CN117614504A - 一种全极化双通道接收组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全极化双通道接收组件，包括16路限幅器、16路低噪声放大器、8路幅相控制网络以及1路通道合成网络，16路限幅器分别接收来自天线阵面的8路水平极化天线信号、8路垂直极化天线信号，经放大器放大后，来自同一个天线的水平极化信号与垂直极化信号输入至幅相控制网络，每个幅相控制网络输出2路合成射频信号A和B；最终8路射频A与8路射频B进入通道合成网络，合成2路独立的射频信号经RF‑out1、RF‑out2输出。本发明可以实现在同一接收天线阵面孔径下，同时合成2路波束指向、极化方式、动态调节完全独立受控的射频接收信号输出，具有成本低、功能完备的优点，满足多功能相控阵系统中雷达、对抗、通信等功能共用前端独立工作的需求。
Description
技术领域
本发明涉及多功能有源相控阵领域，特别是一种应用于支持全极化工作模式的双通道接收组件。
背景技术
接收组件是有源相控接收阵面前端的核心器件，它的功能是将天线收到的电磁辐射信号经限幅、低噪声放大、幅相加权合成后传输至后级的变频及AD采样器件，因此，接收组件幅相加权的方式，会直接影响着接收相控阵面的工作模式。当前典型的多功能相控阵系统集成了雷达、侦察、通信等不同的功能，如果工作在原相控阵接收前端架构下存在以下限制：
(1)不同功能同时工作时，阵面前端指向固定、极化方式固定，多功能设备应用场景受限；
(2)不同功能分时工作时，多功能设备的利用效率不足。
针对多功能有源相控阵碰到的问题，专利《一种极化重构双通道接收模块》(202211605486.2)实现了在同一相控阵面孔径下，同时输出两路波束指向、极化方式、动态调节完全独立的模拟信号，以支持多功能相控阵设备两种接收功能同时工作的模式，具有成本低、功能完备的优点，提升了设备的灵活度。但是该方案将幅相控制芯片放置在射频信号的公共支路上，存在极化重构方式少、波束指向精度低、无法支持相控阵面通道级校准功能等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种支持多功能相控阵系统在同一天线孔径下，两种不同接收功能同时工作的接收组件，且两路接收信号的波束指向、极化方式、动态调节可以完全独立。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种全极化双通道接收组件，包括16路限幅器、16路放大器、8路幅相控制网路、1路通道合成网络和控制模块。
所述16路限幅器用于接收来自天线的射频信号，分别对应8只天线的水平极化通道与垂直极化通道，对小功率信号直通输出，对大功率信号进行限制功率后输出；
所述放大器：用于将限幅器输出的射频信号进行低噪声放大后传输至幅相控制模块，同时根据实际工作情况，可以将未使用器件断电；
所述幅相控制网络：包含2个输入端口，2个输出端口。其中2个输入端口分别接收同一天线的水平极化与垂直极化信号，2个输出端口输出经幅相加权及极化合成后的射频信号。以幅相控制网络1为例，2路输入信号RF-H1、RF-V1各自功分成2路为RF-H1A、RF-V1A、RF-H1B、RF-V1B，所有信号支路中均有射频开关控制通道的通断，其中RF-H1A、RF-V1A先幅相控制后合成输出为RF-1A，RF-H1B、RF-V1B先进行合成后经幅相控制输出为RF-1B；
所述通道合成网络：包含16路输入端口，2路输出端口，接收来自幅相控制网络合成的8路A信号、8路B信号，再次各自合成1路为信号RF-A与RF-B，经过开关网络选择后输出至对应RF-out1或RF-out2端口。
所述控制模块：接收外部输入的串口控制信号，经译码后输出对应的TTL控制信号幅相控制网络、通道合成网络，同时根据不同的工作模式，控制放大器及幅相控制网络内幅相芯片是否供电。
优选地，所述幅相控制网络(3)，以幅相控制网络1为例包括功分器G11、功分器G12、功分器G13、功分器G13、功分器G15、射频开关S11、射频开关S12、射频开关S13、射频开关S14、幅相芯片P11、幅相芯片P12、幅相芯片P13。
优选地，所述通道合成网络包括功分器Ga、功分器Gb、射频开关S01、射频开关S02、射频开关S03、射频开关S04。
优选地，2路合成信号RF-A与RF-B完全独立；其中RF-A可以实现水平极化、垂直极化、斜极化、圆极化、椭圆极化等合成方式，RF-B仅能实现水平极化、垂直极化、45°斜极化三种合成方式。
优选地，2路合成信号RF-A与RF-B经过射频开关射频开关S01、射频开关S02、射频开关S03、射频开关S04后，有四种输出方式：
(1)RF-A经RF-out1输出，RF-out2关闭；
(2)RF-out1关闭，RF-A经RF-out2输出；
(3)RF-A经RF-out1输出，RF-B经RF-out2输出；
(4)RF-B经RF-out1输出，RF-A经RF-out2输出。
优选地，控制模块根据接收组件的实际工作情况，可以将未使用的有源器件断电，以节省整机的功耗，具体包括：
(1)组件仅工作于水平极化或者垂直极化一种模式时，放大器A1H～A8H(或者A1V～A8V)进行断电；
(2)当仅有一通道工作时，RF-B信号支路上的幅相芯片P13～P83进行断电。
本发明与现有技术比，其显著优点是：
(1)共用射频前端，同一天线孔径下同时双通道接收，且两个通道的极化合成方式、动态范围调节、波束合成指向均可独立受控，支持其中一个通道为任意极化合成方式；
(2)通过优化通道合成网络，支持多种工作模式，优化了相控阵面前端设备的灵活度。
附图说明
图1是本发明的一种全极化双通道接收组件原理框图。
图2是本发明的幅相控制网络原理框图。
图3是本发明的通道合成网络原理框图。
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明作进一步详细描述。
本发明将幅相控制芯片提前至通道级别，支持线极化圆极化等各类合成方式、支持相控阵面通道级校准功能，同时波束指向精度高范围广。同时增加了通道合成网络，支持多种工作模式，优化了相控阵面前端设备的灵活度。
如图1所示，全极化双通道接收组件，包括16路限幅器(1)、16路低噪声放大器(2)、8路幅相控制网路(3)、1路通道合成网络(4)和控制模块(5)。
所述16路限幅器(1)：用于接收来自天线的射频信号，分别对应8只天线的水平极化通道与垂直极化通道，对小功率信号直通输出，对大功率信号进行限制功率后输出；
所述16路低噪声放大器(2)：用于将限幅器(1)输出的射频信号进行低噪声放大后传输至幅相控制模块(3)，同时根据实际工作情况，可以将未使用器件断电，以降低设备的功耗；当两路输出RF-outl与RF-out2为均为垂直极化输出，或者其中一路为垂直极化输出，另一路不工作时，放大器A1H～A8H断电；当两路输出RF-outl与Rf-out2为均为水平极化输出，或者其中一路为水平极化输出，另一路不工作时，放大器A1V～A8V断电。
如图2所示，所述每个幅相控制网络(3)：包含2个输入端口，2个输出端口，其中2个输入端口分别接收同一天线的水平极化与垂直极化信号，2个输出端口输出经幅相加权及极化合成后的射频信号。以幅相控制网络1为例包括功分器G11、功分器G12、功分器G13、功分器G13、功分器G15、射频开关S11、射频开关S12、射频开关S13、射频开关S14、幅相芯片P11、幅相芯片P12、幅相芯片P13。
进一步地，2路输入信号RF-H1、RF-V1经过功分器G11、G13各自功分成2路为RF-H1A、RF-V1A、RF-H1B、RF-V1B，所有信号支路中均有射频开关S11合成、S12、S13、S14控制通道的通断，其中RF-H1A、RF-V1A先经幅相芯片P11、P12加权后经过功分器G12合成输出为RF-1A，RF-H1B、RF-V1B先通过功分器G14合成后经幅相芯片P13加权输出为RF-1B。8路幅相控制网路的输出分别为RF-2A、RF-2B，RF-3A、RF-3B，RF-4A、RF-4B，RF-5A、RF-5B，RF-6A、RF-6B，RF-7A、RF-7B，以及RF-8A、RF-8B。
如图3所示，所述通道合成网络(4)：包含16路输入端口，2路输出端口，包括功分器Ga、功分器Gb、射频开关S01、射频开关S02、射频开关S03、射频开关S04，接收来自幅相控制网络(3)合成的8路A信号、8路B信号，再次各自通过功分器Ga、Gb合成1路，为信号RF-A与RF-B。
进一步地，2路合成信号RF-A与RF-B完全独立；其中RF-A可以实现水平极化、垂直极化、斜极化、圆极化等合成方式，RF-B仅能实现水平极化、垂直极化、45°斜极化三种合成方式。经过开关S01、S02、S03、S04选择后输出至对应RF-out1或RF-out2端口：(1)RF-A由RF-out1输出、RF-B由RF-out2输出时，射频开关S01指向端口1，射频开关S02指向端口1，射频开关S03指向端口2，射频开关S04指向端口2；(2)RF-A由RF-out2输出、RF-B由RF-out1输出时，射频开关S01指向端口2，射频开关S02指向端口2，射频开关s03指向端口1，射频开关S04指向端口1。
所述控制模块(5):接收外部输入的串口控制信号，经译码后输出对应的TTL控制信号低噪声放大器(2)、幅相控制网络(3)、通道合成网络(4)，用于直接控制射频开关的导通、幅相芯片的具体相移、衰减参数，如以下实施例所述。
实施例1
双通道同时工作，RF-out1工作于圆极化模式，RF-out2工作于45°斜极化。通道合成网络中，S01、S02的1端口导通，S03、S04的2端口导通，此时RF-A由RF-out1端口输出，此时RF-B由RF-out2端口输出；第一通道幅相控制网络为例，射频开关S11、S12、S13、S14均处于导通状态；放大器A1H～A8H、A1V～A8V均处于正常工作状态。
实施例2
双通道同时工作，RF-out1工作于水平极化模式，RF-out2工作于圆极化模式。通道合成网络中，S01、S02的2端口导通，S03、S04的1端口导通，此时RF-A由RF-out2端口输出，此时RF-B由RF-out1端口输出；第一通道幅相控制网络为例，射频开关S11、S12、S13均处于导通状态，S14处于断开状态；放大器A1H～A8H、A1V～A8V均处于正常工作状态。
实施例3
双通道同时工作，RF-out1、RF-out2均工作于水平极化模式。通道合成网络中，S01、S02的1端口导通，S03、S04的2端口导通，此时RF-A由RF-out1端口输出，此时RF-B由RF-out2端口输出；第一通道幅相控制网络为例，射频开关S11、S12均处于导通状态，S13、S14处于断开状态；放大器A1H～A8H处于正常工作状态、A1V～A8V处于断电状态。
实施例4
RF-out1工作于垂直极化模式，RF-out2不工作。通道合成网络中，S01、S02的1端口导通，S03、S04的2端口导通，此时RF-A由RF-out1端口输出；第一通道幅相控制网络为例，射频开关S13均处于导通状态，S11、S12、S14处于断开状态；放大器A1V～A8V处于正常工作状态、A1H～A8H处于断电状态。
实施例5
RF-out2工作于圆极化模式，RF-out1不工作。通道合成网络中，S01、S02的2端口导通，S03、S04的1端口导通，此时RF-A由RF-out2端口输出；第一通道幅相控制网络为例，射频开关S11、S13均处于导通状态，S12、S14处于断开状态；放大器A1H～A8H、A1V～A8V均处于正常工作状态。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种全极化双通道接收组件，其特征在于，包括16路限幅器(1)、16路低噪声放大器(2)、8路幅相控制网路(3)、1路通道合成网络(4)和控制模块(5)，其中：
所述16路限幅器(1)：用于接收来自天线的射频信号，分别对应8只天线的水平极化通道与垂直极化通道，对小功率信号直通输出，对大功率信号进行限制功率后输出；
所述16路低噪声放大器(2)：用于将限幅器(1)输出的射频信号进行低噪声放大后传输至幅相控制模块(3)；
所述幅相控制网络(3)：包含2个输入端口，2个输出端口，其中2个输入端口分别接收同一天线的水平极化与垂直极化信号，2个输出端口输出经幅相加权及极化合成后的射频信号即对应的A信号和B信号；
所述通道合成网络(4)：包含16路输入端口，2路输出端口，接收来自幅相控制网络(3)合成的8路A信号、8路B信号，再次各自合成1路为信号RF-A与RF-B，经过开关网络选择后输出至对应RF-out1或RF-out2端口；
所述控制模块(5)：接收外部输入的串口控制信号，经译码后输出对应的TTL控制信号低噪声放大器(2)、幅相控制网络(3)、通道合成网络(4)，用于直接控制射频开关的导通、幅相芯片的具体相移和衰减参数。
2.根据权利要求1所述一种全极化双通道接收组件，其特征在于，所述幅相控制网络(3)中，幅相控制网络1包括功分器G11、功分器G12、功分器G13、功分器G13、功分器G15、射频开关S11、射频开关S12、射频开关S13、射频开关S14、幅相芯片P11和幅相芯片P12、幅相芯片P13，2路输入信号RF-H1、RF-V1经过功分器G11、G13各自功分成2路为RF-H1A、RF-V1A、RF-H1B、RF-V1B，控制射频开关S11、S12、S13、S14通断，RF-H1A、RF-V1A先经幅相芯片P11、P12加权后再通过功分器G12合成输出为RF-1A，RF-H1B、RF-V1B先通过功分器G14合成后再经幅相芯片P13加权输出为RF-1B；8路幅相控制网路的输出分别为RF-2A、RF-2B，RF-3A、RF-3B，RF-4A、RF-4B，RF-5A、RF-5B，RF-6A、RF-6B，RF-7A、RF-7B，以及RF-8A、RF-8B。
3.根据权利要求1所述一种全极化双通道接收组件，其特征在于，所述通道合成网络(4)包括功分器Ga、功分器Gb、射频开关S01、射频开关S02、射频开关S03和射频开关S04，接收来自幅相控制网络(3)合成的8路A信号、8路B信号，再次各自通过功分器Ga、Gb合成信号RF-A与RF-B，2路合成信号RF-A与RF-B完全独立，其中RF-A实现水平极化、垂直极化、斜极化、圆极化和椭圆极化的合成方式，RF-B仅能实现水平极化、垂直极化和45°斜极化三种合成方式；2路合成信号RF-A与RF-B经过射频开关S01、射频开关S02、射频开关S03、射频开关S04选择后输出至对应RF-out1或RF-out2端口，有四种输出方式：
RF-A经RF-out1输出，RF-out2关闭；
RF-out1关闭，RF-A经RF-out2输出；
RF-A经RF-out1输出，RF-B经RF-out2输出；
RF-B经RF-out1输出，RF-A经RF-out2输出。
4.根据权利要求3所述一种全极化双通道接收组件，其特征在于，当两路输出RF-outl与RF-out2为均为垂直极化输出，或者其中一路为垂直极化输出，另一路不工作时，放大器A1H～A8H断电；当两路输出RF-outl与Rf-out2为均为水平极化输出，或者其中一路为水平极化输出，另一路不工作时，放大器A1V～A8V断电。
5.根据权利要求3所述一种全极化双通道接收组件，其特征在于，当仅有一通道工作时，RF-B信号支路上的幅相芯片P13～P83断电。
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