CN104375419A - 一种电子对抗射频仿真天线阵列设备及馈电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子对抗射频仿真技术领域，公开一种电子对抗射频仿真天线阵列设备及馈电控制方法，所述方法采用的设备由连接射频信号的若干馈电控制电路与功率合成器输入端相连，功率合成器输出端第一部分的若干通道通过馈线与极化控制电路输入端相连；功率合成器输出端第二部分的若干通道通过末级放大控制电路通道对应的与极化控制电路输入端相连；极化控制电路输出端与三元组射频仿真天线阵列相连；本发明中采用高、低输出功率天线单元间隔布置的方法，解决了仿真系统既能满足接收射频信号能力强的大口径天线设备，又能兼顾接收射频信号能力弱的小口径天线设备对射频仿真的试验。具有可靠性高，系统工作配置与转换灵活的特性。其结构简单，成本低。

Description

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备及馈电控制方法

  

技术领域

本发明涉及电子对抗射频仿真技术领域，尤其涉及射频仿真天线阵列实现中的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备及馈电控制方法，适用于通用型的电子对抗射频仿真试验系统。 

背景技术

目前，三元组天线：仿真系统模拟的目标信号是天线阵列相邻的三个单元辐射的合成得到的信号，此三个单元一般按等边三角形排列，构成一个天线子阵列，即为三元组天线。 

射频仿真天线阵列：用于发射射频仿真试验中的雷达回波信号、干扰信号、杂波等电磁信号的一组天线，以模拟目标或干扰等信号与接收信号的被试设备在空间上的相对运动； 

馈电控制：选通辐射射频信号天线组的馈电通道，并控制组天线各路辐射信号的幅度的大小和输出相位，以达到模拟射频信号传播方向的目的。

射频仿真天线阵列的布置及馈电控制方案，决定了承担试验任务的射频仿真试验系统所能模拟的空域范围与角模拟精度、系统对射频信号的接收处理能力以及系统所能适应的设备天线口径。不同的被试设备对辐射式仿真试验系统天线阵列的输出功率需求不一致，对天线阵列合成信号角模拟精度的要求也不一致。当被试设备天线口径较大时，天线的波束宽度窄，天线阵列需要使用较小的三元组天线张角，以满足设备对仿真角模拟精度的要求，而为保证足够大的模拟试验空域，需要通用型射频仿真试验系统具备规模大、阵元多的大型天线阵列。当被试设备天线口径较小时，天线波束较宽，可以使用较大三元组天线张角即可满足被试设备的角模拟精度需求，但由于天线增益小，其接收弱信号的能力相对较弱，试验时需要的信号功率相比大口径天线设备的需求要高约三、四十分贝，因此需要天线阵合成信号具有较大的输出功率，以满足小口径天线被试设备的试验需求。通用型电子对抗射频仿真试验系统需要满足不同试验环境、试验方法下不同种类电子设备的试验需求，因此，其仿真天线阵列及馈电控制系统通常规模庞大，代价高昂。 

目前在建和常用的射频仿真试验系统，主要用于某一类电子设备（如雷达）的仿真试验，其适应的设备范围有限，若需系统支持不同类型设备的仿真试验，则需要花费较大的代价对仿真系统进行适应性改造。 

    现有的天线阵列与馈电控制系统一般由三元组射频仿真天线阵列、馈电控制电路、实时控制电路、末级功率放大与极化控制电路等组成，其组成及如图1所示。 

各部分的组成及功能参见第4节本发明技术方案中设计与实现部分的介绍。为满足试验中不同设备天线对输出功率的要求，所有的末级输出都使用了射频功率放大器，投资较大。 

发明内容

为降低辐射式仿真试验系统的建设成本，本发明提供一种电子对抗射频仿真天线阵列设备及馈电控制方法，该天线阵列设备与馈电控制方案，在射频仿真试验系统不减少试验环境的基础上，使仿真试验系统既能满足大天线口径设备对角模拟精度的要求，又能满足小口径天线设备对功率的要求，同时兼顾系统建设的经济性要求。 

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。 

1）电子对抗射频仿真天线阵列设备 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，包括：三元组射频仿真天线阵列、馈电控制电路、实时控制电路、功率合成器、极化控制电路、末级放大控制电路。

所述连接射频信号的若干馈电控制电路与功率合成器输入端相连，所述功率合成器输出端第一部分的若干通道通过馈线与极化控制电路相连；所述功率合成器输出端第二部分的若干通道通过对应的末级放大控制电路通道与极化控制电路输入端相连；极化控制电路输出端与三元组射频仿真天线阵列相连。 

所述连接实时同步控制信号的实时控制电路设置的第一路输出端与连接射频信号的若干馈电控制电路的控制端相连，设置的第二路输出端与末级放大控制电路的控制端相连；设置的第二路输出端与极化控制电路的控制端相连。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，所述末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，所述功率放大器与衰减器相连构成通道补偿电路，每个通道补偿电路的输入端与功率合成器输出的通道相连，每个通道补偿电路的输出端与极化控制电路相连；连接实时控制电路的控制电路输出端的每路分别与每个通道补偿电路的衰减器控制端相连。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，所述控制电路由集成电路DS90LV通过集成电路EP2C35F484与集成电路74FCT相连组成，集成电路DS90LV的输入端与实时控制电路相连，集成电路74FCT输出端的每路分别与对应的程控衰减器相连。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，所述三元组射频仿真天线阵列为在球面2上分布连接补偿通道的第一天线3和连接馈线通道的第二天线4组成的等边三角形天线阵列，且连接补偿通道的第一天线3与连接馈线通道的第二天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的第二天线4排列组成的天线排交错排列。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，所述等边三角形天线为适用于大天线口径的三元天线组，由一个使用末级放大电路的天线单元与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元组成。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，所述等边三角形天线为适用于小口径天线的三元组天线，由三个使用末级放大电路的相邻天线单元组成。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列的馈电控制方法，包括以下天线阵列的布局设置和天线阵列的馈电控制： 

（1）天线阵列采用球面阵布局，每个天线单元布置在一个球面2上，O为球心1，试验设备的天线旋转中心放置于球心1位置，其中天线单元为与补偿通道连接的天线3极化控制前级使用了微波功率放大器的天线单元，或为与馈线通道连接的天线4；

（2）球面2上天线阵列中的天线单元相邻的排交错排列，任意三个天线单元都组成一个等边三角形，且连接补偿通道的天线3与连接馈线通道的天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的天线4排列组成的天线排交错排列，如图4所示；

（3）天线辐射目标时，采用三元组工作方式辐射，即目标信号的模拟是由天线阵列相邻的三个天线同时辐射信号后合成的；从球心1看向球面2上的天线阵列，每一个三元组排列的天线单元都呈等边三角形。

其中三元组等边三角形的天线单元具体排列配置方式为： 

第一种配置方式，是利用一个使用了末级放大电路的天线单元3与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元4，组成一个等边三角形的三元天线组a或等边三角形的三元天线组b；它们相对被测设备的张角小，输出功率相对较小，通过控制电路完成带末级放大的天线与无放大的天线的功率平衡，该配置方式适合于天线口径在2米以下，高接收灵敏度的接收设备；

第二种配置方式，是利用三个使用了末级放大电路的相邻天线单元3组成等边三角形的三元组天线c或组成等边三角形的三元组天线d；其输出功率相对较强，适合于天线口径在0.5米以下，灵敏度度相对较低的接收设备。

2）天线阵列的馈电控制方法 

电子对抗射频仿真天线阵列设备的馈电控制电路接收目标模拟机产生的模拟目标射频信号，利用馈电控制电路完成对射频信号幅度与相位的控制，然后由功率合成器将合成的射频信号送给末级放大电路进行功率放大，通过末级放大后，最后由极化控制模块控制射频信号以设定的极化向被试设备辐射。实时控制电路接收实时同步控制信号，实时解算得到馈电控制电路中射频信号幅度的控制信息、射频开关控制信息、三元组中各个天线的幅度与相位控制信息及极化控制信息，控制馈电控制电路中的射频控制器件，使模拟目标射频信号按照设定的要求从天线阵列向被试设备辐射。

为适应小口径天线且灵敏度较低的电子设备的辐射式仿真试验的需求，对部分天线单元的馈电通道采用末级放大控制电路，使其能够辐射较大的射频功率，末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，所述控制电路接收由实时控制电路发来的实时控制信号，解算出衰减器的控制字，并控制程控衰减器的衰减值，以适应第一种配置方式与第二种配置方式的转换和三元组天线功率控制的需求； 

所述实时控制电路由同步接收处理电路通过实时控制计算机与编码与分配接口板电连接组成，同步接收处理电路接收实时同步信号，编码与分配接口板得到--输出：幅度控制信号、相位控制信号、开关控制信号、极化控制信号。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性： 

本发明的技术方案中每个天线前端都使用末级功放，使得系统投资要提高约10%以上。

（1）本发明中采用高、低输出功率天线单元间隔布置的方法，该发明解决了仿真系统即要满足接收射频信号能力强的大口径天线设备的射频仿真试验精度要求，又要兼顾接收射频信号能力弱的小口径天线设备的射频仿真试验的大功率的需求。 

（2）本发明的技术方案用于构建或改造天线阵列及馈电控制系统，具有投资成本低，系统工作配置与转换灵活的特性。其结构简单，可靠性高，制造成本低。 

附图说明

  下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图 1是现有天线阵列及馈电控制方案组成框图； 

图 2是本发明天线阵列及馈电控制方案组成框图；

图 3是天线阵列布置示意图；

图 4是天线阵列单元排列示意图；

图 5是三元组天线排列示意图；

图 6是末级放大与控制电路组成框图。

图中：1、为球心O，2、球面，3、使用微波功率放大器的天线单元，4、未使用微波功率放大器的天线单元。 

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6所示，一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，包括：三元组射频仿真天线阵列、馈电控制电路、实时控制电路、功率合成器、极化控制电路、末级放大控制电路，其组成如图2所示。本方案中，在功率合成器后面，部分通道使用了功率放大器、衰减器和控制电路，如图2中的②所示，部分通道使用馈线直接将信号送到极化控制电路，如图2中的①所示。 

所述连接射频信号的若干馈电控制电路与功率合成器输入端相连，所述功率合成器输出端第一部分的若干通道通过馈线与极化控制电路相连；所述功率合成器输出端第二部分的若干通道通过对应的末级放大控制电路通道与极化控制电路输入端相连；极化控制电路输出端与三元组射频仿真天线阵列相连； 

所述连接实时同步控制信号的实时控制电路设置的第一路输出端与连接射频信号的若干馈电控制电路的控制端相连，设置的第二路输出端与末级放大控制电路的控制端相连；设置的第二路输出端与极化控制电路的控制端相连。

该电子对抗射频仿真天线阵列设备所述的末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，所述功率放大器与衰减器相连构成通道补偿电路，每个通道补偿电路的输入端与功率合成器输出的通道相连，每个通道补偿电路的输出端与极化控制电路相连；连接实时控制电路的控制电路输出端的每路分别与每个通道补偿电路的衰减器控制端相连。 

所述控制电路由集成电路DS90LV通过集成电路EP2C35F484与集成电路74FCT相连组成，集成电路DS90LV的输入端与实时控制电路相连，集成电路74FCT输出端的每路分别与对应的程控衰减器相连。 

该电子对抗射频仿真天线阵列设备所述的三元组射频仿真天线阵列为在球面2上分布连接补偿通道的第一天线3和连接馈线通道的第二天线4组成的等边三角形天线阵列，且连接补偿通道的第一天线3与连接馈线通道的第二天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的第二天线4排列组成的天线排交错排列。 

所述等边三角形天线为适用于大天线口径的三元天线组，由一个使用末级放大电路的天线单元与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元组成。 

所述等边三角形天线为适用于小口径天线的三元组天线，由三个使用末级放大电路的相邻天线单元组成。 

一种电子对抗射频仿真天线阵列的馈电控制方法，包括以下天线阵列的布局和天线阵列的馈电控制。 

1）天线阵列的布局 

天线阵列采用球面阵布局，每个天线单元布置在一个球面2上，O为球心1，试验设备的天线旋转中心放置于球心1位置，如图3所示。

其中天线单元为：与补偿通道连接的天线3极化控制前级使用了微波功率放大器的天线单元，或为与馈线通道连接的天线4； 

球面2上天线阵列中的天线单元相邻的排交错排列，任意三个天线单元都组成一个等边三角形，且连接补偿通道的天线3与连接馈线通道的天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的天线4排列组成的天线排交错排列；如图4所示。

天线辐射目标时，采用三元组工作方式辐射，即目标信号的模拟是由天线阵列相邻的三个天线同时辐射信号后合成的；这是射频仿真试验设备常用的工作方式。从球心1看向球面2上的天线阵列，每一个三元组排列的天线单元都呈等边三角形；其排列如图5中的1、2所示。 

图中代表连接在图2中①所表示的部分通道的天线，它在极化控制前级未使用微波功率放大器的天线单元，它们辐射的最大信号功率相对较小；代表连接在图2中②所表示的部分通道的天线，极化控制前级使用了微波功率放大器的天线单元，它们辐射的最大信号功率相对较强。 

该系统有两种配置使用方式，其中三元组等边三角形的天线单元具体排列配置方式为： 

第一种配置方式，是利用相邻的三个天线单元，都可组成一个三元天线组如图5中标识为a和b的等边三角形，即利用一个使用了末级放大电路的天线单元3与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元4，组成一个等边三角形的三元天线组a或等边三角形的三元天线组b；它们相对被测设备的张角小，输出功率相对较小，通过控制电路完成带末级放大的天线与无放大的天线的功率平衡，该配置方式适合于天线口径在2米以下，高接收灵敏度的接收设备；

第二种配置方式，是利用三个使用了末级放大电路的相邻天线单元3，组成等边三角形的三元组天线c，或组成等边三角形的三元组天线d，如图5所示；它们的输出功率相对较强，适合于天线口径在0.5米以下，灵敏度度相对较低的接收设备；

2）天线阵列的馈电控制方法

电子对抗射频仿真天线阵列设备的馈电控制电路接收目标模拟机产生的模拟目标射频信号，利用馈电控制电路完成对射频信号幅度与相位的控制，然后由功率合成器将合成的射频信号送给末级放大电路进行功率放大，，最后由极化控制模块控制射频信号以设定的极化向被试设备辐射。

实时控制电路接收实时同步控制信号，进行实时解算得到馈电控制电路中射频信号幅度的控制信息、开关控制信息、三元组中各个天线的幅度与相位控制信息及极化控制信息，控制馈电控制电路中的射频控制器件，使模拟目标射频信号按照设定的要求从天线阵列向被试设备辐射。 

为适应小口径天线且灵敏度较低的电子设备的辐射式仿真试验的需求，本方案对部分天线单元的馈电通道采用末级放大控制电路，使其能够辐射较大的射频功率，末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，如图3所示。 

控制电路接收由实时控制电路发来的实时控制信号，解算出衰减器的控制字，并控制程控衰减器的衰减值，以适应第一种配置方式与第二种配置方式的转换和三元组天线功率控制的需求；如图6所示。 

所述实时控制电路由同步接收处理电路通过实时控制计算机与编码与分配接口板电连接组成，同步接收处理电路接收实时同步信号，编码与分配接口板得到--输出：幅度控制信号、相位控制信号、开关控制信号、极化控制信号。 

Claims (7)

1.一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：包括：三元组射频仿真天线阵列、馈电控制电路、实时控制电路、功率合成器、极化控制电路、末级放大控制电路，

所述连接射频信号的若干馈电控制电路与功率合成器输入端相连，所述功率合成器输出端第一部分的若干通道通过馈线与极化控制电路相连；所述功率合成器输出端第二部分的若干通道通过对应的末级放大控制电路通道与极化控制电路输入端相连；极化控制电路输出端与三元组射频仿真天线阵列相连；

所述连接实时同步控制信号的实时控制电路设置的第一路输出端与连接射频信号的若干馈电控制电路的控制端相连，设置的第二路输出端与末级放大控制电路的控制端相连；设置的第二路输出端与极化控制电路的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：所述末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，所述功率放大器与衰减器相连构成通道补偿电路，每个通道补偿电路的输入端与功率合成器输出的通道相连，每个通道补偿电路的输出端与极化控制电路相连；连接实时控制电路的控制电路输出端的每路分别与每个通道补偿电路的衰减器控制端相连。

3.根据权利要求2所述的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：所述控制电路由集成电路DS90LV通过集成电路EP2C35F484与集成电路74FCT相连组成，集成电路DS90LV的输入端与实时控制电路相连，集成电路74FCT输出端的每路分别与对应的程控衰减器相连。

4.根据权利要求1所述的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：所述三元组射频仿真天线阵列为在球面2上分布连接补偿通道的第一天线3和连接馈线通道的第二天线4组成的等边三角形天线阵列，且连接补偿通道的第一天线3与连接馈线通道的第二天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的第二天线4排列组成的天线排交错排列。

5.根据权利要求4所述的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：所述等边三角形天线为适用于大天线口径的三元天线组，由一个使用末级放大电路的天线单元与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元组成。

6.根据权利要求4所述的一种电子对抗射频仿真天线阵列设备，其特征是：所述等边三角形天线为适用于小口径天线的三元组天线，由三个使用末级放大电路的相邻天线单元组成。

7.一种如权利要求1所述电子对抗射频仿真天线阵列设备的电子对抗射频仿真天线阵列的馈电控制方法，其特征是：

1）天线阵列的布局

（1）天线阵列采用球面阵布局，每个天线单元布置在一个球面2上，O为球心1，试验设备的天线旋转中心放置于球心1位置，其中天线单元为与补偿通道连接的天线3极化控制前级使用了微波功率放大器的天线单元，或为与馈线通道连接的天线4；

（2）球面2上天线阵列中的天线单元相邻的排交错排列，任意三个天线单元都组成一个等边三角形，且连接补偿通道的天线3与连接馈线通道的天线4相隔排列组成相隔的天线排，相隔的天线排与连接馈线通道的天线4排列组成的天线排交错排列；如图4所示，

（3）天线辐射目标时，采用三元组工作方式辐射，即目标信号的模拟是由天线阵列相邻的三个天线同时辐射信号后合成的；从球心1看向球面2上的天线阵列，每一个三元组排列的天线单元都呈等边三角形；

其中三元组等边三角形的天线单元具体排列配置方式为：

第一种配置方式，是利用一个使用了末级放大电路的天线单元3与相邻的两个未使用末级放大电路的天线单元4，组成一个等边三角形的三元天线组a或等边三角形的三元天线组b；它们相对被测设备的张角小，输出功率相对较小，通过控制电路完成带末级放大的天线与无放大的天线的功率平衡，该配置方式适合于天线口径在2米以下，高接收灵敏度的接收设备；

第二种配置方式，是利用三个使用了末级放大电路的相邻天线单元3组成等边三角形的三元组天线c或组成等边三角形的三元组天线d；其输出功率相对较强，适合于天线口径在0.5米以下，灵敏度度相对较低的接收设备；

2）天线阵列的馈电控制方法

电子对抗射频仿真天线阵列设备的馈电控制电路接收目标模拟机产生的模拟目标射频信号，利用馈电控制电路完成对射频信号幅度与相位的控制，然后由功率合成器将合成的射频信号送给末级放大电路进行功率放大，通过末级放大后，最后由极化控制模块控制射频信号以设定的极化向被试设备辐射;

通过实时控制电路接收实时同步控制信号，进行实时解算得到馈电控制电路中射频信号幅度的控制信息、开关控制信息、三元组中各个天线的幅度与相位控制信息及极化控制信息，控制馈电控制电路中的射频控制器件，使模拟目标射频信号按照设定的要求从天线阵列向被试设备辐射;

为适应小口径天线且灵敏度较低的电子设备的辐射式仿真试验的需求，对部分天线单元的馈电通道采用末级放大控制电路，使其能够辐射较大的射频功率，末级放大控制电路包括：功率放大器、衰减器和控制电路，所述控制电路接收由实时控制电路发来的实时控制信号，解算出衰减器的控制字，并控制程控衰减器的衰减值，以适应第一种配置方式与第二种配置方式的转换和三元组天线功率控制的需求；

所述实时控制电路由同步接收处理电路通过实时控制计算机与编码与分配接口板电连接组成，同步接收处理电路接收实时同步信号，编码与分配接口板得到--输出：幅度控制信号、相位控制信号、开关控制信号、极化控制信号。