本發(fā)明涉及相控陣，特別是涉及一種多波束相控陣接收系統(tǒng)和多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的相控陣天線中，波束形成通常采用模擬波束形成，多波束通常是在射頻完成的。采用模擬波束形成，一旦波束形成網(wǎng)絡(luò)方案確定之后，波束形狀、相鄰波束的相交電平和波束指向等便固定了，不容易改動。特別是當(dāng)要形成的波束數(shù)目較多時，硬件實現(xiàn)將變得十分復(fù)雜，且難以調(diào)整，要形成低副瓣的多波束或?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)波束指向或零點控制更為困難。近十多年來，隨著相控陣技術(shù)的迅速發(fā)展，采用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)波束形成受到了廣泛關(guān)注。數(shù)字波束成型技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與陣列天線技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一種空域濾波技術(shù)。與模擬波束形成相比，數(shù)字波束成型具有容易實現(xiàn)多波束、極低的副瓣電平、可根據(jù)覆蓋區(qū)域的變化進(jìn)行波束指向控制或波束重構(gòu)、可在較大掃描角度范圍內(nèi)靈活跳變以及在波束之間進(jìn)行功率分配、通道幅相誤差校正方便、自適應(yīng)干擾調(diào)零等一系列優(yōu)點。目前dbf系統(tǒng)己經(jīng)開始應(yīng)用于靜止軌道的大型通信衛(wèi)星。

2、數(shù)字波束成型通過在基帶上采用dsp或fpga來完成對各陣元信號的加權(quán)求和運(yùn)算，實現(xiàn)多波束形成。使用數(shù)字波束，創(chuàng)建多個同時波束相對較容易，理論上可產(chǎn)生無限數(shù)量的波束。實踐中，數(shù)字信號處理及相關(guān)功耗和成本不是無限的，這會限制波束數(shù)量或波束帶寬積。此外，數(shù)字波束中的波束數(shù)量可以隨時重新配置，這是模擬技術(shù)無法做到的。數(shù)字波束還支持更好的校準(zhǔn)和自適應(yīng)歸零。所有這些優(yōu)點使得數(shù)字波束對通信和雷達(dá)系統(tǒng)中的各種相控陣應(yīng)用非常有吸引力。但是，所有這些好處都是以增加成本和功耗為代價的。數(shù)字波束成型的計算需求是總體功耗的一個重要貢獻(xiàn)因素。數(shù)字波束成型須處理的數(shù)據(jù)量與元件數(shù)量、波束數(shù)量和信號的瞬時帶寬成正比。對于在高頻段頻率運(yùn)行的大型陣列，信號帶寬通常很大，數(shù)據(jù)負(fù)載非常高。

3、因此，如何結(jié)合數(shù)字波束成型技術(shù)和模擬波束成型技術(shù)的優(yōu)勢，解決數(shù)字波束成型技術(shù)帶來的功耗問題以及模擬波束成型技術(shù)帶來的難以形成多波束、無法重構(gòu)等問題，研究能夠在高頻段頻率運(yùn)行的更低功耗的多波束相控陣載荷成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種多波束相控陣接收系統(tǒng)和多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)。

2、一種多波束相控陣接收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括天線單元、第一變頻單元、第一混合波束成型單元以及第二變頻單元；

3、所述天線單元包括多個天線子陣以及與每一天線子陣連接的bulter矩陣，用于將接收的射頻輸入信號輸出至第一變頻單元進(jìn)行上變頻處理；所述bulter矩陣與第一變頻單元連接；

4、所述第一混合波束成型單元包括第一轉(zhuǎn)換模塊、波束形成模塊、第二轉(zhuǎn)換模塊和合路模塊；所述第一轉(zhuǎn)換模塊和所述第二轉(zhuǎn)換模塊分別包括多個多通道高速adc組件和多個多通道高速dac組件；所述第一轉(zhuǎn)換模塊用于對第一變頻單元輸出的上變頻信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并輸出至波束形成模塊；

5、所述波束形成模塊包括多個波束形成fpga；每一波束形成fpga分別與所述第一轉(zhuǎn)換模塊和所述第二轉(zhuǎn)換模塊連接；所述波束形成fpga之間通過高速環(huán)網(wǎng)組件連接；

6、所述合路模塊分別連接所述第二轉(zhuǎn)換模塊和所述第二變頻單元，所述第二變頻單元包括v變頻通道，用于輸出v頻段饋電信號至v頻段天線，通過v頻段天線輸出v頻段饋電信號。

7、一種多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第三變頻單元、第二混合波束成型單元、第四變頻單元以及天線單元；

8、所述第三變頻單元包括q變頻通道，用于獲取q頻段天線接收的q頻段饋電信號，并輸出多個波束至所述第二混合波束成型單元；

9、所述第二混合波束成型單元包括合路模塊、第三轉(zhuǎn)換模塊、波束形成模塊和第四轉(zhuǎn)換模塊；所述合路模塊分別連接所述第三轉(zhuǎn)換模塊和所述第三變頻單元；

10、所述波束形成模塊包括多個波束形成fpga；每一波束形成fpga分別與所述第三轉(zhuǎn)換模塊和所述第四轉(zhuǎn)換模塊連接；所述波束形成fpga之間通過高速環(huán)網(wǎng)組件連接；

11、所述第三轉(zhuǎn)換模塊和所述第四轉(zhuǎn)換模塊分別包括多個多通道高速adc組件和多個多通道高速dac組件；所述第四轉(zhuǎn)換模塊與所述第四變頻單元連接；

12、所述天線單元包括多個天線子陣以及與每一天線子陣連接的bulter矩陣，用于根據(jù)第四變頻單元輸出的上變頻信號輸出射頻發(fā)射信號；所述bulter矩陣與所述第四變頻單元連接。

13、上述多波束相控陣接收系統(tǒng)和多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)，利用bulter矩陣通過相移網(wǎng)絡(luò)幫助生成固定方向的波束，在與數(shù)字波束形成結(jié)合使用時，可以通過調(diào)節(jié)輸入信號實現(xiàn)更復(fù)雜的波束控制，滿足大規(guī)模多波束應(yīng)用的需求，adc負(fù)責(zé)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而fpga則對這些數(shù)字信號進(jìn)行處理，形成多個波束，fpga的可編程性和高度并行處理能力使得系統(tǒng)能夠在軟件層面上動態(tài)調(diào)整每個波束的方向、形狀和寬度，并且通過調(diào)整輸入信號的相位和幅度，bulter矩陣能夠在不改變硬件結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)不同的波束形狀，本發(fā)明系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)多個波束(特別是超過4個波束)的生成，還能夠靈活調(diào)整波束的方向和形狀，確保對多個目標(biāo)或區(qū)域的覆蓋。另一方面，bulter網(wǎng)絡(luò)屬于無源網(wǎng)絡(luò)，不會消耗功耗，且fpga的高效并行處理能力使得系統(tǒng)能夠以較低的功耗處理大量波束，相比傳統(tǒng)的模擬波束形成系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)在實現(xiàn)相同功能的情況下具有更低的功耗開銷。本發(fā)明實施例，較好的實現(xiàn)了功耗開銷和波束數(shù)量的平衡，功率需求趨于平穩(wěn)化，具有改變天線波束形狀的靈活性，即波束形狀捷變能力。

技術(shù)特征：

1.一種多波束相控陣接收系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括天線單元、第一變頻單元、第一混合波束成型單元以及第二變頻單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每一天線子陣接收射頻輸入信號，并通過低噪聲放大器將所述射頻輸入信號傳輸至對應(yīng)連接的bulter矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一變頻單元包括多組第一變頻通道，每組第一變頻通道與對應(yīng)的bulter矩陣連接，用于對bulter矩陣輸出的多路信號進(jìn)行下變頻處理，并將多路下變頻信號分別輸出至對應(yīng)的多通道adc。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一轉(zhuǎn)換模塊中每一多通道高速adc組件包括多個多通道高速adc，每一多通道高速adc接收下變頻信號，輸出數(shù)字信號；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二變頻單元用于對每一混合波束進(jìn)行上變頻處理，輸出v頻段饋電信號。

6.一種多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第三變頻單元、第二混合波束成型單元、第四變頻單元以及天線單元；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三變頻單元用于對輸入信號進(jìn)行下變頻處理，形成多個波束。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述合路模塊用于接收第三變頻單元輸出的波束，將每一波束分別輸出至第三轉(zhuǎn)換模塊；所述第三轉(zhuǎn)換模塊包括至少兩個多通道高速adc；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第四變頻通道包括多組第四變頻通道，每組第四變頻通道與對應(yīng)的bulter矩陣連接，用于對模擬信號進(jìn)行下變頻處理，并將下變頻信號輸出至對應(yīng)連接的bulter矩陣。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述bulter矩陣用于對所述第四變頻通道輸出的下變頻信號進(jìn)行處理，并輸出多個射頻發(fā)射信號至對應(yīng)的天線子陣，通過所述天線子陣發(fā)射所述射頻發(fā)射信號。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種多波束相控陣接收系統(tǒng)和多波束相控陣發(fā)射系統(tǒng)。系統(tǒng)包括天線單元、第一變頻單元、第一混合波束成型單元以及第二變頻單元；天線單元包括多個天線子陣以及與每一天線子陣連接的BULTER矩陣，用于將接收的射頻輸入信號輸出至第一變頻單元進(jìn)行上變頻處理；第一混合波束成型單元包括第一轉(zhuǎn)換模塊、波束形成模塊、第二轉(zhuǎn)換模塊和合路模塊；第一轉(zhuǎn)換模塊用于對第一變頻單元輸出的上變頻信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并輸出至波束形成模塊；波束形成模塊包括多個波束形成FPGA；波束形成FPGA之間通過高速環(huán)網(wǎng)組件連接；合路模塊分別連接第二轉(zhuǎn)換模塊和第二變頻單元，第二變頻單元用于輸出V頻段饋電至V頻段天線。采用本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)功耗開銷和波束數(shù)量的平衡。

技術(shù)研發(fā)人員：陳建中,胡宇波,陶偉,湯剛剛,湯瑋珉,楊宏博,朱湘蘭,呂亞靜,張玉奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南鯨瓴智聯(lián)信息技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10