CN103579779B - 一种自适应阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应阵列天线。由L个天线单元组成的天线阵，其中一个天线单元作为参考天线，其后接滤波器、LNA、增益模块和一分二功分器，一分二功分器的一路输出接一分L-1功分器，另一路接L路合路器；另外L-1个天线单元分别接滤波器、LNA、增益模块以及一分二功分器，一分二功分器一路输出经正交功分器后与矢量乘法器相连，矢量乘法器输出接上述L路合路器；一分二功分器另一路接功率相位比较器的一个输入，功率相位比较器的另外一个输入端接上述L-1功分器的输出；功率相位比较器的输出相位与幅度信号通过ADC采样输给各个矢量乘法器。本发明的简化天线的结构；实现的阵列天线输出射频信号，直接与现有的接收机一起使用。

Description

一种自适应阵列天线

技术领域

本发明涉及阵列天线，具体涉及一种自适应阵列天线。

背景技术

自适应阵列天线是一种能够自动地将天线的最大辐射方向对准所需方向，而将天线零点对准干扰方向的一种自动抗干扰天线。接收用的自适应阵列能自动调整极化，对所需信号的极化衰减最小，能自动将最大接收方向调整到所需信号来波方向，能自动将零向调向干扰来波方向，所以它具有极为灵活可靠的抗干扰检测能力。由于具有以上良好特性，自适应阵列广泛应用于通信、雷达、射电天文等领域。

传统的自适应天线需要将天线接收到的射频信号经过下变频，然后经ADC采样至数字域进行处理。采用这种方法具有以下几个缺点：首先，下变频结构较为复杂，器件众多，需要根据不同应用场合选择不同的中频和本振信号频率，有时候还需要采用多级下变频结构；其次，使用ADC 对中频信号进行采样，需要较高的采样频率，对ADC 的性能要求较高，成本较高；最后，中频信号经ADC 采样后得到的数字信号频率较高，需要更多的数字电路进行预处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应阵列天线，该自适应阵列天线采用功率相位比较器直接获取射频信号的相位与幅度，从而省去了传统自适应天线中复杂的下变频结构，另外，由于功率相位比较器的输出信号是准直流信号，所以它后面接的ADC可以采用低的采样频率，ADC输出的数字信号可以直接进行处理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

该自适应阵列天线由L个天线单元组成的天线阵；其中一个天线单元作为参考天线，参考天线信号经第一个滤波器、第一个LNA、第一个增益模块接第一个一分二功分器，第一个一分二功分器的其中一路输出接一分L-1功分器，另外一路接L路合路器；另外L-1个天线单元结构相同，每个天线单元信号均经各自滤波器、各自LNA、各自增益模块接各自一分二功分器，各自一分二功分器的其中一路输出经各自正交功分器后与各自矢量乘法器相连，L-1个矢量乘法器分别输出接所述L路合路器；各自一分二功分器另外一路接各自功率相位比较器的一个输入，L-1个功率相位比较器的另外一个输入端接所述一分L-1功分器的输出；L-1个功率相位比较器的输出相位与幅度信号通过ADC采样后传给计算单元；计算单元的控制信号通过DAC后输给各自矢量乘法器。

所述计算单元根据ADC采样得到的各个功率相位比较器输出的相位与幅度信号，调整对应矢量乘法器的控制信号，输给DAC，实现对L-1路信号的相位与幅度控制，即实现阵列天线的波束控制。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明的阵列天线大大简化了传统自适应天线的结构。

2、本发明实现的阵列天线输出射频信号，可以直接与现有的接收机一起使用。本发明可用于GPS接收机、北斗导航系统接收机等。

附图说明

图1是自适应阵列天线的结构框图。

图2是天线单元排列示意图。

图3是无干扰信号时阵列天线H面方向图。

图4是无干扰信号时阵列天线E面方向图。

图5是存在干扰信号时阵列天线H面方向图。

图6是存在干扰信号时阵列天线E面方向图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，以五个天线单元1组成的CPS接收天线为例，图中的天线采用GPS频段的微带天线，天线单元1按图2所示进行排布，其中，中心的天线单元作为参考天线，参考天线信号经第一个滤波器、第一个LNA、第一个增益模块接第一个一分二功分器，第一个一分二功分器的其中一路输出接一分四功分器，另外一路接五路合路器；其中第一个滤波器为LC滤波器，第一个LNA采用Mini-Circuit公司的PMA2-162LN+型号的LNA，第一个增益模块采用两级Avago公司的AVA31563芯片，第一个一分二功分器采用Mini-Circuit公司的SP-2G1+芯片，一分四功分器采用Mini-Circuit公司的SCA-4-20+芯片，五路合路器由Mini-Circuit公司的SCA-4-20+芯片和SP-2G1+芯片串联而成。

另外四个天线单元结构相同，每个天线单元信号均经各自滤波器、各自LNA、各自增益模块接各自一分二功分器，各自一分二功分器的其中一路输出经各自正交功分器后与各自矢量乘法器相连，四个矢量乘法器分别输出接所述五路合路器；各自一分二功分器另外一路接各自功率相位比较器的一个输入，四个功率相位比较器的另外一个输入端接所述一分四功分器的输出；四个功率相位比较器的输出相位与幅度信号通过ADC采样后传给计算单元；计算单元的控制信号通过DAC后输给各自矢量乘法器；其中上述各自滤波器均为相同的LC滤波器，各自LNA均为Mini-Circuit公司的PMA2-162LN+型号的LNA，各自增益模块均为两级Avago公司的AVA31563芯片，各自一分二功分器均为Mini-Circuit公司的SP-2G1+芯片，各自正交功分器均为Mini-Circuit公司的QCN-19D芯片，各自的矢量乘法器均为Analog Device公司的ADL5390芯片，各自的功率相位比较器均为Analog Device公司的AD8302芯片，ADC为Analog Device公司的AD7689芯片，DAC为Analog Device公司的AD5668芯片，计算单元采用意法半导体的STM32F103芯片。

所述计算单元通过ADC采样得到的数据，得到四个非参考天线单元上的信号与参考天线上的信号的相位差与幅度差，将这些相位差与幅度差经过现有的自适应算法进行处理得到四个非参考天线单元的控制参数，控制参数经DAC转换后控制四个矢量乘法器，实现波束控制；以功率倒置自适应算法为例，当没有干扰信号存在时，本实施例中的阵列天线方向图如图3、图4所示；当在θ = 0°，φ = 0°方向上有干扰信号时，φ是球坐标中的方位角，θ是球坐标中的天顶角，阵列天线的方向图如图5、图6所示，在θ = 0°，φ = 0°的位置上，阵列的方向图上形成了一个零点用以消除干扰信号。

Claims (1)

1.一种自适应阵列天线，其特征在于：该自适应阵列天线由L个天线单元组成的天线阵；其中一个天线单元作为参考天线，参考天线信号经第一个滤波器、第一个LNA、第一个增益模块接第一个一分二功分器，第一个一分二功分器的其中一路输出接一分L-1功分器，另外一路接L路合路器；另外L-1个天线单元结构相同，每个天线单元信号均经各自滤波器、各自LNA、各自增益模块接各自一分二功分器，各自一分二功分器的其中一路输出经各自正交功分器后与各自矢量乘法器相连，L-1个矢量乘法器输出分别接所述L路合路器；各自一分二功分器另外一路输出接各自功率相位比较器的一个输入，L-1个功率相位比较器的另外一个输入端接所述一分L-1功分器的输出；L-1个功率相位比较器的输出相位与幅度信号通过ADC采样后传给计算单元；计算单元的控制信号通过DAC后输给各自矢量乘法器；

所述计算单元根据ADC采样得到的各个功率相位比较器输出的相位与幅度信号，调整对应矢量乘法器的控制信号，输给DAC，实现对L-1路信号的相位与幅度控制，即实现阵列天线的波束控制。