CN111786127A - 一种极化可变的相控阵电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极化可变的相控阵电路，包括：射频通道、第一n路分配器、第二n路分配器和n个天线单元；射频通道，包括一个二路分配器，二路分配器的第一输出端经第一移相器连接第一n路分配器的输入端，二路分配器的第二输出端经第二移相器连接第二n路分配器的输入端；天线单元，包括第一收发组件、第二收发组件、第一天线和第二天线，其中，第一天线为左斜极化天线，第二天线为右斜极化天线。本申请的天线单元包括一个左斜极化天线和一个右斜极化天线，通过改变射频通道中，二路分配器的两条通道信号的相对相移来形成不同的极化方式，从而解决相控阵极化可变的问题。

Description

一种极化可变的相控阵电路
技术领域
本发明涉及信号收发技术领域，特别涉及一种极化可变的相控阵电路。
背景技术
随着电子技术的不断发展，大型相控阵收发一体化系统越来越普及，同时也对系统的功能提出了更高的要求，要实现更多的功能就要求天线部分及射频通道能针对不同的要求实现不同的极化方式，而现有的系统往往由于天线形式单一，极化方式也是单一不可变的，不能满足现在的系统多功能的需求。
而且，在现有的相控阵系统中，一般针对的是特定对象，所以天线形式单一，如果需要更改对象，往往需要更改天线形式，这样系统的功能比较单一，而如果不进行更改，则发射时会有功率损失，接收时会有增益损失，系统的性能会有所下降，往往不能满足新的需求，减少了系统重复使用的效能。
发明内容
鉴于现有技术相控阵系统极化方式单一的问题，提出了本发明的一种极化可变的相控阵电路，以便克服上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种极化可变的相控阵电路，该电路包括：射频通道、第一n路分配器、第二n路分配器和n个天线单元，n为正整数；
所述射频通道，包括一个二路分配器，以及第一移相器和第二移相器，所述二路分配器的第一输出端经第一移相器连接第一n路分配器的输入端，所述二路分配器的第二输出端经第二移相器连接第二n路分配器的输入端；
所述天线单元，包括第一收发组件、第二收发组件、第一天线和第二天线，所述第一收发组件连接所述第一n路分配器的输出端和所述第一天线，所述第二收发组件连接所述第二n路分配器的对应输出端和所述第二天线，所述第一天线为左斜极化天线，所述第二天线为右斜极化天线。
可选地，所述射频通道还包括：第一双向放大器和第二双向放大器；
所述第一双向放大器连接在所述二路分配器的第一输出端与所述第一移相器之间，所述第二双向放大器连接在所述二路分配器的第二输出端与所述第二移相器之间。
可选地，所述射频通道还包括：第一放大器、第三移相器和第一开关；
所述第一放大器的输入端为射频信号输入端，所述第一放大器的输出端与所述第三移相器的输入端连接，所述第三移相器的输出端与所述第一开关的第一输出端连接，所述第一开关的第二输出端与侦查端口连接，所述第一开关的输入端与所述二路分配器的输入端连接。
可选地，所述第一移相器和所述第二移相器为非色散移相器。
可选地，所述第一收发组件和所述第二收发组件结构相同，包括：第四移相器、第二开关、第三开关、第二放大器、第三放大器、限幅器、环形器和第一电阻；
所述第四移相器的输入端连接对应n路分配器的输出端，所述第四移相器的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的第一输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端与所述环形器的输入端连接，所述环形器的第一输出端与对应天线的输入端连接，所述环形器的第二输出端与所述第三开关的输入端连接，所述第三开关的第一输出端与所述限幅器的输入端连接，所述第三开关的第二输出端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与地连接，所述限幅器的输出端与所述第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端与所述第二开关的第二输出端连接。
可选地，当所述相控阵电路处于发射状态时，所述第一开关的输入端与第一输出端导通，所述第二开关的输入端与第一输出端导通，所述第三开关的输入端与第二输出端导通。
可选地，当所述相控阵电路处于接收状态时，所述第一开关的输入端与第二输出端导通，所述第二开关的输入端与第二输出端导通，所述第三开关的输入端与第一输出端导通。
可选地，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线和所述第二天线的信号相位相同时，所述天线单元为垂直极化。
可选地，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线和所述第二天线的信号相位相差180°时，所述天线单元为水平极化。
可选地，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线比所述第二天线的信号相位滞后90°时，所述天线单元为左旋圆极化；当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线比所述第二天线的信号相位超前90°时，所述天线单元为右旋圆极化。
综上所述，本发明的有益效果是：
本申请的天线单元包括一个左斜极化天线和一个右斜极化天线，通过改变射频通道中，二路分配器的两条通道信号的相对相移来形成不同的极化方式，从而解决相控阵极化可变的问题。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种极化可变的相控阵电路的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种极化可变的相控阵电路的具体实现结构示意图；
图3为本发明图2所示实施例中极化可变的相控阵电路的收发组件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：本申请通过一个左斜极化天线和一个右斜极化天线构成天线单元，并通过改变射频通道中二路分配器的两条通道信号的相对相移来形成不同的极化方式，从而解决相控阵极化可变的问题。
图1为本发明一个实施例提供的一种极化可变的相控阵电路的结构示意图，如图1所示，一种极化可变的相控阵电路，该电路包括：射频通道、第一n路分配器、第二n路分配器和n个天线单元，其中，n为正整数，即表示一列电路中拥有的天线单元个数。
如图1所示，射频通道包括一个二路分配器，以及第一移相器和第二移相器，二路分配器的第一输出端经第一移相器连接第一n路分配器的输入端，二路分配器的第二输出端经第二移相器连接第二n路分配器的输入端。
从而，通过二路分配器，射频通道将射频信号分配为两路，每一路分别通过各自的移相器连接到两个不同的n路分配器中，而第一移相器和第二移相器可以将两路射频信号分别独立地进行相位移动。当然，可以理解地，本申请电路为收发电路，信号流向具有双向性，例如二路分配器既可以自左向右将一路信号分配为两路，也可以自右向左将两路信号合成为一路，所谓的输入端和输出端是为了方便表达，并非限制了信号的流向。
天线单元，包括第一收发组件、第二收发组件、第一天线和第二天线。所谓收发组件，业界称为T/R组件，英文名称为Transmitter and Receiver，指一个无线收发系统中射频处理单元与天线之间的部分，用于信号的发大、移相、衰减等。如图1所示，第一收发组件连接第一n路分配器的输出端和第一天线，第二收发组件连接第二n路分配器的对应输出端和第二天线。其中，第一天线为左斜极化天线，第二天线为右斜极化天线。
第一收发组件和第一天线为一组，第二收发组件和第二天线为一组，形成两套相同的收发结构，两套相同的收发结构，分别连接在第一n路分配器和第二n路分配器的对应输出端。
从而，通过本申请的极化可变的相控阵电路，利用第一移相器和第二移相器改变射频通道的两组射频信号的相对相移，就可以借助包括左斜极化天线和右斜极化天线的天线单元，实现相控阵的极化可变，从而解决现有相控阵极化方式不能改变的问题，降低功率、增益损失，满足各种极化需求，使系统的灵活性大大提高。
图2为本发明一个实施例提供的一种极化可变的相控阵电路的具体实现结构示意图。
如图2所示，射频通道还包括：第一双向放大器和第二双向放大器，用于实现信号放大。
第一双向放大器连接在二路分配器的第一输出端与第一移相器之间，第二双向放大器连接在二路分配器的第二输出端与第二移相器之间。从而，二路分配器将射频信号分配为两路后，分别经过第一双路放大器和第二双路放大器放大后，进入第一移相器和第二移相器。
在本实施例中，如图2所示，射频通道还包括：第一放大器、第三移相器和第一开关。
第一放大器的输入端为射频信号输入端，第一放大器的输出端与第三移相器的输入端连接，第三移相器的输出端与第一开关的第一输出端连接，第一开关的第二输出端与侦查端口连接，第一开关的输入端与二路分配器的输入端连接。其中，第一放大器用于输入射频信号pin，第一开关用于实现信号的切换。
在本实施例中，第一移相器和第二移相器为非色散移相器。
图3为图2所示实施例中极化可变的相控阵电路的收发组件结构示意图。如图3所示，第一收发组件和第二收发组件的结构相同，均包括：第四移相器、第二开关、第三开关、第二放大器、第三放大器、限幅器、环形器和第一电阻。
其中，第四移相器的输入端连接对应n路分配器的输出端，以实现射频信号的输入输出。第四移相器的输出端与第二开关的输入端连接，第二开关的第一输出端与第二放大器的输入端连接，第二放大器的输出端与环形器的输入端连接，环形器的第一输出端与对应天线的输入端连接，环形器的第二输出端与第三开关的输入端连接，第三开关的第一输出端与限幅器的输入端连接，第三开关的第二输出端与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与地连接，限幅器的输出端与第三放大器的输入端连接，第三放大器的输出端与第二开关的第二输出端连接。
此外，本申请极化可变的相控阵电路可设计为m列n行的阵列天线，上述电路整体属于其中的一列电路，第一收发组件、第二收发组件、第一天线和第二天线组成的基本天线单元为一列电路的其中一路收发单元，即每列电路具有n行天线单元，从而形成m列n行的阵列天线。
结合图2和图3所示实施例，介绍本申请电路的工作状态。
在本实施例中，当相控阵电路处于发射状态时，第一开关的输入端与第一输出端导通，第二开关的输入端与第一输出端导通，第三开关的输入端与第二输出端导通。
从而，射频信号pin经第一放大器、第三移相器、第一开关和二路分配器后分配成两路，第一路进入第一双向放大器、第一移相器后进入第一n路分配器进行分配；第二路进入第二双向放大器、第二移相器后进入第二n路分配器进行分配。分配后的射频信号进入天线阵列中相应行所对应的收发组件中，射频信号在收发组件中经过第四移相器、第二开关、第二放大器、环形器后进入天线发射到空间中，天线端的反射信号和接收到的信号通过环形器的第二输出端和第一电阻到地。
结合图2和图3所示实施例，在本实施例中，当相控阵电路处于接收状态时，第一开关的输入端与第二输出端导通，第二开关的输入端与第二输出端导通，第三开关的输入端与第一输出端导通。
从而，天线接收到的射频信号经环形器、第三开关、限幅器、第三放大器、第二开关和第四移相器后，经过第一n路分配器和第二n路分配器等，直至分别进入第一双向放大器和第二双向放大器，两路射频信号再经二路分配器合成后进入第一开关，后通过第一开关的第二输出端进入系统侦查端口，实现信号的接收。
通过本申请图2和图3所示电路，可以看出，本申请中，射频通道中的第三移相器负责对天线阵的整列信号进行移相，从而实现天线阵的水平方向的电扫功能。在收发组件中，第四移相器负责对天线阵的行信号进行移相，实现天线阵的垂直方向的电扫功能。
在本实施例中，当第一移相器和第二移相器通过移相使第一天线和第二天线的信号相位相同时，天线单元为垂直极化。
在本实施例中，当第一移相器和第二移相器通过移相使第一天线和第二天线的信号相位相差180°时，天线单元为水平极化。
在本实施例中，当第一移相器和第二移相器通过移相使第一天线比第二天线的信号相位滞后90°时，天线单元为左旋圆极化；当第一移相器和第二移相器通过移相使第一天线比第二天线的信号相位超前90°时，天线单元为右旋圆极化。
综上所述，本申请通过一个左斜极化天线和一个右斜极化天线构成天线单元，并通过改变射频通道中二路分配器的两条通道信号的相对相移来形成不同的极化方式，从而解决相控阵极化可变的问题。在发射/接收时，不仅可以实现水平方向、垂直方向的电扫功能，而且可以根据作战对象实现基本天线单元的水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化的变化，降低功率损失，大大提高系统灵活性。此外，本申请还具有电路结构相对简单，成本低廉的特点，低成本地解决了传统相控阵极化方式不能改变的技术问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种极化可变的相控阵电路，其特征在于，该电路包括：射频通道、第一n路分配器、第二n路分配器和n个天线单元，n为正整数；
所述射频通道，包括一个二路分配器、第一移相器和第二移相器，所述二路分配器的第一输出端经所述第一移相器连接所述第一n路分配器的输入端，所述二路分配器的第二输出端经所述第二移相器连接所述第二n路分配器的输入端；
每个所述天线单元，包括第一收发组件、第二收发组件、第一天线和第二天线，所述第一收发组件连接所述第一n路分配器的输出端和所述第一天线，所述第二收发组件连接所述第二n路分配器的对应输出端和所述第二天线，所述第一天线为左斜极化天线，所述第二天线为右斜极化天线。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述射频通道还包括：第一双向放大器和第二双向放大器；
所述第一双向放大器连接在所述二路分配器的第一输出端与所述第一移相器之间，所述第二双向放大器连接在所述二路分配器的第二输出端与所述第二移相器之间。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述射频通道还包括：第一放大器、第三移相器和第一开关；
所述第一放大器的输入端为射频信号输入端，所述第一放大器的输出端与所述第三移相器的输入端连接，所述第三移相器的输出端与所述第一开关的第一输出端连接，所述第一开关的第二输出端与侦查端口连接，所述第一开关的输入端与所述二路分配器的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一移相器和所述第二移相器为非色散移相器。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一收发组件和所述第二收发组件结构相同，包括：第四移相器、第二开关、第三开关、第二放大器、第三放大器、限幅器、环形器和第一电阻；
所述第四移相器的输入端连接对应n路分配器的输出端，所述第四移相器的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的第一输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端与所述环形器的输入端连接，所述环形器的第一输出端与对应天线的输入端连接，所述环形器的第二输出端与所述第三开关的输入端连接，所述第三开关的第一输出端与所述限幅器的输入端连接，所述第三开关的第二输出端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与地连接，所述限幅器的输出端与所述第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端与所述第二开关的第二输出端连接。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，当所述相控阵电路处于发射状态时，所述第一开关的输入端与第一输出端导通，所述第二开关的输入端与第一输出端导通，所述第三开关的输入端与第二输出端导通。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，当所述相控阵电路处于接收状态时，所述第一开关的输入端与第二输出端导通，所述第二开关的输入端与第二输出端导通，所述第三开关的输入端与第一输出端导通。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线和所述第二天线的信号相位相同时，所述天线单元为垂直极化。
9.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线和所述第二天线的信号相位相差180°时，所述天线单元为水平极化。
10.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线比所述第二天线的信号相位滞后90°时，所述天线单元为左旋圆极化；当所述第一移相器和所述第二移相器通过移相使所述第一天线比所述第二天线的信号相位超前90°时，所述天线单元为右旋圆极化。
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