[发明专利]适用于宽带信号的时间调制单元及时间调制相控阵

说明书

本发明公开了一种适用于宽带信号的时间调制单元及时间调制相控阵，该单元包括两个威尔金森功分器、同步通道、正交通道、两个端口；一个端口通过一个威尔金森功分器分别连接同步通道和正交通道，之后经由另一个威尔金森功分器到达另一个端口；同步通道和正交通道由来自FPGA控制电路发出的周期时间序列控制，产生在相同结构复杂度下具有最低边带电平的阶梯形时间调制脉冲。本发明通过引入正交调制和数控衰减器，时间调制单元可以在硬件上实现具有高自由度的阶梯形时间调制脉冲。在此基础上，通过优化算法得到在相同结构复杂度下具有最低边带电平的波形。相比传统时间调制天线，能显著降低边带电平以抑制宽带信号产生的混叠，适于宽带信号的时间调制。

技术领域

本发明属于微波技术及天线工程技术领域，涉及一种适用于宽带信号的时间调制单元及时间调制相控阵。

背景技术

随着军用和民用无线电技术的飞速发展，无线系统对其中的阵列天线的体积、功能、性能、以及成本等要求也越来越严格。然而，采用常规阵列天线设计理论和方法已很难满足这些苛刻的要求，这无疑给天线设计人员带来了极大的挑战。时间调制天线技术的提出为解决这一困境提供了新思路。它是从空时四维场源关系出发提出的新型天线设计理论，通过将“时间”作为第四维设计自由度引入到三维空间常规天线设计中，使天线具有时间调制的特性，从而控制和改变天线的辐射特性。

然而时间调制天线中射频开关的周期性通断会产生谐波，当信号带宽超过时间调制频率时会引起混叠。所以为了抑制边带辐射的影响，时间调制系统往往需要限制信号带宽，同时利用边带电平这一参数对边带辐射进行量化的描述。通过研究时间调制脉冲的波形设计与硬件实现，可以有效改进时间调制天线阵列的频谱特性。

近年来，越来越多的学者尝试优化时间调制天线，改进其硬件实现电路。一部分是优化时间调制阵列的馈电网络，另一部分则是优化对单个天线单元进行时间调制的电路，即时间调制单元。在此基础上，时间调制单元由最传统的单刀单掷开关，逐渐发展成为频谱性能更加优秀的结构。但是现有的时间调制单元往往偏于理论，实现难度大。尤其是仅适用于窄带信号的情况，没有考虑宽带信号的需求。设计一款适用于宽带信号，并可以提供具体硬件实现方案的时间调制单元，具有重要的研究和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种通过产生在相同结构复杂度下具有最低边带电平的阶梯形时间调制脉冲，从而抑制宽带信号的混叠，实现适用于宽带信号的时间调制单元及时间调制相控阵。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于宽带信号的时间调制单元，所述单元包括第一威尔金森功分器、第二威尔金森功分器、同步通道、正交通道、第一端口以及第二端口；第一端口通过第一威尔金森功分器分别连接同步通道和正交通道，之后经由第二威尔金森功分器到达第二端口；所述同步通道和正交通道由来自FPGA控制电路发出的周期时间序列控制，产生在相同结构复杂度下具有最低边带电平的阶梯形时间调制脉冲。

进一步地，所述同步通道包括沿第一端口指向第二端口的方向依次设置的第一单刀双掷射频开关、第一0/180°移相器、第二单刀双掷射频开关以及第一数控衰减器。

进一步地，所述正交通道包括沿第一端口指向第二端口的方向依次设置的90°移相器、第三单刀双掷射频开关、第二0/180°移相器、第四单刀双掷射频开关以及第二数控衰减器。

一种适用于宽带信号的时间调制相控阵，所述相控阵包括由N个天线单元构成的天线阵列，N个适用于宽带信号的时间调制单元，FPGA控制电路和一个1-N功分器，N 为自然数；

所述天线单元与适用于宽带信号的时间调制单元一一对应相连；每个所述适用于宽带信号的时间调制单元由来自FPGA控制电路发出的周期时间序列控制，能够产生在相同结构复杂度下具有最低边带电平的阶梯形时间调制脉冲；所有适用于宽带信号的时间调制单元的输出连接1-N功分器。