一种低成本双极化相控阵天线及处理方法

摘要

本发明公开了一种低成本双极化相控阵天线及处理方法，其中，低成本双极化相控阵天线，包括电连接的双极化天线阵面、极化开关模块、极化控制模块、T/R模块、收发开关、功率分配网络、功率合成网络和激励信号产生模块；极化开关模块位于双极化天线阵面和T/R模块之间，以通过极化开关模块的开闭实现工作模式的切换。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中的双极化相控阵天线成本高、有限空间下实现难度大的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双极化相控阵天线，特别是一种低成本双极化相控阵天线及处理方法。

背景技术

相控阵天线由于其可靠性高、波束捷变能力强等优点，被广泛应用于雷达目标探测及跟踪。双极化相控阵天线可以获取目标的极化特征，从而提高相控阵雷达的目标识别和抗干扰能力，是近年来相控阵天线的发展方向之一。常规双极化相控阵天线一般采用分时极化、单发双收、双发双收等三种方式。分时极化方式采用单通道发射单通道接收收发模块，利用极化开关实现雷达发射脉冲间的极化切换，成本较低，其缺点是不能同时获取目标的极化特征，不适用于目标极化特性快变化的场景；单发双收方式采用单通道发射双通道接收模块，相比分时极化，提高了同极化及交叉极化信息获取能力，成本适中；双发双收方式采用双通道发射双通道接收模块，可以同时获取目标的极化散射矩阵，但通道数翻倍，成本高，且在雷达空间限制的情况下，由于收发通道数加倍，工程实现难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本双极化相控阵天线及处理方法，以解决现有技术中的双极化相控阵天线成本高、有限空间下实现难度大的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种低成本双极化相控阵天线，包括电连接的双极化天线阵面、极化开关模块、极化控制模块、T/R模块、收发开关、功率分配网络、功率合成网络和激励信号产生模块；极化开关模块位于双极化天线阵面和T/R模块之间，以通过极化开关模块的开闭实现工作模式的切换。

进一步地，双极化天线阵面包括多个阵面，各阵面均包括水平极化和垂直极化，极化开关模块包括多个极化开关模块，多个阵面与多个极化开关模块一一对应地设置。

进一步地，多个阵面包括阵面A和阵面B，多个极化开关模块包括极化开关模块A和极化开关模块B，极化开关模块A和阵面A相对应地连接，极化开关模块B和阵面B相对应地连接。

进一步地，极化开关模块与T/R模块电连接，T/R模块可将激励信号进行幅相调制并放大后输出且T/R模块可将天线接收的雷达回波信号低噪声放大并移相后输出。

进一步地，收发开关包括第一收发开关和第二收发开关，T/R模块与第一收发开关和第二收发开关均电连接。

进一步地，第一收发开关和第二收发开关与功率合成网络均电连接。

进一步地，功率分配网络与第一收发开关和第二收发开关均电连接。

进一步地，激励信号产生模块与功率分配网络电连接，且激励信号产生模块可产生多路激励信号。

进一步地，极化控制模块与极化开关模块电连接。

本发明的另一方面提供了一种低成本双极化相控阵天线的处理方法，处理方法采用上述的低成本双极化相控阵天线，激励信号产生模块的输出端与功率分配网络的输入端连接；功率分配网络与收发开关发射输入端口连接；收发开关的接收输出端口与功率合成网络的输入端口连接；收发开关与T/R模块通过射频传输线连接；T/R模块与极化开关模块连接；极化开关模块与双极化天线阵面连接；极化控制模块的输出端与极化开关模块连接；包括以下步骤：

第一步：确定双极化相控阵天线处于发射状态还是接收状态；

第二步：双极化相控阵天线工作在发射状态时，激励信号产生模块产生2路激励信号，2路激励信号经功率分配网络后输出至收发开关，经收发开关发射支路进入T/R模块，第一路激励经过极化开关模块A后馈入阵面A，第二路激励经过开关模块B后馈入阵面B；工作在接收状态时，雷达回波信号经双极化天线阵面接收后，经过极化开关模块后输出至T/R模块，经放大移相后输出至收发开关，经收发接收支路输出至功率合成网络；

通过调整两路激励信号的调制方式，并通过极化开关模块选择双极化天线阵面上、下阵面的极化通道，以实现相控阵天线不同极化工作方式的灵活切换：

相控阵天线工作在单发单收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化接收；

相控阵天线工作在单发双收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B分别选择正交的极化通道，实现双极化接收；

相控阵天线工作在双发双收模式时，激励信号产生模块产生两路相互正交的激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化接收。

本发明通过相控阵阵面分区、两路激励馈电以及极化开关结合，在采用单通道发射单通道接收T/R单元的基础上，实现双极化相控阵雷达，大幅降低了双极化相控阵雷达成本。雷达可以根据任务需求，雷达可以在单发单收、单发双收、双发双收三种极化工作模式下灵活切换，使用便捷。

附图说明

图1多通道相控阵雷达的内定标系统框图。

1.双极化天线阵面2.极化开关模块3.极化控制模块4.T/R模块5.收发开关6.功率分配网7.功率合成网络8.激励信号产生模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图1所示，本实施例的低成本双极化相控阵天线包括电连接的双极化天线阵面1、极化开关模块2、极化控制模块3、T/R模块4、收发开关5、功率分配网络6、功率合成网络7和激励信号产生模块8。极化开关模块位于双极化天线阵面和T/R模块之间，以通过极化开关模块的开闭实现工作模式的切换。双极化天线阵面包括多个阵面，各阵面均包括水平极化和垂直极化，极化开关模块包括多个极化开关模块，多个阵面与多个极化开关模块一一对应地设置。多个阵面包括阵面A和阵面B，多个极化开关模块包括极化开关模块A和极化开关模块B，极化开关模块A和阵面A相对应地连接，极化开关模块B和阵面B相对应地连接。极化开关模块与T/R模块电连接，T/R模块可将激励信号进行幅相调制并放大后输出且T/R模块可将天线接收的雷达回波信号低噪声放大并移相后输出。收发开关包括第一收发开关和第二收发开关，T/R模块与第一收发开关和第二收发开关均电连接。第一收发开关和第二收发开关与功率合成网络均电连接。功率分配网络与第一收发开关和第二收发开关均电连接。激励信号产生模块与功率分配网络电连接，且激励信号产生模块可产生多路激励信号。极化控制模块与极化开关模块电连接。

本申请还提供了一种低成本双极化相控阵天线的处理方法，其特征在于，处理方法采用上述的低成本双极化相控阵天线，激励信号产生模块的输出端与功率分配网络的输入端连接；功率分配网络与收发开关发射输入端口连接；收发开关的接收输出端口与功率合成网络的输入端口连接；收发开关与T/R模块通过射频传输线连接；T/R模块与极化开关模块连接；极化开关模块与双极化天线阵面连接；极化控制模块的输出端与极化开关模块连接；该处理方法包括以下步骤：第一步：确定双极化相控阵天线处于发射状态还是接收状态；第二步：双极化相控阵天线工作在发射状态时，激励信号产生模块产生2路激励信号，2路激励信号经功率分配网络后输出至收发开关，经收发开关发射支路进入T/R模块，第一路激励经过极化开关模块A后馈入阵面A，第二路激励经过开关模块B后馈入阵面B；工作在接收状态时，雷达回波信号经双极化天线阵面接收后，经过极化开关模块后输出至T/R模块，经放大移相后输出至收发开关，经收发接收支路输出至功率合成网络；通过调整两路激励信号的调制方式，并通过极化开关模块选择双极化天线阵面上、下阵面的极化通道，以实现相控阵天线不同极化工作方式的灵活切换：相控阵天线工作在单发单收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化接收；相控阵天线工作在单发双收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B分别选择正交的极化通道，实现双极化接收；相控阵天线工作在双发双收模式时，激励信号产生模块产生两路相互正交的激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化接收。

通过上述可知，一种低成本双极化有源相控阵天线，包括：双极化天线阵面、极化开关模块、极化控制模块、T/R模块、收发开关、功率分配网络、功率合成网络、激励信号产生模块。

双极化天线阵面的功能为：辐射和接收垂直和水平极化射频信号，双极化天线阵面由上、下两个阵面组成，分别记为阵面A、阵面B。

极化开关模块的功能为：在极化控制模块的控制下选通垂直或水平极化通道，极化开关模块包含两部分，记为极化开关模块A、极化开关模块B，对应阵面A、阵面B。

极化控制模块的功能为：产生极化控制信号，选通极化开关模块的极化通道。

T/R模块的功能为：将激励信号进行幅相调制并放大后输出；将天线接收的雷达回波信号低噪声放大后并移相后输出。

收发开关的功能为：发射激励信号与接收回波信号，并对发射和接收进行隔离。

功率分配网络的功能为：将激励信号分发至天线收发开关。

功率合成网络的功能为：将接收雷达回波信号进行功率合成后输出。

激励信号产生模块的功能为：产生两路独立的激励信号。

激励信号产生模块的输出端与功率分配网络的输入端连接；功率分配网络与收发开关发射输入端口连接；收发开关的接收输出端口与功率合成网络的输入端口连接；收发开关与T/R模块通过射频传输线连接；T/R模块与极化开关模块连接；极化开关模块与双极化天线阵面连接；极化控制模块的输出端与极化开关模块连接。

双极化相控阵天线工作在发射状态时，激励信号产生模块产生2路激励信号，2路激励信号经功率分配网络后输出至收发开关，经收发开关发射支路进入T/R模块，第一激励经过极化开关模块A后馈入阵面A，第二激励经过开关模块B后馈入阵面B；工作在接收状态时，雷达回波信号经双极化天线阵面接收后，经过极化开关模块后输出至T/R模块，经放大移相后输出至收发开关，经收发接收支路输出至功率合成网络。

通过调整两路激励信号的调制方式，并通过极化开关模块选择双极化天线阵面上、下阵面的极化通道，可以实现相控阵天线不同极化工作方式的灵活切换：

相控阵天线工作在单发单收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化接收。

相控阵天线工作在单发双收模式时，激励信号产生模块产生两路全相关激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择相同的极化通道，实现单极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B分别选择正交的极化通道，实现双极化接收。

相控阵天线工作在双发双收模式时，激励信号产生模块产生两路相互正交的激励信号；发射信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化发射；接收信号期间，极化开关模块A、极化开关模块B选择正交的极化通道，实现双极化接收。

本发明通过相控阵阵面分区、两路激励馈电以及极化开关结合，在采用单通道发射单通道接收T/R单元的基础上，实现双极化相控阵雷达，大幅降低了双极化相控阵雷达成本。雷达可以根据任务需求，雷达可以在单发单收、单发双收、双发双收三种极化工作模式下灵活切换，使用便捷。