产生相移的跳变，此外，由于这种多波束形成网络装置的主要构件是功率分配/合成器，所以可以根据天线阵列的设计参数和波束数方便地选择相应的功率分配/合成器来构造适当的多波束形成网络，例如要构造一个四单元六波束的波束形成网络，可以用六个一分四路功率分配器和四个六路合一功率合成器以及二十四对相应的移相器和隔离器来构造，这使得相控阵天线的设计具有了极大的灵活性。