CN108512569A - 一种有源阵列天线的信号收发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源阵列天线的信号收发系统，包括信号处理机、波束控制模块和多个射频收发子系统；所述信号处理机分别与波束控制模块和每一个射频收发子系统连接，所述波束控制模块还分别与每一个射频收发子系统连接；所述射频收发子系统包括功分合成模块、多个TR子阵和多个天线子阵；本发明天线子阵中的天线单元具有两种极化方式，相比与单极化天线，大大减少了天线的数目，同时本发明的各个射频收发子系统能够独立工作互不影响，提高了有源阵列天线的容灾能力，并且，本发明可以直接对所有的信号单元进行收发切换、幅相参数的控制，提高了有源阵列天线信号收发的灵活性。

Description

一种有源阵列天线的信号收发系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种有源阵列天线的信号收发系统。
背景技术
随着社会的发展和科技水平的不断进步，有源阵列天线在无线通信领域起到了越来越重要的作用，也是今后天线阵列设计发展的一个重要趋势，是天线的重要发展方向。有源阵列天线具有下列优异的性能：第一，智能覆盖：有源阵列天线很容易对信号进行处理从而进行各种波束赋形，并可以实时调整，具有快速识别覆盖目标和自适应抗干扰的能力；第二，节能减排，效率高：有源阵列消除了馈线系统的损耗，大大提高了发射机功率的有效性。但是，在利用有源阵列天线进行信号收发的过程中，依然存在着一些问题，例如，有源阵列天线的天线单元数目多，设备复杂，有源阵列天线的信号收发系统可能会受到电源波动影响而无法稳定工作等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有源阵列天线的信号收发系统，采用双极化天线构建天线子阵，使得天线子阵中的天线单元具有两种极化方式，相比与单极化天线，大大减少了天线的数目，同时本发明的各个射频收发子系统能够独立工作互不影响，提高了有源阵列天线的容灾能力，并且，本发明可以直接对所有的信号单元进行收发切换、幅相参数的控制，提高了有源阵列天线信号收发的灵活性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种有源阵列天线的信号收发系统，包括信号处理机、波束控制模块和多个射频收发子系统；所述信号处理机分别与波束控制模块和每一个射频收发子系统连接，所述波束控制模块还分别与每一个射频收发子系统连接；
所述射频收发子系统包括功分合成模块、多个TR子阵和多个天线子阵，同一个射频收发子系统中，TR子阵和天线子阵的数目相同且一一对应连接，所述TR子阵还与功分合成模块连接，所述功分合成模块与信号处理机连接；
所述信号处理机，用于产生待发射的基带信号传输给射频收发子系统进行发射，或是对射频收发子系统接收到的信号进行处理，并生成射频收发控制指令发送给波束控制模块；
所述波束控制模块，用于解析来自信号处理机的射频收发控制指令，并根据解析结果对每一个射频收发子系统进行收发切换、幅相参数和极化方式的控制。
每一个射频收发子系统中，所述天线子阵包括多个天线单元，所述TR子阵包括多个信号收发单元；对应的天线子阵和TR子阵中，天线单元与信号收发单元的数目相同且一一对应，所述天线单元通过对应的信号收发单元连接到功分合成模块。
其中所述天线单元包括双极化天线和极化切换开关，所述双极化天线通过极化切换开关与对应的信号收发单元连接，所述极化切换开关的控制输入端与波束控制模块连接。
其中，所述信号收发单元包括可调衰减器、可调移相器、射频发射通道、射频接收通道和收发切换开关，所述射频发射通道的输入端与可调移相器连接，射频发射通道的输出端与收发切换开关连接，所述射频接收通道的输入端与收发切换开关连接，射频接收通道的输出端与可调移相器连接，所述收发切换开关还与信号收发单元所对应的天线单元连接，所述可调移相器与可调衰减器连接，可调衰减器与功分合成模块连接；所述可调衰减器、可调移相器和收发切换开关的控制输入端均与波束控制模块连接。
其中，所述波束控制模块包括：命令解析单元，用于解析来自信号处理机的控制指令；极化控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有天线单元的极化方式进行控制；收发切换单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的收发切换进行控制；相位控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的相位参数进行控制；幅度控制单元，用于根据信号处理机的指令，对个各个射频收发子系统中所有信号收发单元的幅度参数进行控制。
优选地，所述的信号收发系统还包括电源子系统，所述电源子系统包括供电电源和防浪涌电路，所述防浪涌电路的输入端与供电电源连接，所述防浪涌电路的输出端分别与信号处理机、波束控制模块和每一个射频收发子系统连接。所述的防浪涌电路包括电阻R1、TVS管、第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2和气体放电管D1；所述电阻R1的第一端作为防浪涌电路的输入端；电阻R1的第二端作为防浪涌电路的输出端；电阻R1的第一端通过TVS管接地；电阻R1的第二端依次通过第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2接地；气体放电管D1并联设置在第二压敏电阻MOV2的两端。
本发明的有益效果是：本发明采用双极化天线构建天线子阵，使得天线子阵中的天线单元具有两种极化方式，相比与单极化天线，大大减少了天线的数目；同时，本发明的各个射频收发子系统能够独立工作互不影响，即使其中一个射频收发子系统出现故障，也不会对其他射频收发子系统产生影响，信号收发系统依然能够正常工作，容灾性能好；各个射频收发子系统中，天线子阵和TR子阵呈模块化设计，每一个天线子阵配合对应的TR子阵，以及该射频收发子系统中的功分合成模块，即可进行射频收发工作，与其他天线子阵和TR子阵互不影响，进一步提高了有源阵列天线的容灾能力；本发明可以直接对所有的信号单元进行收发切换、幅相参数的控制，提高了有源阵列天线信号收发的灵活性；本发明的电源子系统包括供电电源和防浪涌电路，避免了浪涌电压对信号收发系统带来的不利影响，保证了信号收发系统的稳定工作。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为天线子阵和TR子阵的原理框图；
图3为信号收发单元的原理框图；
图4为防浪涌电路的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种有源阵列天线的信号收发系统，包括信号处理机、波束控制模块和多个射频收发子系统；所述信号处理机分别与波束控制模块和每一个射频收发子系统连接，所述波束控制模块还分别与每一个射频收发子系统连接；
所述射频收发子系统包括功分合成模块、多个TR子阵和多个天线子阵，同一个射频收发子系统中，TR子阵和天线子阵的数目相同且一一对应连接，所述TR子阵还与功分合成模块连接，所述功分合成模块与信号处理机连接；
所述信号处理机，用于产生待发射的基带信号传输给射频收发子系统进行发射，或是对射频收发子系统接收到的信号进行处理，并生成射频收发控制指令发送给波束控制模块；
所述波束控制模块，用于解析来自信号处理机的射频收发控制指令，并根据解析结果对每一个射频收发子系统进行收发切换、幅相参数和极化方式的控制。
如图2所示，每一个射频收发子系统中，所述天线子阵包括多个天线单元，所述TR子阵包括多个信号收发单元；对应的天线子阵和TR子阵中，天线单元与信号收发单元的数目相同且一一对应，所述天线单元通过对应的信号收发单元连接到功分合成模块。
其中所述天线单元包括双极化天线和极化切换开关，所述双极化天线通过极化切换开关与对应的信号收发单元连接，所述极化切换开关的控制输入端与波束控制模块连接。
如图3所示，所述信号收发单元包括可调衰减器、可调移相器、射频发射通道、射频接收通道和收发切换开关，所述射频发射通道的输入端与可调移相器连接，射频发射通道的输出端与收发切换开关连接，所述射频接收通道的输入端与收发切换开关连接，射频接收通道的输出端与可调移相器连接，所述收发切换开关还与信号收发单元所对应的天线单元连接，所述可调移相器与可调衰减器连接，可调衰减器与功分合成模块连接；所述可调衰减器、可调移相器和收发切换开关的控制输入端均与波束控制模块连接。
其中，所述波束控制模块包括：命令解析单元，用于解析来自信号处理机的控制指令；极化控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有天线单元的极化方式进行控制；收发切换单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的收发切换进行控制；相位控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的相位参数进行控制；幅度控制单元，用于根据信号处理机的指令，对个各个射频收发子系统中所有信号收发单元的幅度参数进行控制。
所述的信号收发系统还包括电源子系统，所述电源子系统包括供电电源和防浪涌电路，所述防浪涌电路的输入端与供电电源连接，所述防浪涌电路的输出端分别与信号处理机、波束控制模块和每一个射频收发子系统连接；如图4所示，所述的防浪涌电路包括电阻R1、TVS管、第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2和气体放电管D1；所述电阻R1的第一端作为防浪涌电路的输入端；电阻R1的第二端作为防浪涌电路的输出端；电阻R1的第一端通过TVS管接地；电阻R1的第二端依次通过第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2接地；气体放电管D1并联设置在第二压敏电阻MOV2的两端；
浪涌电压输入时，第一压敏电阻MOV1和第二压敏电阻MOV2共同承担保护作用，同时电阻R1和TVS管对浪涌电压的残余能量进行抑制；而浪涌电压过大，冲击放电电流过大，残压超过应有的保护水平，此时气体放电管D1会导通并短接第一压敏电阻MOV2，同时气体放电管将能量释放到大地，残压将大地降低；这时，再通过电阻R1和TVS管对浪涌电压的残余能量进行抑制；因此本申请的防浪涌电路既能够避免对较小的浪涌电压给有源阵列天线信号收发系统带来的不利影响，也能够避免较大的浪涌电压给有源阵列天线信号收发系统带来的不利影响。
在一些实施例中，所述防浪涌电路的输出端还可以设置DC-DC电压转换模块或者低压差线性稳压器LDO，对防浪涌电路输出的电压进行转换，使得电源子系统能够提供不同的电源电压。
综上，本发明采用双极化天线构建天线子阵，使得天线子阵中的天线单元具有两种极化方式，相比与单极化天线，大大减少了天线的数目；同时，本发明的各个射频收发子系统能够独立工作互不影响，即使其中一个射频收发子系统出现故障，也不会对其他射频收发子系统产生影响，信号收发系统依然能够正常工作，容灾性能好；各个射频收发子系统中，天线子阵和TR子阵呈模块化设计，每一个天线子阵配合对应的TR子阵，以及该射频收发子系统中的功分合成模块，即可进行射频收发工作，与其他天线子阵和TR子阵互不影响，进一步提高了有源阵列天线的容灾能力；本发明可以直接对所有的信号单元进行收发切换、幅相参数的控制，提高了有源阵列天线信号收发的灵活性；本发明的电源子系统包括供电电源和防浪涌电路，避免了浪涌电压对信号收发系统带来的不利影响，保证了有源阵列天线信号收发系统的稳定工作。

Claims (7)

1.一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：包括信号处理机、波束控制模块和多个射频收发子系统；所述信号处理机分别与波束控制模块和每一个射频收发子系统连接，所述波束控制模块还分别与每一个射频收发子系统连接；
所述射频收发子系统包括功分合成模块、多个TR子阵和多个天线子阵，同一个射频收发子系统中，TR子阵和天线子阵的数目相同且一一对应连接，所述TR子阵还与功分合成模块连接，所述功分合成模块与信号处理机连接；
所述信号处理机，用于产生待发射的基带信号传输给射频收发子系统进行发射，或是对射频收发子系统接收到的信号进行处理，并生成射频收发控制指令发送给波束控制模块；
所述波束控制模块，用于解析来自信号处理机的射频收发控制指令，并根据解析结果对每一个射频收发子系统进行收发切换、幅相参数和极化方式的控制。
2.根据权利要求1所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：每一个射频收发子系统中，所述天线子阵包括多个天线单元，所述TR子阵包括多个信号收发单元；对应的天线子阵和TR子阵中，天线单元与信号收发单元的数目相同且一一对应，所述天线单元通过对应的信号收发单元连接到功分合成模块。
3.根据权利要求2所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：所述天线单元包括双极化天线和极化切换开关，所述双极化天线通过极化切换开关与对应的信号收发单元连接，所述极化切换开关的控制输入端与波束控制模块连接。
4.根据权利要求2所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：所述信号收发单元包括可调衰减器、可调移相器、射频发射通道、射频接收通道和收发切换开关，所述射频发射通道的输入端与可调移相器连接，射频发射通道的输出端与收发切换开关连接，所述射频接收通道的输入端与收发切换开关连接，射频接收通道的输出端与可调移相器连接，所述收发切换开关还与信号收发单元所对应的天线单元连接，所述可调移相器与可调衰减器连接，可调衰减器与功分合成模块连接；所述可调衰减器、可调移相器和收发切换开关的控制输入端均与波束控制模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：所述波束控制模块包括：
命令解析单元，用于解析来自信号处理机的控制指令；
极化控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有天线单元的极化方式进行控制；
收发切换单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的收发切换进行控制；
相位控制单元，用于根据信号处理机的指令，对各个射频收发子系统中所有信号收发单元的相位参数进行控制；
幅度控制单元，用于根据信号处理机的指令，对个各个射频收发子系统中所有信号收发单元的幅度参数进行控制。
6.根据权利要求1所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：所述的信号收发系统还包括电源子系统，所述电源子系统包括供电电源和防浪涌电路，所述防浪涌电路的输入端与供电电源连接，所述防浪涌电路的输出端分别与信号处理机、波束控制模块和每一个射频收发子系统连接。
7.根据权利要求6所述的一种有源阵列天线的信号收发系统，其特征在于：所述的防浪涌电路包括电阻R1、TVS管、第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2和气体放电管D1；所述电阻R1的第一端作为防浪涌电路的输入端；电阻R1的第二端作为防浪涌电路的输出端；电阻R1的第一端通过TVS管接地；电阻R1的第二端依次通过第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2接地；气体放电管D1并联设置在第二压敏电阻MOV2的两端。
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