CN113466847A - 基于lfmcw的非均匀频偏频控阵的实现方法和装置 - Google Patents

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CN113466847A CN202010242668.2A CN202010242668A CN113466847A CN 113466847 A CN113466847 A CN 113466847A CN 202010242668 A CN202010242668 A CN 202010242668A CN 113466847 A CN113466847 A CN 113466847A
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陈峤羽
吴文
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Abstract

本发明公开了一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法和装置。该方法为：信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，计算各个阵元处的信号的瞬时相位；令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间；根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足所得的关系的时延，设计波束形成单元并测试其在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图。该装置包括线性调频连续波、满足所需时延要求的波束形成单元，以及代替天线单元的功率合成器。本发明干扰小、方法简便、结构简单。

Description

基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法和装置
技术领域
本发明涉及频控阵技术领域，特别是一种基于LFMCW(线形调频连续波)的非均匀频偏频控阵的实现方法和装置。
背景技术
频控阵指的是发射波束辐射方向图与距离、角度、时间都相关的频率分集阵列，它是一种增加阵元频偏自由度的新概念天线阵，拥有许多传统天线所没有的新特性，是当前学术研究的热点问题之一。但是对频控阵的研究多是从方向图的角度，或者雷达信息处理的角度进行，在硬件实现上的公开报道非常少。若缺少简便有效的技术途径实现频率分集阵列的诸多理论设想，会严重地限制频控阵的后续发展。因此对于频控阵的硬件实现的研究具有潜在的应用价值。
目前已公开报道的频控阵多是实现均匀偏频，均匀频偏频控阵的波束方向图在距离维度上是周期性变化的，在多个最大值点会产生一系列非期望的反射，干扰目标返回。此外还有通过多个信号发生器分别为各个阵列单元提供不同频率的信号来实现阵元之间的频率增量从而实现频控阵，此种硬件实现方法需要多个信号发生器，不利于阵列单元数的扩展，且各个信号发生器之间不能获取可靠的时间信息可能会引起时钟抖动和相位误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度高、可靠性强的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法和装置，从而得到不受混频器的影响且无时钟抖动和相位误差的频控阵。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，包括以下步骤：
步骤1、信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算各个阵元处的信号的瞬时相位；
步骤2、令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间；
步骤3、根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足步骤2所得的关系的时延；
步骤4、设计波束形成单元并仿真，使得设计实现的波束形成单元能在各个阵元之间实现步骤3所选取的时延；
步骤5、测试设计的波束形成单元，通过功率合成器测试该波束形成单元在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图。
进一步地，步骤1所述信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算各个阵元处的信号的瞬时相位，其中第m个阵元处的信号的瞬时相位φm为：
φm＝2πf0(t-t0-Δtm)+πk(t-t0-Δtm)2，m＝0,1,2,…,M-1
其中f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率，t为线性调频连续波信号的扫频时间，t0为线性调频连续波信号从信号源传输到第一个天线单元的时间，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，M是阵元数。
进一步地，步骤2所述令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间，具体如下：
根据一维均匀天线阵阵元相位相等时发射波束辐射方向图取最大值，令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系为：
Figure BDA0002433075640000021
其中，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm-1为第m-1个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm,m-1为第m个天线单元相比于第m-1个天线单元的时延，Δt1为第二个天线单元相比于第一个天线单元的时延，a、x为任意整数值；
此时波束方向图最大值出现的时间tmax为：
Figure BDA0002433075640000022
其中，f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率。
进一步地，步骤3所述根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足步骤2所得的关系的时延，具体如下：
根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，为了使得波束方向图在一个扫频周期内可见，选取的a值需要满足：
Figure BDA0002433075640000031
其中，T是线形调频连续波的扫频周期；
将选定的a值代入步骤2中
Figure BDA0002433075640000032
任意改变x的值，并结合波束方向图的仿真结果选取时延。
进一步地，步骤5所述测试设计的波束形成单元，通过功率合成器测试该波束形成单元在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图，具体如下：
通过信号发生器产生一个线性调频连续波信号，经过设计实现的波束形成单元，从波束形成单元的各个输出端口传输到功率合成器，在功率合成器的共同端口进行信号叠加，信号发生器、波束形成单元和功率合成器模拟实现非均匀频偏频控阵；通过射频同轴检波器进行检波，在示波器上模拟该非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制。
一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，包括线性调频连续波、波束形成单元、功率合成器，其中：
所述波束形成单元基于所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法设计得到；
所述线性调频连续波由信号发生器提供，功率合成器代替天线单元模拟实现非均匀频偏频控阵。
进一步地，所述基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，包括8个阵元，1个输入端口和8个输出端口；
波束形成单元的八个输出端口分别为第一输出端口y0，第二输出端口y1，第三输出端口y2，第四输出端口y3，第五输出端口y4，第六输出端口y5，第七输出端口y6，第八输出端口y7；一个输入端口为第一输入端口x0；
波束形成单元的输入端口与输出端口之间用弯曲的微带线结构连接；
波束形成单元的第二输出端口y1相比于第一输出端口y0的时延为Δt1，第三输出端口y2相比于第一输出端口y0的时延为Δt2，第四输出端口y3相比于第一输出端口y0的时延为Δt3，第五输出端口y4相比于第一输出端口y0的时延为Δt4，第六输出端口y5相比于第一输出端口y0的时延为Δt5，第七输出端口y6相比于第一输出端口y0的时延为Δt6，第八输出端口y7相比于第一输出端口y0的时延为Δt7；
波束形成单元的第一输入端口x0接信号发生器的输出端口；
波束形成单元的第一输出端口y0连接功率合成器的第一输入端口，第二输出端口y1连接功率合成器的第二输入端口，第三输出端口y2连接功率合成器的第三输入端口，第四输出端口y3连接功率合成器的第四输入端口，第五输出端口y4连接功率合成器的第五输入端口，第六输出端口y5连接功率合成器的第六输入端口，第七输出端口y6连接功率合成器的第七输入端口，第八输出端口y7连接功率合成器的第八输入端口；
波束形成单元与功率合成器之间用相同长度的射频电缆连接。
进一步地，所述基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，还包括模拟测试单元，用于模拟测试所设计实现的非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制；
所述模拟测试单元包括射频同轴检波器、示波器，所述功率合成器的输出端口连接射频同轴检波器的输入端口，所述射频同轴检波器的输出端口连接示波器的输入端口。
进一步地，所述波束形成单元，采用介电常数为10.2，在频率为10GHz时tan(δ)为0.0023，厚度为25mil的ROGERS 6010为基底，尺寸为200mm×95mm，第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延Δtm分别取为0.693ns、1.188ns、1.584ns、1.881ns、2.079ns、2.178ns、2.277ns，频带宽度为9-11GHz。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明设计得到非均匀频偏频控阵，使能量集中到期望目标的位置，减少干扰；2)本发明基于线形调频连续波体制实现非均匀频偏频控阵，不受混频器的影响且无时钟抖动和相位误差，且结构简单。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例中基于线形调频连续波的非均匀频偏频控阵的基本结构示意图。
图2为本发明实施例的发射波束辐射方向仿真图。
图3为本发明实施例中波束形成单元的结构示意图。
图4为本发明实施例中波束形成单元的时延仿真图，其中图(a)为8.8-9.6GHz时波束形成单元的时延仿真图，图(b)为9.6-10.4GHz时波束形成单元的时延仿真图，图(c)为10.4-11.2GHz时波束形成单元的时延仿真图。
图5为本发明实施例中波束形成单元的反射系数仿真图。
图6为本发明实施例的测试结构图。
图7为本发明实施例在时间维度上的幅度调制信号仿真图。
具体实施方式
本发明基于线形调频连续波体制，分别为各个阵列单元提供信号，通过积分写出各个阵元处的瞬时相位表达式。根据一维均匀天线阵阵元相位相等时波束方向图取最大值，令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，得到各个阵元之间的时延需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间。再根据仿真的波束方向图、线形调频连续波信号的参数选取合适的满足之前所得关系的时延。设计实现满足所需时延要求的波束形成单元，并通过功率合成器代替天线单元模拟实现非均匀频偏频控阵。最后通过检波器、示波器对该非均匀频偏频控阵进行测试。
结合图1，本发明基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，包括以下步骤：
步骤1、信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算各个阵元处的信号的瞬时相位；
信号发生器产生线形调频连续波信号，通过波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算出第m个阵元处的信号的瞬时相位φm为：
φm＝2πf0(t-t0-Δtm)+πk(t-t0-Δtm)2，m＝0,1,2,…,M-1
其中f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率，t为线性调频连续波信号的扫频时间，t0为线性调频连续波信号从信号源传输到第一个天线单元的时间，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，M是阵元数。
步骤2、令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间，具体如下：
根据一维均匀天线阵阵元相位相等时发射波束辐射方向图取最大值，令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系为：
Figure BDA0002433075640000051
其中，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm-1为第m-1个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm,m-1为第m个天线单元相比于第m-1个天线单元的时延，Δt1为第二个天线单元相比于第一个天线单元的时延，a、x为任意整数值；
此时波束方向图最大值出现的时间tmax为：
Figure BDA0002433075640000061
其中，f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率。
步骤3、根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足步骤2所得的关系的时延，具体如下：
根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取效果较好的且满足之前所得的关系的时延，为了使得波束方向图的最大值在一个扫频周期内可见，选取的a值需要满足：
Figure BDA0002433075640000062
其中，T是线形调频连续波的扫频周期；
据此可以选取合适的a值，进而将选定的a值代入步骤2中
Figure BDA0002433075640000063
任意改变x的值，并结合波束方向图的仿真结果，选取合适的时延。
步骤4、设计波束形成单元并仿真，使得设计实现的波束形成单元能在各个阵元之间实现步骤3所选取的时延；
步骤5、测试设计的波束形成单元，通过功率合成器测试该波束形成单元在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图，具体如下：
通过信号发生器产生一个线性调频连续波信号，经过设计实现的波束形成单元，从波束形成单元的各个输出端口传输到功率合成器，在功率合成器的共同端口进行信号叠加，信号发生器、波束形成单元和功率合成器模拟实现非均匀频偏频控阵；通过射频同轴检波器进行检波，在示波器上模拟该非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制。
上述基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，首先假设不同的延时单元的时延是Δtm，然后用Δtm进行公式推导，之后根据推导出来的公式需要满足的一些条件确定Δtm的具体值分别是多少，然后通过仿真设计使得各个延时单元分别能实现Δtm的具体值，各个延时单元合在一起形成了波束形成单元，分别为各个阵元提供不同的时延。步骤1的波束形成单元仅仅是抽象的结构，只是利用它来进行公式推导的；步骤4中的波束形成单元是具体的最后频控阵实物的组成部分，需要设计仿真实现确定的时延，它的参数是需要根据步骤1-3的公式推导来确定的。
一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，其特征在于，包括线性调频连续波、波束形成单元、功率合成器，其中：
所述波束形成单元基于所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法设计得到；
所述线性调频连续波由信号发生器提供，功率合成器代替天线单元模拟实现非均匀频偏频控阵。
该频控阵共有8个阵元，具备1个输入端口和8个输出端口；
波束形成单元的八个输出端口分别为第一输出端口y0，第二输出端口y1，第三输出端口y2，第四输出端口y3，第五输出端口y4，第六输出端口y5，第七输出端口y6，第八输出端口y7。一个输入端口为第一输入端口x0；
波束形成单元的输入端口与输出端口之间用弯曲的微带线结构连接；
波束形成单元的第二输出端口y1相比于第一输出端口y0的时延为Δt1，第三输出端口y2相比于第一输出端口y0的时延为Δt2，第四输出端口y3相比于第一输出端口y0的时延为Δt3，第五输出端口y4相比于第一输出端口y0的时延为Δt4，第六输出端口y5相比于第一输出端口y0的时延为Δt5，第七输出端口y6相比于第一输出端口y0的时延为Δt6，第八输出端口y7相比于第一输出端口y0的时延为Δt7；
波束形成单元的第一输入端口x0接信号发生器的输出端口；
波束形成单元的第一输出端口y0连接功率合成器的第一输入端口，第二输出端口y1连接功率合成器的第二输入端口，第三输出端口y2连接功率合成器的第三输入端口，第四输出端口y3连接功率合成器的第四输入端口，第五输出端口y4连接功率合成器的第五输入端口，第六输出端口y5连接功率合成器的第六输入端口，第七输出端口y6连接功率合成器的第七输入端口，第八输出端口y7连接功率合成器的第八输入端口；
波束形成单元与功率合成器之间用相同长度的射频电缆连接。
进一步地，本发明所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，还包括模拟测试单元，用于模拟测试所设计实现的非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制；所述模拟测试单元包括射频同轴检波器、示波器，所述功率合成器的输出端口连接射频同轴检波器的输入端口，所述射频同轴检波器的输出端口连接示波器的输入端口。
本发明设计得到非均匀频偏频控阵，将能量集中到期望目标的位置，减少了干扰；此外，本发明基于线性调频连续波体制，不受混频器的影响且无时钟抖动和相位误差，结构简单。
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
结合图1，R0为目标到第一个天线单元的距离，θ为目标偏离第一个天线单元的角度，d为相邻阵元的间距，t0为线性调频连续波信号从信号源传输到第一个阵元的时间，t1为线性调频连续波信号从信号源传输到第二个阵元的时间，tN-1为线性调频连续波信号从信号源传输到第N个阵元的时间。本发明实施例提供一种基于线性调频连续波的非均匀频偏频控阵的设计实现，所述频控阵由线性调频连续波、波束形成单元和天线单元构成，在本发明实施例中天线单元由功率合成器来模拟实现。
本发明实施例中所设计的波束形成单元，其第m个阵元处的信号的瞬时相位为：
Figure BDA0002433075640000083
m＝0,1,2,…,M-1。其中f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率，t为线性调频连续波信号的扫频时间，t0为线性调频连续波信号从信号源传输到第一个阵元的时间，Δtm为第m个阵元相比于第一个阵元的时延，M是阵元数。
本发明实施例中所设计的波束形成单元，其相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系为：
Figure BDA0002433075640000081
此时波束方向图最大值出现的时间为：
Figure BDA0002433075640000082
其中，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm-1为第m-1个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm,m-1为第m个天线单元相比于第m-1个天线单元的时延，Δt1为第二个天线单元相比于第一个天线单元的时延；a、x可以取为任意整数值。
本发明实施例所设计的波束形成单元，阵元数为8，频带宽度为9-11GHz。
本发明实施例中的线性调频连续波信号，扫频周期为161ms，扫频范围为9-11GHz。
本发明实施例所设计的波束形成单元，为了使得波束方向图的最大值在一个扫频周期内可见，根据线性调频连续波信号的参数选取满足之前所得的关系的时延，需要满足：
Figure BDA0002433075640000092
取a＝7，Δt1＝0.693ns。
本发明实施例所设计的波束形成单元，根据步骤2中
Figure BDA0002433075640000091
以及仿真的距离-角度三维发射波束辐射方向图(参照图2)选取效果较好的时延，第m个单元相比于第一个天线单元的时延Δtm分别取为0.693ns、1.188ns、1.584ns、1.881ns、2.079ns、2.178ns、2.277ns。此时，波束方向图能量集中在期望目标的位置，最大旁瓣的幅度约为主瓣的50％。
本发明实施例所设计实现的波束形成单元，结合图3，采用介电常数为10.2，在频率为10GHz时tan(δ)为0.0023，厚度为25mil的ROGERS 6010为基底，尺寸为200mm×95mm，用弯曲的微带线结构来实现。
图4为所述波束形成单元的时延仿真图，其中图4(a)为8.8-9.6GHz时波束形成单元的时延仿真图，图4(b)为9.6-10.4GHz时波束形成单元的时延仿真图，图4(c)为10.4-11.2GHz时波束形成单元的时延仿真图，第m个单元相比于第一个天线单元的时延Δtm分别为0.693ns、1.188ns、1.584ns、1.881ns、2.079ns、2.178ns、2.277ns。
图5为所述波束形成单元的反射系数仿真图，小于-10dB的带宽范围为：9-11GHz。
本发明实施例模拟实现的非均匀频偏频控阵，结合图6，该频控阵由线性调频连续波、波束形成单元、功率合成器构成。其中线性调频连续波由信号发生器提供，功率合成器代替天线单元模拟实现非均匀频偏频控阵。通过信号发生器产生一个线性调频连续波信号，经过设计实现的波束形成单元，从波束形成单元的各个输出端口传输到功率合成器，在功率合成器的共同端口进行信号叠加。
本发明实施例模拟测试非均匀频偏频控阵，通过射频同轴检波器进行检波，在示波器上模拟实现该非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制，如图7所示，在一个扫频周期内只有一个峰值。
本发明基于线形调频连续波体制，与频控阵的其他实现方案相比，不受混频器的影响且无时钟抖动和相位误差；其次，本发明实现了频控阵阵元之间的非均匀偏频，与均匀偏频相比能将能量集中到期望目标的位置，减少了干扰；最后，本发明设计方法简单，结构简单。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前体下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算各个阵元处的信号的瞬时相位；
步骤2、令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间；
步骤3、根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足步骤2所得的关系的时延；
步骤4、设计波束形成单元并仿真，使得设计实现的波束形成单元能在各个阵元之间实现步骤3所选取的时延；
步骤5、测试设计的波束形成单元，通过功率合成器测试该波束形成单元在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图。
2.根据权利要求1所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，其特征在于，步骤1所述信号发生器产生线形调频连续波信号，假设由波束形成单元分别传输到各个阵元上，通过积分推导计算各个阵元处的信号的瞬时相位，其中第m个阵元处的信号的瞬时相位φm为：
φm＝2πf0(t-t0-Δtm)+πk(t-t0-Δtm)2，m＝0,1,2,…,M-1
其中f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率，t为线性调频连续波信号的扫频时间，t0为线性调频连续波信号从信号源传输到第一个天线单元的时间，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，M是阵元数。
3.根据权利要求1所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，其特征在于，步骤2所述令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系以及波束方向图最大值出现的时间，具体如下：
根据一维均匀天线阵阵元相位相等时发射波束辐射方向图取最大值，令非均匀频偏频控阵的各个阵元处的瞬时相位相等或相差2π的整数倍，推导出相邻两个阵元之间的时延所需满足的关系为：
Figure FDA0002433075630000011
其中，Δtm为第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm-1为第m-1个天线单元相比于第一个天线单元的时延，Δtm,m-1为第m个天线单元相比于第m-1个天线单元的时延，Δt1为第二个天线单元相比于第一个天线单元的时延，a、x为任意整数值；
此时波束方向图最大值出现的时间tmax为：
Figure FDA0002433075630000021
其中，f0是线性调频连续波的起始频率，k是线性调频连续波的斜率。
4.根据权利要求1所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，其特征在于，步骤3所述根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，选取满足步骤2所得的关系的时延，具体如下：
根据仿真的波束方向图、线性调频连续波信号的参数，为了使得波束方向图在一个扫频周期内可见，选取的a值需要满足：
Figure FDA0002433075630000022
其中，T是线形调频连续波的扫频周期；
将选定的a值代入步骤2中
Figure FDA0002433075630000023
任意改变x的值，并结合波束方向图的仿真结果选取时延。
5.根据权利要求1所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法，其特征在于，步骤5所述测试设计的波束形成单元，通过功率合成器测试该波束形成单元在时间维度上的幅度调制，模拟实现非均匀频偏频控阵的波束方向图，具体如下：
通过信号发生器产生一个线性调频连续波信号，经过设计实现的波束形成单元，从波束形成单元的各个输出端口传输到功率合成器，在功率合成器的共同端口进行信号叠加，信号发生器、波束形成单元和功率合成器模拟实现非均匀频偏频控阵；通过射频同轴检波器进行检波，在示波器上模拟该非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制。
6.一种基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，其特征在于，包括线性调频连续波、波束形成单元、功率合成器，其中：
所述波束形成单元基于权利要求1～5任一项所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵的实现方法设计得到；
所述线性调频连续波由信号发生器提供，功率合成器代替天线单元模拟实现非均匀频偏频控阵。
7.根据权利要求6所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，其特征在于，该装置包括8个阵元，1个输入端口和8个输出端口；
波束形成单元的八个输出端口分别为第一输出端口y0，第二输出端口y1，第三输出端口y2，第四输出端口y3，第五输出端口y4，第六输出端口y5，第七输出端口y6，第八输出端口y7；一个输入端口为第一输入端口x0；
波束形成单元的输入端口与输出端口之间用弯曲的微带线结构连接；
波束形成单元的第二输出端口y1相比于第一输出端口y0的时延为Δt1，第三输出端口y2相比于第一输出端口y0的时延为Δt2，第四输出端口y3相比于第一输出端口y0的时延为Δt3，第五输出端口y4相比于第一输出端口y0的时延为Δt4，第六输出端口y5相比于第一输出端口y0的时延为Δt5，第七输出端口y6相比于第一输出端口y0的时延为Δt6，第八输出端口y7相比于第一输出端口y0的时延为Δt7；
波束形成单元的第一输入端口x0接信号发生器的输出端口；
波束形成单元的第一输出端口y0连接功率合成器的第一输入端口，第二输出端口y1连接功率合成器的第二输入端口，第三输出端口y2连接功率合成器的第三输入端口，第四输出端口y3连接功率合成器的第四输入端口，第五输出端口y4连接功率合成器的第五输入端口，第六输出端口y5连接功率合成器的第六输入端口，第七输出端口y6连接功率合成器的第七输入端口，第八输出端口y7连接功率合成器的第八输入端口；
波束形成单元与功率合成器之间用相同长度的射频电缆连接。
8.根据权利要求6或7所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，其特征在于，还包括模拟测试单元，用于模拟测试所设计实现的非均匀频偏频控阵的波束方向图在时间维度上的幅度调制；
所述模拟测试单元包括射频同轴检波器、示波器，所述功率合成器的输出端口连接射频同轴检波器的输入端口，所述射频同轴检波器的输出端口连接示波器的输入端口。
9.根据权利要求8所述的基于LFMCW的非均匀频偏频控阵装置，其特征在于，所述波束形成单元，采用介电常数为10.2，在频率为10GHz时tan(δ)为0.0023，厚度为25mil的ROGERS6010为基底，尺寸为200mm×95mm，第m个天线单元相比于第一个天线单元的时延Δtm分别取为0.693ns、1.188ns、1.584ns、1.881ns、2.079ns、2.178ns、2.277ns，频带宽度为9-11GHz。
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