[发明专利]用于实现相控阵天线全口径宽角收发波束的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型海上固定或移动平台宽带无线电通信技术领域，具体涉及一种用于实现相控阵天线全口径宽角收发波束的系统和方法，其适用于需要在广播发射模式与定向收发模式之间快速切换的应用系统，如以TDD方式工作的海上宽带数据网络、海上作业平台宽带接入系统等。

背景技术

大型海上平台包括二种类型，其中一种是相对固定的石油钻井平台等海洋工程作业平台，另一种是移动的大型水面舰船。由这些节点组成的无线通信系统具有网络拓扑时变的特点，并且承载平台也在不停地摇摆中，因此早期海上通信系统普遍采用全向天线，而不能采用增益更高、抗干扰能力更强的高指向性天线。近年来相控阵天线技术和阵列信号数字处理技术被引入海上无线电通信系统，通过波束指向控制，在以点对点方式传输的系统中，可以采用较大口径的相控阵天线，实现高增益的同时还能获得高指向性，对于从非通信方向到达的干扰信号在天线端即得到抑制，显著提高了系统综合性能。但是由于阵列口径越大增益越高，相应的波束宽度越窄，这种直接把“经典”的相控阵技术搬到海上平台的方法只适用于“点对点”传输模式，当信息需要从一个节点分发到多个节点时，就要分多次进行“瞄准式”发射。显然，在系统节点规模达到一定数量时，会造成通信效率的大幅度下降。

在需要进行广播发射的相控阵系统中，会采取变通的方式，即定向收发时以全口径工作，阵列中所有单元都参与收发，而需要宽波束广播发射时，则关闭阵列的大部分单元，只保留一小部分单元工作，这样天线实际口径减小，增益降低，从而波束变宽，能够同时对不同方向的平台实施通信。这样做的代价是一方面阵列中大多数收发单元(即T/R组件)的能力未被利用，另一方面还需要大幅增加对继续工作的那一小部分阵元的激励，以补偿因口径减小引起的增益下降，而且需要使用二种不同功率容量的收发组件，带来互换性、工艺一致性、成本控制等一系列问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可以提高收发单元利用率并形成其统一性的用于实现相控阵天线全口径宽角收发波束的系统和方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：用于实现相控阵天线全口径宽角收发波束的系统，其包括：

多个天线阵元，用于向空间辐射和感应无线电电磁能量；

多个T/R组件，用于对发射和接收信号进行双向的放大，并且对发送给天线阵元的激励信号进行幅度和相位加权；

多通道收发信机，用于对激励信号中的发射信号进行等幅同相分配以及对激励信号中的接收信号进行等幅同相合成；

波束参数库，用于存储形成全口径宽波束形状所对应的幅度和相位参数；

波束控制器，用于根据外部输入的收发指向信息而调用幅度和相位参数并发送给T/R组件，从而实现全口径宽波束的形状。

优选地，上述的波束参数库中至少一组幅度和相位参数的幅度加权系数包括多个取值介于0.707-1之间的系数、相位加权系数包括多个非规则的系数，一个幅度加权系数对应一个相位加权系数，构成多对幅度和相位加权系数。

进一步地，上述的多通道收发信机还用于对常规无线电通信信号的滤波、放大和/或变频处理。

用于实现相控阵天线全口径宽角收发波束的方法，其包括以下步骤：

1)多通道收发信机收发各个天线阵元的激励信号，并等幅同相分配其中的发射信号和等幅同相合成其中的接收信号；

2)多通道收发信机根据激励信号而向波束控制器输入接收来波信息，波束控制器从波束参数库内调用多组幅度和相位参数，并各发送至多组T/R组件；

3)T/R组件对激励信号进行幅度和相位加权，驱使多个天线阵元形成整个相控阵阵面的全口径宽角收发波束。

优选地，上述的第2)步骤中，多组幅度和相位参数中，至少一组幅度和相位参数的幅度加权系数包括多个取值介于0.707-1之间的系数、相位加权系数包括多个非规则系数，一个幅度加权系数对应一个相位加权系数，构成多对幅度和相位加权系数。

进一步地，上述的第1)和/或2)步骤中，多通道收发信机还用于对常规无线电通信信号的滤波、放大和/或变频处理。