多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线

本发明涉及天线，尤其涉及一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线。

背景技术：

1、随着在通信、雷达和探测等领域对广空域覆盖、多功能用途和强抗干扰性等要素的需求，发展多频共口径多波束相控阵天线成为迫切需要。

2、实现瞬时多波束的相控阵天线主要有两种：模拟全连接相控阵天线和数字全连接相控阵天线，它们各自具有独特的优点。模拟波束形成网络更具成本优势，而数字波束形成网络则提供了对波束的灵活赋形和方便控制的优势。这两种波束形成网络形式都得到了广泛的应用。

3、近年来，另一种流行的多波束天线是基于透镜的实现方式，例如基于多馈电端口的rotman透镜。在这种方法中，每个馈电点位于透镜周围的不同位置，与所需的波束方向相对应，从而实现多波束。此外，还有基于不同折射率构成的luneburg透镜，可以根据折射率的分布将电磁波聚焦在特定方向上。基于透镜的多波束天线设计较为简单，复杂性较低，具有广泛的覆盖角度等特点，因此吸引了学术界和工业界的广泛关注。

4、通过波束形成网络实现的多波束天线面临一些挑战，需要解决以下问题：1、模拟全连接网络的可扩展性差：模拟全连接网络的扩展性有限，受制于复杂的网络设计，这导致了带宽较窄和工作频率较低的问题。2、数字全连接网络的高成本和功耗：数字全连接网络虽然能够在数字域内使用算法对信号进行灵活控制，但每个阵元需要额外的数模转换器等高成本、高功耗模块，因此成本较高。3、基于透镜的多波束天线的损耗问题：基于透镜的多波束天线存在较大的信号损耗，且只能产生固定波束，主要充当开关波束天线的角色。

5、近年来，尽管多波束天线在技术上取得了显著进步，但仍然需要应对一些技术挑战，特别是在低成本、波束的灵活可调性和高增益等方面的需求。针对这些挑战，可能需要探索新的技术和方法，以满足不断增长的通信需求和应用要求。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，包括：

4、馈源，用于将输入的射频信号分配给反射阵面上的各个阵元，以便进一步进行相位调控；

5、反射阵面，由多个被动的阵元组成，所述阵元用于反射入射电磁波；通过调整每个阵元的相位，以实现对反射波束的调控；反射阵面的目标是在不移动整个结构的情况下改变反射特性，从而改变辐射方向；

6、多个滤波移相模块，每个阵元连接一个滤波移相模块，所述滤波移相模块包括滤波器和移相器；所述滤波器用于选择特定频率范围的信号，所述移相器用于调整每个阵元反射波的相位；其中滤波器的一端连接阵元，另一端连接移相器；

7、波束控制系统，与所述滤波移相模块连接，用于对整个相控阵天线进行协调和控制，以实现所需的波束方向。

8、进一步地，所述反射阵面采用交织式共口径排布的方法排列所述阵元。

9、进一步地，所述移相器包括单刀多掷开关和多个延迟元件，通过选择不同的延迟元件实现对相位的调控。

10、进一步地，所述多个延迟元件为多个长度和/或宽度不同的微带线，通过改变微带线的长度和/或宽度，以引入相位差。

11、进一步地，所述波束控制系统通过一个控制器来实现精确、快速地阵列波束控制；其中采用波束形成算法，通过调整每个阵元的相位和幅度来形成预期的波束方向和形状，所述波束形成算法包括最小均方误差算法或者协方差矩阵估计算法；

12、所述控制器负责执行所述波束形成算法，计算得到的相位和幅度调整，并将其传递给每个阵元。

13、进一步地，通过以下方式实现相位和幅度调整：

14、控制器根据波束形成算法的结果，计算出每个阵元需要的相位和幅度调整量，这些调整量反映了实现期望波束方向和形状所需的电磁波相位和振幅的变化；

15、根据相位和幅度调整量调整阵元对应的移相器和幅度控制器。

16、本发明的有益效果是：本发明通过反射阵实现了高增益、低成本的阵面，同时采用滤波结构来抑制阵元间的互耦，并使用移相器来精确调配相位，最终实现了独立可调控的瞬时多波束效果。相对于传统的相控阵技术，本发明具有显著的优势，包括更高的集成度、更低的功耗、更有效的散热性能以及更经济的成本结构，这使得它能够很好地满足多任务系统的需求。

技术特征：

1.一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，所述反射阵面采用交织式共口径排布的方法排列所述阵元。

3.根据权利要求1所述的一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，所述移相器包括单刀多掷开关和多个延迟元件，通过选择不同的延迟元件实现对相位的调控。

4.根据权利要求3所述的一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，所述多个延迟元件为多个长度和/或宽度不同的微带线，通过改变微带线的长度和/或宽度，以引入相位差。

5.根据权利要求1所述的一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，所述波束控制系统通过一个控制器来实现精确、快速地阵列波束控制；其中采用波束形成算法，通过调整每个阵元的相位和幅度来形成预期的波束方向和形状，所述波束形成算法包括最小均方误差算法或者协方差矩阵估计算法；

6.根据权利要求5所述的一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，其特征在于，通过以下方式实现相位和幅度调整：

技术总结
本发明公开了一种多频共口径瞬时多波束反射相控阵天线，包括：馈源，用于将输入的射频信号分配给反射阵面上的各个阵元；反射阵面，由多个被动的阵元组成，阵元用于反射入射电磁波；通过调整每个阵元的相位，以实现对反射波束的调控；多个滤波移相模块，每个阵元连接一个滤波移相模块，滤波移相模块包括滤波器和移相器；滤波器用于选择特定频率范围的信号，移相器用于调整每个阵元反射波的相位；波束控制系统，与滤波移相模块连接，用于对整个相控阵天线进行协调和控制，以实现所需的波束方向。本发明具有显著的优势，包括更高的集成度、更低的功耗、更有效的散热性能以及更经济的成本结构，这使得相控阵天线能够很好地满足多任务系统的需求。

技术研发人员：廖绍伟,黄志成,朱浩慎,薛泉,车文荃
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25