CN117276899A - 相控阵天线和无线电通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相控阵天线和无线电通信装置，相控阵天线包括：辐射通道阵列，包括多个辐射通道，每个辐射通道包括：依次电连接的天线单元、收发组件和光网络模块；功率分配装置，用于将多个辐射通道的微波信号进行合成，得到单个波段微波信号，和/或将单个波段光信号分解为多个辐射通道的光信号；其中，天线单元用于接收和发射微波信号，收发组件用于对微波信号进行放大；以及光网络模块包括光真时延单元，用于对多个辐射通道的光信号进行延时，以使得相邻的辐射通道之间产生相位差或时间差，光信号由微波信号转换得到。本发明的相控阵天线能够在宽带范围内实现移相，提升了天线瞬时带宽，减小口径渡越时间，实现了相控阵天线宽带化设计。

Description

相控阵天线和无线电通信装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种相控阵天线和无线电通信装置。

背景技术

随着当今无线应用需求的日益增长，具有波束扫描能力的相控阵天线成为广泛研究的热点。在相控阵天线领域，Ku频段是应用较为广泛的频段，它相对其它毫米波频段受地面干扰较小，特别适合于移动卫星通信系统。同时，Ku频段的天线还具有频段高、增益高、尺寸小及易于安装等特点，在毫米波领域得到了广泛的应用。

传统相控阵天线在系统工作带宽比较大时，存在着“孔径效应”。主要因为，在一般情况下，不同频率信号对应的相移为常数。也就是说，波束指向成了频率的函数。因此改变微波频率，阵列的波束指向方向也发生了改变，即产生了波束倾斜。

采用移相器的相控阵天线，其波束在扫描时，尤其大角度扫描时，波束指向在同一个工作带宽/瞬时带宽内的不同频点，特别是高低频点，会发生明显的指向偏差，所以，在采用移相器的超宽带相控阵天线传统技术方案下，其宽带扫描性能有所下降。而在采用真延时的情况下，其指向保持不变，只是其波瓣宽度随频率降低略有增加。因此，为避免相控阵在宽带应用下的波束倾斜问题，提出了真延时技术替代传统相移技术。然而，真延时技术需要采用大量的开关阵列和长度不等的微波线缆，存在系统复杂、体积大、插损大、稳定性差、维护性差等诸多问题，与雷达系统小型化、轻量化的目标相距甚远，应用前景受限，因而需要寻找替代方式来解决这个问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对现有的技术问题，本发明提供一种相控阵天线和无线电通信装置，用于至少部分解决以上技术问题。

（二）技术方案

本发明提供一种相控阵天线，包括：辐射通道阵列，包括多个辐射通道，每个辐射通道包括：依次电连接的天线单元、收发组件和光网络模块；功率分配装置，用于将多个辐射通道的微波信号进行合成，得到单个波段微波信号，和/或将单个波段光信号分解为多个辐射通道的光信号；其中，天线单元用于接收和发射微波信号，收发组件用于对微波信号进行放大；以及光网络模块包括光真时延单元，用于对多个辐射通道的光信号进行延时，以使得相邻的辐射通道之间产生相位差或时间差，光信号由微波信号转换得到。

可选地，天线单元包括：相互电连接的辐射结构和射频馈电网络；其中，辐射结构为喇叭天线，射频馈电网络为波导；不同辐射通道的波导沿第一方向间隔排列，且沿第二方向关于中心轴线对称；以及中心轴线任一侧的不同辐射通道的波导，在第一方向与第二方向构成的平面上的投影至少部分重叠。

可选地，相邻天线单元之间的间距与微波信号最高频率对应的波长呈正相关，且与相控阵天线的最大扫描角度负相关。

可选地，收发组件包括：相互电连接的低噪声放大器和限幅器；和/或相互电连接的功率放大器和驱动放大器；其中，低噪声放大器和限幅器设置于信号接收链路，限幅器用于控制接收信号的最大功率；功率放大器和驱动放大器设置于信号发射链路，驱动放大器用于对发射信号进行一级放大，功率放大器用于将经过一级放大后的发射信号放大至饱和，并输出到天线单元。

可选地，收发组件还包括：环形器，用于连接低噪声放大器和功率放大器，形成环路。

可选地，光信号包括信号接收链路的第一光信号和信号发射链路的第二光信号，微波信号包括信号接收链路的第一微波信号和信号发射链路的第二微波信号，光网络模块还包括：电光调制器，光电检测器和光源阵列；其中，光源阵列用于提供第一光信号；电光调制器设置于信号接收链路，用于将第一微波信号调制到第一光信号上；以及光电检测器设置于信号发射链路，用于将第二光信号转换成第二微波信号。

可选地，还包括：光电转换器，与功率分配装置电连接，用于将光信号与微波信号进行相互转换；以及收发装置，与光电转换器电连接，包括接收机和发射机；其中，接收机用于接收第一微波信号，发射机用于发射第二微波信号。

可选地，还包括：温控模块，分别与各辐射通道的光真时延单元、电光调制器以及光电检测器电连接，用于监测并控制各辐射通道在进行光电转换时的温度一致。

可选地，光真时延单元包括：相互串联的光延时线和电延时线；其中，光延时线包括多个相互串联的磁光开关，每个磁光开关输出的两根光纤的长度相差2ⁿ倍，n为非负整数。

本发明另一方面提供一种无线电通信装置，包括本发明任一实施例的相控阵天线。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供的相控阵天线和无线电通信装置，至少具有以下有益效果：

（1）本发明的相控阵天线，通过设置光网络模块，将微波信号转换成光信号，并通过光真时延单元对多个辐射通道的光信号进行延时，使得相邻的辐射通道之间产生时间差，进而转换成微波信号的相位差，进而实现了相控阵天线的波束扫描。本发明的相控阵天线减轻了系统重量，减小了体积。采用光纤传输和分配技术，将射频与微波信号转换至光学频段并做响应的时延/移相处理，减小了常规微波移相方案中因色散导致的宽带波束指向偏差较大的问题，能够在宽带范围内实现移相，极大的提升了天线瞬时带宽，减小口径渡越时间，实现了相控阵天线宽带化设计。

（2）本发明的相控阵天线，分别为各辐射通道设置有温控模块，可以实时精准调控各辐射通道的温度，保证系统尤其光网络模块各光电通道的温度稳定性，提高了射频通道和光电转换的温度稳定性，进而提高了光网络模块各光电通道的真时延精度，提高大带宽下的波束扫描指向精度。

（3）本发明的相控阵天线，光真时延单元由相互串联的光延时线和电延时线构成，以及由多个串联的磁光开关构成光延时线，实现了对光信号的高精度延时。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1A示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线的组成框图；图1B示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线的整体结构图；

图2A示意性示出了根据本发明实施例的天线单元的结构图；图2B示意性示出了根据本发明实施例的天线单元的喇叭天线结构图；

图3示意性示出了根据本发明实施例的收发组件的组成图；

图4示意性示出了根据本发明实施例的光网络模块的组成框图；

图5示意性示出了根据本发明实施例的光真时延单元的组成图；

图6A示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在12 GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图；图6B示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在14.5 GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图；图6C示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在17 GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图。

【附图标记说明】

1-天线单元；11-辐射结构；12-射频馈电网络；2-收发组件；3-光网络模块；4-控制接口；5-电源接口；6-射频接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变。

光控相控阵天线是微波光子学（Microwave Photonics——MP）的重要应用之一，其原理是利用光子学的手段来控制相邻两个辐射单元之间的延时。

传统的相控阵天线在宽带信号情况下存在波束指向偏斜，称之为“孔径效应”。相对于传统的相控阵列天线中的延时线和移相器，通过研究发现，光控相控阵天线引入了光实时延迟线的技术进行取代，有效解决了传统技术中由于孔径效应和孔径渡越时间的限制，难以在宽带角度下扫描的问题，具有瞬时带宽大、无波束斜视效应、探测距离远等优势。光控相控阵天线相对于传统的相控阵天线，在尺寸、重量、传输损耗、辐射干扰等问题上得到了有效的改善。如光延迟线作为移相器，可获得大的瞬时带宽。天线子系统与雷达子系统可分置不同位置，不仅带来结构上的方便，还提高雷达和人员的生存能力。

图1A示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线的组成框图。图1B示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线的整体结构图。

根据本发明的实施例，如图1A和图1B所示，相控阵天线例如包括：辐射通道阵列，包括多个辐射通道，每个辐射通道包括：依次电连接的天线单元1、收发组件2和光网络模块3。功率分配装置，用于将多个辐射通道的微波信号进行合成，得到单个波段微波信号，和/或将单个波段光信号分解为多个辐射通道的光信号。其中，天线单元1用于接收和发射微波信号，收发组件2用于对微波信号进行放大。以及光网络模块3包括光真时延单元，用于对多个辐射通道的光信号进行延时，以使得相邻的辐射通道之间产生相位差或时间差，光信号由微波信号转换得到。

例如，各通道的相移由波束控制器控制。采用模块化的结构进行设计，将各部分按照功能模块进行划分，硬件结构也可以进行独立组装和测试。各部分通过相应的接口关系进行组装和集成，从而形成整个天线阵。本设计的优点是将整个天线阵分成许多小的标准模块，每个标准模块分别进行组装和调试，降低了组装工作的复杂性，也为模块物理结构的测试提供了方便。本发明相控阵天线的各部件分别设计安装，然后进行整体装配，整体可以采用风冷散热设计。产品外部接口（如控制接口4、电源接口5、射频接口6等）采用连接器互连，内部采用电缆和焊接进行电气互连。

本发明的相控阵天线例如包括信号发射链路和信号接收链路，可以实现微波信号的发射和接收。

根据本发明的实施例，如图1A所示，相控阵天线例如还包括：光电转换器，与功率分配装置电连接，用于将光信号与微波信号进行相互转换。以及收发装置，与光电转换器电连接，包括接收机和发射机。其中，接收机用于接收第一微波信号，发射机用于发射第二微波信号。

一般情况下，发射机发射微波信号时，采用电光调制技术将微波信号加载到光波上，接收机接收微波信号时，采用光电探测器对光波中包含的微波信号进行恢复并合成得到。

以接收链路为例，将微波信号放大后通过电光转换模块转换为光信号，再通过光模块中的延迟线进行相移，实现各通道之间的相位差。将多个移相光信号转换成多个微波信号，再通过功率分配装置将该多个微波信号合成单个波段的微波接收信号，进而进入微波接收机进行接收后处理。发射链路与此过程类似，只是信号的流向不同。

需要说明的是，图1A所示的组成图示意性示出了针对信号发射时的器件连接关系（即先进行电光转换后，再将单路光信号分为多路光信号），而在信号接收链路中，收发装置与功率分配装置电连接，功率分配装置与光电转换器电连接（即先将多路光信号转换为多路微波信号后，再将多路微波信号合成为单路微波信号）。

例如，本发明的相控阵天线可以是工作在Ku波段的一维有源宽带相控阵天线。这种相控阵天线可以应用于卫星通信系统。在Ku波段下，一维有源宽带相控阵天线可以生成和接收覆盖宽频率范围的微波信号，从而实现高速、高效的卫星通信。

具体来说，这种相控阵天线可以被安装在卫星上，用于接收和发射Ku波段的微波信号。通过改变微波信号的相位，可以实现信号的定向传输和接收，从而与地面或其他卫星进行通信。由于这种天线的带宽很宽，可以在很宽的频率范围内保持稳定的传输质量和速度，适用于高速数据传输和多媒体通信。该相控阵天线还可以通过调整信号的相位，实现波束的快速指向和切换，从而实现对多颗卫星的同时通信。

此外，这种相控阵天线还可以被应用于地面通信系统中，例如点对点通信、远程医疗和军事通信等。它可以提供高速、可靠和安全的通信链路，同时还可以实现高精度的目标跟踪和定位。由于这种天线的成本相对较低，还可以被应用于商业领域，例如电视广播、移动通信和互联网接入等。以及，这种相控阵天线还可以被应用于雷达系统中，通过调整波束的方向和形状，实现对目标的精确探测和跟踪。

根据本发明的实施例，如图1A所示，相控阵天线例如还包括：温控模块，分别与各辐射通道的光真时延单元、电光调制器以及光电检测器电连接，用于监测并控制各辐射通道在进行光电转换时的温度一致。

例如，为了实现不同的通道之间幅度和相位的一致性和温度稳定性，在系统设计中专门添加了温度控制模块。温度控制模块主要与各辐射通道的光真时延单元、电光调制器以及光电检测器电连接，用于监测并控制各辐射通道在进行光电转换时的温度一致。此外，各辐射通道的收发组件共同组成收发模块，该温度控制模块还可以与收发模块中的各收发组件电连接。该温度控制模块例如由温度传感器和温度控制器构成，能够对系统各部分的温度进行实时测试并对温度进行调节，保证系统的温度稳定性，进而提高射频通道和光电转换的温度稳定性。

图2A示意性示出了根据本发明实施例的天线单元的结构图。图2B示意性示出了根据本发明实施例的天线单元的喇叭天线结构图。

根据本发明的实施例，如图2A所示，天线单元例如包括：相互电连接的辐射结构11和射频馈电网络12。其中，辐射结构11例如为喇叭天线，射频馈电网络12为波导。不同辐射通道的波导沿第一方向x间隔排列，且沿第二方向y关于中心轴线对称。以及中心轴线任一侧的不同辐射通道的波导，在第一方向x与第二方向y构成的平面上的投影至少部分重叠。

例如，为了获得宽带、高增益、宽波束的性能，如图2B所示，天线形式选择喇叭天线，它从自由空间接收和发射微波信号。h _horn 为喇叭天线的厚度，w _horn 为喇叭天线的宽度，l _horn 为喇叭天线的高度。波导喇叭天线具有体积小、重量轻、结构紧凑等优点。可以选择波导喇叭天线作为16*4无源天线阵列的元件。

根据本发明的实施例，相邻天线单元之间的间距与微波信号最高频率对应的波长呈正相关，且与相控阵天线的最大扫描角度负相关。

例如，为了在12 ~ 17GHz频段范围内，实现扫描范围大于等于30°的天线性能，天线单元间距可由下式计算：

（1）

（2）

其中，θ _max 为最大扫描角度，λ _min 为最高频率对应的波长，dx为沿x轴方向的单元间距，dy为沿y轴方向的单元间距。

根据公式（1）~（2），天线单元的方位角间距应小于11.7mm。通过阵列布局，综合考虑天线功率孔径积、天线波束宽度、天线扫描范围等因素，确定天线单元间距例如为10.9mm，满足系统扫描范围内无栅瓣的要求。

在此基础上，如图2A所示，射频馈电网络12例如采用砖砌结构，以基本天线单元组成阵列来优化16个阵列元素（每个阵列元素包含4个俯仰通道），共64个通道。由于天线的瞬时带宽非常宽，为了保证等幅等相位的要求，必须对各信道的馈电网络进行等长设计。如果采用电缆连接，对电缆生产的要求非常苛刻，很难保证生产率。考虑到技术难度、可生产性和可靠性，最终采用波导构成天线的馈电网络。本设计的优点是利用精密的加工结构保证了通道间的幅相一致性，从而提高了性能。

图3示意性示出了根据本发明实施例的收发组件的组成图。

根据本发明的实施例，如图3所示，收发组件例如包括：相互电连接的低噪声放大器和限幅器。和/或相互电连接的功率放大器和驱动放大器。其中，低噪声放大器和限幅器设置于信号接收链路，限幅器用于控制接收信号的最大功率，保护接收链路后级不被大信号饱和或烧毁。功率放大器和驱动放大器设置于信号发射链路，驱动放大器用于对发射信号进行一级放大，功率放大器用于将经过一级放大后的发射信号放大至饱和，并输出到天线单元。

例如，本发明的相控阵天线可以用于收发分置的系统中，也可以用于收发集成的系统中。在收发分置的系统中，系统单独用于接收信号或发射信号。

例如，本发明的相控阵天线可以被应用于无线通信系统，例如移动通信和卫星通信。在信号接收链路中，低噪声放大器可以用于放大从天线单元接收到的微波信号（通过第一接口输入收发组件），然后将其传递给限幅器。限幅器用于控制接收信号的最大功率，确保信号的输入功率在规定的范围内，避免信号过强，保护接收链路后级不被大信号饱和或烧毁。而在信号发射链路中，驱动放大器可以用于对光网络模块输入的信号（通过第二接口输入收发组件）进行一级放大，然后将其传递给功率放大器。功率放大器用于进一步放大信号，使其达到足够的强度，以便后续进行发射。通过这种设计，相控阵天线可以实现对微弱信号的敏感接收和强大发射，同时还能控制信号的输出功率，确保通信系统的稳定性和可靠性。此外，由于这种天线的带宽很宽，可以在很宽的频率范围内保持稳定的传输质量和速度，适用于高速数据传输和多媒体通信。

在收发集成的系统中，系统既可以用于接收信号，也可以用于发射信号。为了实现收发链路的集成，如图3所示，收发组件例如还包括：环形器，用于连接低噪声放大器和功率放大器，形成环路。环形器的使用，可以确保接收和发射链路同时工作。

图4示意性示出了根据本发明另一实施例的相控阵天线的组成框图。

根据本发明的实施例，光信号包括信号接收链路的第一光信号和信号发射链路的第二光信号，微波信号包括信号接收链路的第一微波信号和信号发射链路的第二微波信号。如图4所示，光网络模块例如还包括：电光调制器，光电检测器和光源阵列。其中，光源阵列用于提供光信号。电光调制器设置于信号接收链路，用于将第一微波信号调制到第一光信号上。以及光电检测器设置于信号发射链路，用于将第二光信号转换成第二微波信号。

例如，当波束控制单元工作在发射模式时，发射机发出的第二微波信号经电光转换后得到第二光信号，再通过功率分配装置（对应图4中的分路器）分成多个信道的光信号。多个信道的光信号经过环形器分别进入光纤延迟线，从而得到波形控制器设定的延时时间。在接收模式下工作时，各路天线单元接收到的第一微波信号经收发组件放大后，经电光转换得到第一光信号，然后进入光纤延迟线，经波形控制器设定的延时时间进行延时。延时后的第一光信号经过光电转换后，得到第一微波信号。多路第一微波信号再通过功率分配装置（对应图4中的合路器）合成一个信道进入雷达接收机。

需要说明的是，第一光信号、第二光信号，以及第一微波信号、第二微波信号并非特指某一模块内的信号，而是按信号的传输方向命名。如在发射信号时，由第二微波信号转换成第二光信号，经延时后，第二光信号再转换成第二微波信号并由收发组件放大后输出。

可以理解的是，图4中的电光调制器，光电检测器和光源阵列构成了图1A中光网络模块中的光电转换器，其中，光源阵列可以同时为本相控阵天线系统的所有光电转换器（如与收发装置相连接的光电转换器）提供光信号。如图4所示，也可以为与收发装置相连接的光电转换器单独设置光源。

例如，光真时延单元采用光纤延迟线，可以实现不同的传播真时延。将雷达微波信号调制为光波并利用光纤传输雷达信号具有明显的优势，因为光纤的传输损耗比同轴电缆和波导传输损耗低得多。而且，各频率的传输信号损耗是相同的，这对于雷达系统的远程控制和雷达信号的传输和分配是非常有利的。

此时，每个辐射单元处的RF（Radio Frequency Signal，射频信号）都有一个时间延迟，从而在所需的指向上形成一个波阵面，与频率无关。其中，每个天线单元的相位设置为：

（3）

其中，n为天线单元标号，d为天线单元间距，θ为天线所需要的指向角度，λ为工作波长。

通过上式，能够得到天线每个单元的实时延迟为：

（4）

其中，v为光在时延迟媒质中速度，对于空气媒质，速度v即是光速c。通过在时间上恰当地延迟RF信号，自动产生相应于每个频率天线指向的必要相位。RF信号调配在指定指向上形成波束。

图5示意性示出了根据本发明实施例的光真时延单元的组成图。

根据本发明的实施例，光真时延单元例如包括：相互串联的光延时线和电延时线。其中，如图5所示，光延时线例如包括多个相互串联的磁光开关，每个磁光开关输出的两根光纤的长度相差2ⁿ倍，n为非负整数。

例如，为了实现延时精度优于1ps设计，使用最小步进为1.3ps、9bit（2⁹=512）的光开关阵列。将其设计成2个2×2、2个1×2磁光开关的光延时线和6bit的电延时线组成串联的延迟阵列。光输入到1×2磁光开关后，顺次经过2个2×2的磁光开关，最后通过1×2磁光开关输出。每一级磁光开关输出的两根光纤的长度相差2ⁿ倍（n=0～2，对应3bit的控制位数）。

图6A示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在12GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图。图6B示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在14.5GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图。图6C示意性示出了根据本发明实施例的相控阵天线在17GHz沿E平面以不同角度扫描时所测得的天线辐射方向图。

根据本发明的实施例，如图6A~图6C所示，当天线阵扫描到0°时，在测量频点处，其旁瓣电平都大于18dB。当天线阵列达到30°扫描角时，在12 GHz、14.5 GHz和17 GHz时，旁瓣电平分别高于18dB和12dB。因此，从结果可以看出，在较宽的工作带宽下，天线的波束扫描角几乎保持不变。实验结果表明，该光控相控阵天线在12GHz ~ 17GHz范围内可扫描±20°，且波束指向不发生偏移。因此，本发明设计的相控阵天线具有宽扫描、宽带宽的特点。

需要说明的是，在测量中，为了实现阵列天线的低旁瓣要求，采用泰勒幅度加权法设计馈电幅度。

本发明另一方面提供一种无线电通信装置，包括本发明任一实施例的相控阵天线。

例如，该无线电通信装置可以应用于移动通信网络，例如5G通信网络。在这种通信网络中，相控阵天线被安装在基站上，用于生成和接收微波信号。这些信号通过收发组件进行放大和低噪声放大，然后通过光网络模块进行传输。

在信号接收过程中，低噪声放大器将接收到的微波信号进行放大，然后将其传递给限幅器。限幅器用于控制接收信号的功率，确保信号的输入功率在规定的范围内，避免信号过强。然后，这些信号通过光网络模块被转换为光信号，并通过光纤传输到其他基站或核心网络。

在信号发射过程中，驱动放大器用于对产生的微弱信号进行一级放大，然后将其传递给功率放大器。功率放大器用于进一步放大信号，使其达到足够的强度，以便后续通过天线单元进行发射。

通过这种设计，无线电通信装置可以实现高速、高效和稳定的无线通信，同时还能控制信号的输出功率，确保通信网络的稳定性和可靠性。

可以理解的是，相控阵天线可以应用于多种无线电通信装置，例如包括但不限于：

卫星通信系统：相控阵天线可以用于卫星通信系统中，实现对信号传输的方向性控制，提高信号的传输速率和质量。同时，相控阵天线还可以用于卫星雷达等领域，提高通信和探测的精度和效率。

汽车雷达系统：相控阵天线可以用于汽车雷达系统中，实现对目标物的精确探测和跟踪。

无线通信基站：相控阵天线可以用于无线通信基站的无线电通信装置中，实现对信号传输的方向性控制，提高信号的传输速率和质量。同时，相控阵天线还可以用于基站雷达等领域，提高通信和探测的精度和效率。

无线电频谱管理：相控阵天线可以对电磁波进行定向辐射和接收，以优化无线电频谱的利用效率。它们可以通过波束形成和波束跟踪技术，有效地减少干扰源并提高频谱利用率。

安全监控与雷达阵列：相控阵天线可用于监测和防护应用，如安全监控系统、边界监测和无人机检测。

总之，相控阵天线由于其独特的性能和应用领域，可以被广泛应用于各种无线电通信装置中，提高通信系统的性能和效率。

综上所述，本发明实施例提出一种相控阵天线，通过设置光网络模块，将微波信号转换成光信号，并通过光真时延单元对多个辐射通道的光信号进行延时，使得相邻的辐射通道之间产生相位差，进而实现了相控阵天线的波束扫描。本发明的相控阵天线减轻了系统重量，减小了体积。采用光纤传输和分配技术，提高了雷达可靠性，增强了抗电磁干扰的能力以及改善了线路传输特性。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本发明的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法实施例以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

还需要说明的是，实施例中提到的方向术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本发明。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。就说明书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”。使用在说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括：

辐射通道阵列，包括多个辐射通道，每个所述辐射通道包括：依次电连接的天线单元、收发组件和光网络模块；

功率分配装置，用于将所述多个辐射通道的微波信号进行合成，得到单个波段微波信号，和/或将单个波段光信号分解为所述多个辐射通道的光信号；

其中，所述天线单元用于接收和发射微波信号，所述收发组件用于对微波信号进行放大；以及

所述光网络模块包括光真时延单元，用于对所述多个辐射通道的光信号进行延时，以使得相邻的所述辐射通道之间产生相位差或时间差，所述光信号由所述微波信号转换得到。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线单元包括：

相互电连接的辐射结构和射频馈电网络；

其中，所述辐射结构为喇叭天线，所述射频馈电网络为波导；

不同所述辐射通道的波导沿第一方向间隔排列，且沿第二方向关于中心轴线对称；以及

所述中心轴线任一侧的不同所述辐射通道的波导，在所述第一方向与所述第二方向构成的平面上的投影至少部分重叠。

3.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，相邻所述天线单元之间的间距与所述微波信号最高频率对应的波长呈正相关，且与所述相控阵天线的最大扫描角度负相关。

4. 根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述收发组件包括：

相互电连接的低噪声放大器和限幅器；和/或

相互电连接的功率放大器和驱动放大器；

其中，所述低噪声放大器和所述限幅器设置于信号接收链路，所述限幅器用于控制接收信号的最大功率；

所述功率放大器和所述驱动放大器设置于信号发射链路，所述驱动放大器用于对发射信号进行一级放大，所述功率放大器用于将经过一级放大后的发射信号放大至饱和，并输出到所述天线单元。

5.根据权利要求4所述的相控阵天线，其特征在于，所述收发组件还包括：

环形器，用于连接所述低噪声放大器和所述功率放大器，形成环路。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述光信号包括信号接收链路的第一光信号和信号发射链路的第二光信号，所述微波信号包括信号接收链路的第一微波信号和信号发射链路的第二微波信号，所述光网络模块还包括：

电光调制器，光电检测器和光源阵列；

其中，所述光源阵列用于提供所述第一光信号；

所述电光调制器设置于所述信号接收链路，用于将所述第一微波信号调制到所述第一光信号上；以及

所述光电检测器设置于所述信号发射链路，用于将所述第二光信号转换成所述第二微波信号。

7. 根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，还包括：

光电转换器，与所述功率分配装置电连接，用于将所述光信号与所述微波信号进行相互转换；以及

收发装置，与所述光电转换器电连接，包括接收机和发射机；

其中，所述接收机用于接收所述第一微波信号，所述发射机用于发射所述第二微波信号。

8.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，还包括：

温控模块，分别与各所述辐射通道的所述光真时延单元、所述电光调制器以及所述光电检测器电连接，用于监测并控制各所述辐射通道在进行光电转换时的温度一致。

9.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述光真时延单元包括：

相互串联的光延时线和电延时线；

其中，所述光延时线包括多个相互串联的磁光开关，每个所述磁光开关输出的两根光纤的长度相差2ⁿ倍，n为非负整数。

10.一种无线电通信装置，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的相控阵天线。