CN115224489A - 一种相控阵天线的控制系统及方法 - Google Patents

一种相控阵天线的控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种相控阵天线的控制系统及方法，依据基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求，该控制系统可选择工作在基础带宽链路模式或者拓展带宽链路模式；在拓展带宽链路模式下，控制系统中的调制解调与管理单元实时将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元；天线单元依据目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制相控阵天线切换使用目标工作频率而工作。本申请可选择性工作在拓展带宽链路模式下，通过调制解调与管理单元预先实时发送跳频目标信息至天线单元，令天线单元依据信号传输的实时需要而跳频调整波束控制相位的中心频率，从而在实现超宽带宽传输信号的同时也有效解决了频率色散的问题。

Description

一种相控阵天线的控制系统及方法
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种相控阵天线的控制系统及方法。
背景技术
当前，机载卫星通信系统的大量数据收发需求对机载相控阵天线的带宽提出了越来越高的要求。此外，除了驾驶舱内众多信号收发的链路需求以外，机载卫星通信系统还需满足客舱乘客们的机上娱乐需求。因此，通信带宽的拓展十分必要，所以当前的机载卫星通信系统一般兼容了多种频段的通信链路，例如L频段、S频段、Ku频段、Ka频段等。
但是，当前的一些具有超宽带宽特性的低成本小型化机载相控阵天线却存在一定的弊端：在高传输带宽下产生频率色散，恶化相控阵天线的性能。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种相控阵天线的控制系统及方法，以便在实现超宽带宽传输的同时也有效解决频率色散的问题。
为解决上述技术问题，一方面，本申请公开了一种相控阵天线的控制系统，依据基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求，所述控制系统可选择工作在基础带宽链路模式或者拓展带宽链路模式；
在拓展带宽链路模式下，所述控制系统中的调制解调与管理单元实时将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元；所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制所述相控阵天线切换使用所述目标工作频率而工作。
可选地，所述调制解调与管理单元与所述天线单元中均设置有用于进行时间同步的同步模块。
可选地，所述天线单元包括：
接口模块，用于接收所述调制解调与管理单元发送的所述跳频目标信息；
与所述接口模块连接的波控码生成模块，用于生成与所述目标工作频率对应的所述目标波控码；
与所述波控码生成模块连接的波束控制模块，用于将所述目标波控码发送至天线发射阵列模块的T组件进行缓存；
与所述接口模块连接的波控码更新模块，用于控制所述T组件进行波控码更新。
可选地，所述波控码生成模块具体用于：
基于C1＝C0×f1/f0生成所述目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为所述目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的所述目标波控码。
可选地，所述跳频目标信息中还包括目标跳频时限，所述波控码生成模块具体用于：
确定所述目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值，在所述时长差值之内生成所述目标波控码，以便在所述目标跳频时限之内完成跳频。
可选地，所述调制解调与管理单元包括基带板卡和转接模块；
当数据收发带宽实时需求超过基础链路带宽时，所述基带板卡由正常工作模式切换至宽带宽跳频发射模式；
所述转接模块用于：判断当前接入的基带板卡是否切换为宽带宽跳频发射模式；若否，则继续工作在基础带宽链路模式；若是，则切换至拓展带宽链路模式，向所述天线单元的所述接口模块发送所述跳频目标信息。
可选地，所述天线单元包括：
中频模块，用于对所述调制解调与管理单元发送的中频信号进行信号上变频处理，生成射频信号并功分至天线发射阵列模块的T组件，以实现电磁波辐射。
又一方面，本申请还公开了一种相控阵天线的控制方法，应用于所述相控阵天线的控制系统，所述方法包括：
判断基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求；
若是，则确定工作在基础带宽链路模式；
若否，则确定工作在拓展带宽链路模式，基于调制解调与管理单元预先将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元，由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制所述相控阵天线切换使用所述目标工作频率而工作。
可选地，所述由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
由所述天线单元基于C1＝C0×f1/f0生成所述目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为所述目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的所述目标波控码。
可选地，所述由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
确定所述目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值；
由所述天线单元在所述时长差值之内生成所述目标波控码，并在所述目标跳频时限之内完成跳频。
本申请所提供的相控阵天线的控制系统及方法所具有的有益效果是：本申请可选择性工作在拓展带宽链路模式下，通过调制解调与管理单元预先实时发送跳频目标信息至天线单元，令天线单元依据信号传输的实时需要而跳频调整波束控制相位的中心频率，从而在实现超宽带宽传输信号的同时也有效解决了频率色散的问题。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请实施例公开的一种相控阵天线的控制系统的结构框图；
图2为本申请实施例公开的一种相控阵天线的控制方法的流程图；
图3为本申请实施例公开的一种相控阵天线在拓展带宽链路模式下的工作流程示意图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种相控阵天线的控制系统及方法，以便在实现超宽带宽传输的同时也有效解决频率色散的问题。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种相控阵天线的控制系统。依据基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求，该控制系统可选择工作在基础带宽链路模式或者拓展带宽链路模式；
在拓展带宽链路模式下，控制系统中的调制解调与管理单元实时将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元；天线单元依据目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制相控阵天线切换使用目标工作频率而工作。
具体地，本申请所提供的相控阵天线的控制系统，除了可以在基础带宽链路模式下利用基础链路带宽进行数据通信外，还可以在需要时工作在拓展带宽链路模式下，通过跳频操作可实现超宽带宽通信。而跳频操作所依据的跳频目标信息，是由调制解调与管理单元实时发送至天线单元的。
其中，所谓跳频，即工作频率的跳变，跳频目标信息即频率改变的信息。调制解调与管理单元在调制解调信号的第一时间内，可以基于当前信号收发需要而发送对应的跳频目标信息。
天线单元依据调制解调与管理单元预先发送的跳频目标信息，实时调整相控阵天线波束控制相位的中心频率，减少了波束控制相位的中心频率与信号传输的边缘频率差，消除了造成频率色散的原因，从而可有效解决相控阵天线在宽带宽下的频率色散问题。
可见，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统，可选择性工作在拓展带宽链路模式下，通过调制解调与管理单元预先实时发送跳频目标信息至天线单元，令天线单元依据信号传输的实时需要而跳频调整波束控制相位的中心频率，从而在实现超宽带宽传输信号的同时也有效解决了频率色散的问题。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，调制解调与管理单元与天线单元中均设置有用于进行时间同步的同步模块105。
具体地，确保调制解调与管理单元与天线单元的时间同步，能够保障调制解调与管理单元计划以新的目标工作频率发送信号时，天线单元能够刚好准备就绪，保证天线确实能够依据目标工作频率发送信号。相反，若两者时间不同步，则很有可能导致无法顺利依据目标工作频率发送信号。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，天线单元包括：
接口模块101，用于接收调制解调与管理单元发送的跳频目标信息；
与接口模块101连接的波控码生成模块102，用于生成与目标工作频率对应的目标波控码；
与波控码生成模块102连接的波束控制模块103，用于将目标波控码发送至天线发射阵列模块的T组件进行缓存；
与接口模块101连接的波控码更新模块104，用于控制T组件进行波控码更新。
其中，波束控制模块103可具体通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线与T组件连接。T组件为相控阵天线的天线发射阵列模块中的部件，用于缓存波束控制相位。波束控制模块103发送的更新后的目标波控码被缓存在T组件中，在波控码更新模块104的作用下，T组件更新使用最新缓存的目标波控码，完成相控阵天线的波束控制相位更新即波控码更新。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，波控码生成模块102具体用于：
基于C1＝C0×f1/f0生成目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的目标波控码。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，跳频目标信息中还包括目标跳频时限，波控码生成模块102具体用于：
确定目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值，在时长差值之内生成目标波控码，以便在目标跳频时限之内完成跳频。
具体地，为了确保波束控制相位更新的实时性，可具体限制完成跳频操作的用时时长，即目标跳频时限t1。而其中，波束控制相位的更新需要消耗一定的时长，即波控码更新用时t2，因此，为了确保在目标跳频时限内完全完成跳频操作，用于生成目标波控码的时间不应超过目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值，即t1-t2。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，调制解调与管理单元包括基带板卡106和转接模块107；
当数据收发带宽实时需求超过基础链路带宽时，基带板卡106由正常工作模式切换至宽带宽跳频发射模式；
转接模块107用于：判断当前接入的基带板卡106是否切换为宽带宽跳频发射模式；若否，则继续工作在基础带宽链路模式；若是，则切换至拓展带宽链路模式，向天线单元的接口模块101发送跳频目标信息。
具体地，控制系统依据基带板卡106的命令而选择是否开启拓展带宽链路模式来进行对星跟踪。其中，该控制系统可具体采用多模架构，即设置多个分别采用不同卫星系统的基带板卡106。被选择在当前时刻工作的基带板卡106将通过转接模块107接入天线单元而工作。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制系统在上述内容的基础上，天线单元包括：
中频模块108，用于对调制解调与管理单元发送的中频信号进行信号上变频处理，生成射频信号并功分至天线发射阵列模块的T组件，以实现电磁波辐射。
具体地，无论是在基础带宽链路模式还是拓展带宽链路模式下，当工作频率确定或者调整完成后，调制解调与管理单元中的转接模块107将中频信号发送至天线单元的中频模块108，中频模块108进行信号上变频，将生成的射频信号功分给天线发射阵列模块的T组件，实现电磁波辐射。
参见图2所示，本申请实施例公开了一种相控阵天线的控制方法，应用于相控阵天线的控制系统，该方法主要包括：
S201：判断基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求；若是，则进入S202；若否，则进入S203。
S202：确定工作在基础带宽链路模式。
S203：确定工作在拓展带宽链路模式；进入S204。
S204：基于调制解调与管理单元预先将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元，由天线单元依据目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制相控阵天线切换使用目标工作频率而工作。
关于上述相控阵天线的控制系统的具体内容，可参考前述关于相控阵天线的控制方法的详细介绍，这里就不再赘述。
可见，本申请实施例所公开的相控阵天线的控制方法，可选择性工作在拓展带宽链路模式下，通过调制解调与管理单元预先实时发送跳频目标信息至天线单元，令天线单元依据信号传输的实时需要而跳频调整波束控制相位的中心频率，从而在实现超宽带宽传输信号的同时也有效解决了频率色散的问题。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的相控阵天线的控制方法在上述内容的基础上，由天线单元依据目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
由天线单元基于C1＝C0×f1/f0生成目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的目标波控码。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的相控阵天线的控制方法在上述内容的基础上，由天线单元依据目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
确定目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值；
由天线单元在时长差值之内生成目标波控码，并在目标跳频时限之内完成跳频。
作为一个具体实施例，参见图3所示，本申请实施例公开了一种相控阵天线在拓展带宽链路模式下的工作流程示意图，主要包括：
S301：相控阵天线以f0为当前工作功率而工作。
在当前工作频率f0下，调制解调与管理单元的转接模块发送当前的中频信号至天线单元的中频模块，中频模块进行信号上变频处理，生成射频信号并功分至天线发射阵列模块的T组件，实现电磁波辐射。
S302：转接模块提前发送跳频目标信息至接口模块。
其中，跳频目标信息中指定了目标工作频率f1和目标跳频时限t1。
S303：波控码生成模块在时长差值t1-t2之内，依据C1＝C0×f1/f0生成目标波控码。
其中，t2为波控码更新用时。
S304：波束控制模块将目标波控码发送至天线发射阵列模块的T组件进行缓存。
S305：波控码更新模块控制T组件进行波控码更新。
S306：相控阵天线以f1为当前工作功率而工作。
在当前工作频率f1下，调制解调与管理单元的转接模块发送当前的中频信号至天线单元的中频模块，中频模块进行信号上变频处理，生成射频信号并功分至天线发射阵列模块的T组件，实现电磁波辐射。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线的控制系统，其特征在于，依据基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求，所述控制系统可选择工作在基础带宽链路模式或者拓展带宽链路模式；
在拓展带宽链路模式下，所述控制系统中的调制解调与管理单元实时将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元；所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制所述相控阵天线切换使用所述目标工作频率而工作。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述调制解调与管理单元与所述天线单元中均设置有用于进行时间同步的同步模块。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述天线单元包括：
接口模块，用于接收所述调制解调与管理单元发送的所述跳频目标信息；
与所述接口模块连接的波控码生成模块，用于生成与所述目标工作频率对应的所述目标波控码；
与所述波控码生成模块连接的波束控制模块，用于将所述目标波控码发送至天线发射阵列模块的T组件进行缓存；
与所述接口模块连接的波控码更新模块，用于控制所述T组件进行波控码更新。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述波控码生成模块具体用于：
基于C1＝C0×f1/f0生成所述目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为所述目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的所述目标波控码。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述跳频目标信息中还包括目标跳频时限，所述波控码生成模块具体用于：
确定所述目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值，在所述时长差值之内生成所述目标波控码，以便在所述目标跳频时限之内完成跳频。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述调制解调与管理单元包括基带板卡和转接模块；
当数据收发带宽实时需求超过基础链路带宽时，所述基带板卡由正常工作模式切换至宽带宽跳频发射模式；
所述转接模块用于：判断当前接入的基带板卡是否切换为宽带宽跳频发射模式；若否，则继续工作在基础带宽链路模式；若是，则切换至拓展带宽链路模式，向所述天线单元的所述接口模块发送所述跳频目标信息。
7.根据权利要求1至6任一项所述的控制系统，其特征在于，所述天线单元包括：
中频模块，用于对所述调制解调与管理单元发送的中频信号进行信号上变频处理，生成射频信号并功分至天线发射阵列模块的T组件，以实现电磁波辐射。
8.一种相控阵天线的控制方法，其特征在于，应用于所述相控阵天线的控制系统，所述方法包括：
判断基础链路带宽是否满足数据收发带宽实时需求；
若是，则确定工作在基础带宽链路模式；
若否，则确定工作在拓展带宽链路模式，基于调制解调与管理单元预先将用于指定目标工作频率的跳频目标信息发送至天线单元，由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，并控制所述相控阵天线切换使用所述目标工作频率而工作。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
由所述天线单元基于C1＝C0×f1/f0生成所述目标波控码；
其中，f0为当前工作频率，f1为所述目标工作频率，C0为每个T组件中的当前相位控制矩阵，C1为每个T组件的所述目标波控码。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述由所述天线单元依据所述目标工作频率生成对应的目标波控码，包括：
确定所述目标跳频时限与波控码更新用时的时长差值；
由所述天线单元在所述时长差值之内生成所述目标波控码，并在所述目标跳频时限之内完成跳频。
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