CN106921048A - 信控阵阵元及信控阵 - Google Patents

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郭汝江
倪迎红
刘会杰
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

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Abstract

本发明公开了信控阵阵元及信控阵；所述阵元发射信号为其中，Ak为加权值，用于降低天线波束副瓣或对抗干扰，f0为初始频率，k为阵元编号，Δf为频率偏移，τ为发射脉宽，M为指数，d为阵元间距，α0为波束指向，λ0＝c/f0，c为光速。

Description

信控阵阵元及信控阵
技术领域
本发明涉及天线领域，特别涉及信控阵阵元及信控阵。
背景技术
相控阵(Phased Array)技术的发明已经有一百多年的历史。通过调整每个阵元信号的相位或时延，相控阵不需要转动天线，就可以自由地实现波束的空间扫描，因而被广泛应用于雷达、通信、广播、射电天文、气象等领域。但是相控阵在发射脉冲时间内保持不变的发射波束指向，这使得在相控阵发射波束指向上的杂波和干扰等不希望被接收到的信号很容易被相控阵接收到，致使其容易被侦察和干扰。
通过调整每个阵元信号的频率，频控阵(Frequency Diverse Array，也译作频率分集阵列)可以生成具有距离依赖性的天线方向图，是一种可能解决相控阵缺点的阵列。但是频控阵的天线方向图具有时变性，这使得空间中感兴趣的位置在发射脉冲时间内只能得到有限的照射。因此频控阵是以牺牲发射能量为代价的，这限制了频控阵技术的应用。
发明内容
本发明解决的问题是现有的天线阵列不能同时满足高发射能量和信号低截获的要求；为解决所述问题，本发明提供信控阵阵元和信控阵。
本发明所提供的信控阵阵元的幅度、频率和相位都可以调整。
进一步，所述阵元发射信号为
其中，Ak为加权值，用于降低天线波束副瓣或对抗干扰，f0为初始频率，k为阵元编号，Δf为频率偏移，τ为发射脉宽，M为指数，d为阵元间距，α0为波束指向，λ0＝c/f0，c为光速。
本发明还提供采用所述信控阵阵元的信控阵。
进一步，阵元间距为N为阵元数目。
进一步，发射信号相参累加后得到的天线方向图为：
Rk＝R+kd sinθ，其中θ为角度，R为距离,t为时间。
本发明的优点包括：
在设定的空间范围内，信控阵保持了相控阵的灵活的波束控制能力，和在波束指向方向上持续发射信号的能力，提高了感兴趣的区域内的能量照射；
在设定的空间范围之外，信控阵保持了频控阵的具有距离依赖性的天线方向图，这使得设定的空间之外的杂波和干扰信号很难被信控阵接收到，降低了信控阵信号被截获和被干扰的概率。
综上，信控阵同时具备了相控阵和频控阵技术的优点，又克服了它们各自的缺点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的信控阵阵元的频率图；
图2为本发明实施例提供的信控阵t＝0时刻的天线发射方向图；
图3为本发明实施例提供的信控阵t＝τ时刻的天线发射方向图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。
由背景技术可知，现有相控阵阵列由于在发射脉冲时间内保持不变的发射波束指向，所以信号容易被侦察和干扰，频控阵可以解决容易被侦察和干扰的问题，但是由于其天线方向图具有时变性而使得发射能量产生损失。针对上述问题，本发明提供了信控阵阵元和信控阵，本发明所提供的信控阵阵元的幅度、频率和相位均可以被调整，由本发明所提供的信控阵阵元组成的信控阵兼具了现有相控阵和频控阵的优点，并克服了现有的技术缺陷。
在本实施例中，以N个天线阵元按照一维线性均匀阵列排列为例(同二维排列的相控阵一样，二维排列的信控阵可以根据一维排列进行扩展，在此不再详述)，每个信控阵阵元的发射信号为：
其中，Ak为加权值，用于降低天线波束副瓣或对抗干扰，f0为初始频率，k＝0，...，N-1，Δf为频率偏移，τ为发射脉宽，M为指数，d为阵元间距，α0为波束指向，λ0＝c/f0，c为光速。Δf和M根据期望形成的天线方向图进行选取。
每个阵元发射信号的频率为：
每个阵元发射信号的初始相位为：
选择阵元间距d为最短波长的一半，即：
发射信号相参累加后得到的天线方向图为：
其中Rk＝R+kd sinθ，其中θ为角度，R为距离。
注意到，当Δf＝0时，(1)退化为指向为α0的相控阵；当M＝0时，(1)退化为频控阵。即频率分级相控阵是相控阵和频控阵的概念扩展。
一个实例中，50个信控阵阵元线性排列形成信控阵，其中，f0＝8GHz，Δf＝1Hz，τ＝100us，α0＝20°，M＝4，N＝50，Ak为海明权，利用公式(4)确定阵元之间的距离。
利用公式(1)得到每个阵元发射信号的表达式，为形成符合公式(1)的发射信号，每个阵元按照公式(2)计算频率，公式(3)计算初始相位，幅度为Ak，对脉冲信号进行调制。本领域技术人员可以根据现有技术实现信控阵阵元，并组成信控阵，在此不再详述。所必须具备的其他利用公式(2)计算各个阵元的信号频率，图1所示为信控阵的第25个和第50个阵元不包含f0的发射频率，从图1可以看出：信控阵阵元的发射频率必须满足特定的函数，才能形成信控阵独特的天线方向图。
利用公式(5)可以得到信控阵的天线发射方向图，图2和图3分别为本实例提供的信控阵t＝0时刻和t＝τ时刻的天线发射方向图。从图2和图3可以看出：
(1)在近距离，信控阵方向图同现有相控阵相同，即信控阵保持了现有相控阵的灵活的波束控制能力，和在波束指向方向上持续发射信号的能力；
(2)随着距离增加，信控阵方向图波束逐渐弯曲、变窄。直到远距离时，信控阵方向图波束与近距离的波束指向近似垂直，与频控阵方向图类似，即信控阵保持了频控阵的具有距离依赖性的天线方向图，这使得设定的空间之外的杂波和干扰信号很难被信控阵接收到，降低了信控阵信号被截获和被干扰的概率。
综上，本发明提供的信控阵兼具波束指向方向高发射能量和信号低截获概率的优点。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.信控阵阵元，其特征在于，所述阵元信号的幅度、频率和相位都可以调整。
2.依据权利要求1所述的信控阵阵元，其特征在于，所述阵元发射信号为其中，Ak为加权值，用于降低天线波束副瓣或对抗干扰，f0为初始频率，k为阵元编号，Δf为频率偏移，τ为发射脉宽，M为指数，d为阵元间距，α0为波束指向，λ0＝c/f0，c为光速。
3.信控阵，采用权利要求1或2所提供的信控阵阵元。
4.依据权利要求3所述的信控阵，其特征在于，发射信号相参累加后得到的天线方向图为：Rk＝R+kd sinθ，其中θ为角度，R为距离。
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