一种相控阵天线的拓扑合成单元及拓扑合成网络

摘要

本发明公开了一种相控阵天线的拓扑合成单元及拓扑合成网络，属于雷达技术领域，其中拓扑合成单元包括：两组切换单元，每组切换单元包括第一切换模块和第二切换模块，其中第一切换模块和第二切换模块都包括两种连接状态；其中一组切换单元中的一个切换模块，与另外一组切换单元中的一个切换模块连接；该相控阵天线的拓扑合成单元通过设置两组切换单元，每组切换单元包括具有两种连接状态的第一切换模块和第二切换模块，并将一组切换单元中的一个切换模块，与另外一组切换单元中的一个切换模块连接，这样通过改变切换单元的连接状态从而改变相控阵天线的信号合成结果，实现相控阵天线方位合成或俯仰合成的合成方式瞬时可重构。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种相控阵天线的拓扑合成单元及拓扑网络。

背景技术

近年来相控阵天线实现了模拟相控阵向数字相控阵的进步，其中模拟相控阵对所有天线对应的接收通道合成为接收波束后进行数字化采样，而数字相控阵是对每个天线或每若干个天线对应的接收通道先进行数字化采样再进行数字化接收波束形成。其中对每个接收通道进行数字化采样的相控阵叫做单元级数字化相控阵；对每若干个接收通道合成后进行数字化采样的相控阵叫做子阵级数字化相控阵，其中每个子阵包含若干个接收通道，一般数目为2、4、8等。

对于子阵级数字化相控阵，一般先对若干个通道进行合成，合成方式有行合成（即每一行当中若干个通道先进行合成）、列合成（即每一列当中若干个通道先进行合成）、行列合成（即若干行若干列的矩形形状内的所有通道进行合成）。由于未合成的另一个维度拥有较高的自由度，可以实现数字多波束等功能，因此在以上三种合成方式中行合成和列合成应用场景较多。

根据子阵级数字化相控阵天线在方位或俯仰上的自由度需求，相控阵天线可能会设计成方位合成或俯仰合成。但子阵级数字化相控阵天线目前一般仅设计成行合成或列合成中的一种，无法在方位和俯仰上同时拥有较高的自由度，因此一种可实现相控阵天线方位合成或俯仰合成方式瞬时可重构的合成网络亟待研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能够实现相控阵天线方位合成或俯仰合成的合成方式瞬时可重构的相控阵天线的拓扑合成单元以及拓扑合成网络。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种相控阵天线的拓扑合成单元，包括：两组切换单元，每组切换单元包括第一切换模块和第二切换模块，其中第一切换模块和第二切换模块都包括两种连接状态，第一切换模块和第二切换模块的输入端连接不同的输入通道；

在一组切换单元中，第一切换模块和第二切换模块的输出端与同一个合成器连接；

其中一组切换单元中的一个切换模块，与另外一组切换单元中的一个切换模块连接。

作为一种可选的实施例，所述第一切换模块包括第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关，其中第一单刀双掷开关的动端与第一信号输入端连接，所述第一单刀双掷开关的第一不动端与所述第二单刀双掷开关的第一不动端连接，所述第一单刀双掷开关的第二不动端与所述第二单刀双掷开关的第二不动端连接，所述第二单刀双掷开关的动端与第一合成器的输入端连接。

作为一种可选的实施例，所述第一单刀双掷开关的第一不动端与所述第二单刀双掷开关的第一不动端直接连接，所述第一单刀双掷开关的第二不动端与所述第二单刀双掷开关的第二不动端通过延时线连接。

作为一种可选的实施例，所述第二切换模块包括第三单刀双掷开关和第四单刀双掷开关，其中，第三单刀双掷开关的动端与第二信号输入端连接，所述第三单刀双掷开关的第一不动端与所述第四单刀双掷开关的第一不动端连接，所述第四单刀双掷开关的动端与所述第一合成器的输入端连接。

作为一种可选的实施例，所述第三单刀双掷开关的第一不动端与所述第四单刀双掷开关的第一不动端直接连接。

作为一种可选的实施例，其中一组切换单元中的第三单刀双掷开关的第二不动端，与另外一组切换单元中的第四单刀双掷开关的第二不动端通过延时线连接。

作为一种可选的实施例，其中一组切换单元中的第四单刀双掷开关的第二不动端，与另外一组切换单元中的第三单刀双掷开关的第二不动端通过延时线连接。

作为一种可选的实施例，所有延时线的长度相同。

另一方面，本发明提供一种相控阵天线的拓扑合成网络，其特征在于：包括六个上述任意一项实施例所述的相控阵天线的拓扑合成单元；每个拓扑合成单元包括四个输入端和两个输出端；其中四个拓扑合成单元的输入端连接输入通道，该四个拓扑合成单元的每个输出端分别与另外两个拓扑合成单元的输入端独立连接。

另外，可选的，上述拓扑合成网络中的六个拓扑合成单元的输入端至少有1个接负载置零。

本发明相对于现有技术的有益效果是：该相控阵天线的拓扑合成单元通过设置两组切换单元，每组切换单元包括具有两种连接状态的第一切换模块和第二切换模块，并将一组切换单元中的一个切换模块，与另外一组切换单元中的一个切换模块连接，这样通过改变切换单元的连接状态从而改变相控阵天线的信号合成结果，实现相控阵天线方位合成或俯仰合成的合成方式瞬时可重构，并可以根据相控阵天线当前时刻对方位或俯仰灵活度的需求瞬时切换。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的相控阵天线的拓扑合成单元的示意图；

图2本申请一实施例提供的4×4通道的相控阵天线的拓扑合成网络的示意图；

图3为申请一实施例提供的8×8通道的相控阵天线的拓扑合成网络的示意图；

图4为申请一实施例提供的

图中，10-切换单元；20-切换单元；101-第一切换模块；102-第二切换模块；30-第一单刀双掷开关；40-第二单刀双掷开关；50、70-第三单刀双掷开关；60、80-第四单刀双掷开关；301-第一单刀双掷开关的不动端；302-第一单刀双掷开关的第一不动端；303-第一单刀双掷开关的第二不动端；401-第二单刀双掷开关的不动端；402-第二单刀双掷开关的第一不动端；403-第二单刀双掷开关的第二不动端；501-第三单刀双掷开关的不动端；502-第三单刀双掷开关的第一不动端；503、703-第三单刀双掷开关的第二不动端；601-第四单刀双掷开关的不动端；602-第四单刀双掷开关的第一不动端；603、803-第四单刀双掷开关的第二不动端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

参照图1，图1是实施例提供的相控阵天线的拓扑合成单元的示意图，本实施例提供一种相控阵的拓扑合成单元，该拓扑合成单元包括切换单元10和切换单元20，切换单元10和切换单元20的结构相同，下面以切换单元10为例举例说明。

切换单元10包括第一切换模块101和第二切换模块102，第一切换模块101和第二切换模块102的输入端连接不同的输入通道，在本实施例中，第一行的两个通道分别用A1、A2表示，第二行的两个通道分别用B1、B2表示（A、B表示行的数目，1、2表示列的数目）。第一切换模块101的输入端连接的是A1通道的信号，第二切换模块102的输入端连接的是A2通道的信号。

另外，第一切换模块101和第二切换模块102都包括两种连接状态，不同的连接状态对应不同的信号合成结果。

进一步的，切换单元10中的第一切换模块101和第二切换模块102的输出端与同一个合成器连接；同理，切换单元20中的两个切换模块的输出端也与同一个合成器连接，即该相控阵天线有两路输出信号。

下面对各个切换模块做具体介绍。

如图1所示，第一切换模块101包括第一单刀双掷开关30和第二单刀双掷开关40，其中第一单刀双掷开关30的动端301与A1连接，第一单刀双掷开关30的第一不动端302与第二单刀双掷开关40的第一不动端402直接连接，第一单刀双掷开关30的第二不动端303与第二单刀双掷开关40的第二不动端403通过延时线连接，第二单刀双掷开关40的动端401与合成器的输入端连接。

进一步的，第二切换模块102包括第三单刀双掷开关50和第四单刀双掷开关60，其中，第三单刀双掷开关50的动端501与A2连接，第三单刀双掷开关50的第一不动端502与第四单刀双掷开关60的第一不动端602直接连接，第四单刀双掷开关60的动端601，与上述第二单刀双掷开关40的动端401连接的合成器连接。

由于第二切换单元20的结构与第一切换单元10的相同，故在本实施例中，对于第二切换单元20的结构就不在赘述。

为了能够实现相控阵天线方位合成或俯仰合成的合成方式瞬时可重构，并根据相控阵天线当前时刻对方位或俯仰灵活度的需求瞬时切换，切换单元10中的第三单刀双掷开关50的第二不动端503，与切换单元20中的第四单刀双掷开关80的第二不动端803通过延时线连接。

切换单元10中的第四单刀双掷开关60的第二不动端603，与切换单元20中的第三单刀双掷开关70的第二不动端703通过延时线连接。

需要说明的上述的所有的延时线的长度均相同，这样能够保证信号的相位一致，从而合成时没有相位差。

当所有单刀双掷开关处于图1中所示状态时，两个合成端分别输出A1+A2和B1+B2，即实现行合成；当所有单刀双掷开关处于另一状态时，两个合成端分别输出A1+B1和A2+B2，即实现列合成。因此，该拓扑合成单元可以实现2×2通道的相控阵天线方位合成或俯仰合成方式瞬时可重构。

由以上实施例可以看出，该相控阵天线的拓扑合成单元通过设置两组切换单元，每组切换单元包括具有两种连接状态的第一切换模块和第二切换模块，并将一组切换单元中的一个切换模块，与另外一组切换单元中的一个切换模块连接，这样通过改变切换单元的连接状态从而改变相控阵天线的信号合成结果，实现相控阵天线方位合成或俯仰合成的合成方式瞬时可重构，并可以根据相控阵天线当前时刻对方位或俯仰灵活度的需求瞬时切换。

参照图2，本实施例还提供一种4×4通道的相控阵天线的拓扑合成网络，该4×4通道的拓扑合成网络是建立在上述实施例的2×2通道的拓扑合成单元的基础上的，为了方便阐述，以下将上述2×2通道的拓扑合成单元称之为基本合成单元，附图中的基本合成单元也表示上述2×2通道的相控阵天线的拓扑合成单元。

由图2可以看出，将每4个临近的通道通过基本合成单元合成两路可变输出（分别为行合成和列合成）。再将合成后的可变输出通过基本合成单元进行二次合成，其中第一行和第三行的可变输出进行二次合成，第二行和第四行的可变输出进行二次合成。最终4个合成端口分别输出1到4行的合成结果，左上的输出为A1+A2+A3+A4，右上的输出为C1+C2+C3+C4，左下的输出为B1+B2+B3+B4，右下的输出为D1+D2+D3+D4；或1到4列的合成结果，左上的输出为A1+B1+C1+D1，右上的输出为A3+B3+C3+D3，左下的输出为A2+B2+C2+D2，右下的输出为 A4+B4+C4+D4。

由基本合成单元还可构成更多通道的拓扑合成网络，图3为8×8通道的相控阵天线方位合成或俯仰合成方式瞬时可重构拓扑合成网络。为减少框图的复杂度，每4×4通道的网络用一个框图替代，其内部内容为图2中的4×4通道拓扑合成网络。由图可见，通过4个4×4通道拓扑合成网络和4个基本合成单元可完成8×8通道的相控阵天线方位合成或俯仰合成方式瞬时可重构拓扑合成网络的构建，最终8个合成端口分别输出1到8行的合成结果或1到8列的合成结果。

依据这种拓展方法，在

另外，当需要构建的通道数量不等于

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。