一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法

专利名称：一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210584815.3

专利申请（专利权）人：中国电子科技集团公司第十研究所
权利人地址：四川省成都市金牛区茶店子东街48号

专利发明（设计）人：杜明,胡大成,李颖凡,张先举,周太富,罗鑫,熊文毅

专利摘要：本发明公开了一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法，该方法括：将N元相控阵天线中的N个数控移相器分为L组，每组有M个数控移相器；将第L组所有DATA_in数据端口一起连接到第L个数据信号线；将所有组第M个CS使能端口一起连接到第M个使能信号线；将第一个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第1个数控移相器；依次类推，完成所有数控移相器的配置。本发明采用数控移相器的数字数据端口跟数字使能端口配合使用的方法，降低了信号线的使用数量，同时，不需要额外的数字电路。

主权利要求：
1.一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将N元相控阵天线中的N个数控移相器分为L组，每组有M个数控移相器；
步骤2：将第1组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第1个数据信号线，第2组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第2个数据信号线，依次类推，直到将第L组所有DATA_in数据端口一起连接到第L个数据信号线；
步骤3：将所有组第1个数控移相器的CS使能端口一起连接到第1个使能信号线，所有组第2个数控移相器的CS使能端口一起连接到第2个使能信号线，依次类推，直到将所有组第M个CS使能端口一起连接到第M个使能信号线；
步骤4：将第一个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第1个数控移相器；将第2个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第2个数控移相器，依次类推，完成所有数控移相器的配置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，L和M的数量有多种选择，选择不同，降低的信号线数量不同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，当N无法被L均分，最后一组数控移相器数量Q小于M。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，当最后一组数控移相器数量Q小于M时，只需将最后一组内的Q个数控移相器的Q个DATA_in数据端口连接到同一个数据信号线上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，当最后一组数控移相器数量Q小于M，则按步骤3中的方法依次完成第Q个数控移相器的CS使能端口的连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数控移相器还包括数字时钟端口、数字锁存端口，数字地端口；所述数字时钟端口、所述数字锁存端口、所述数字地端口通过并馈法或串馈法连接，即根据数据发生设备的驱动能力一起连接到一根或几根信号线上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数控移相器设置有DATA_in数据端口和CS使能端口；所述数控移相器被划分为若干组，每组数控移相器的DATA_in数据端均与相同的数据信号线连接，不同组数控移相器的DATA_in数据端连接的数据信号线不同。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所有组的第i个数控移相器的CS使能端口均连接到使能信号线i；i为正整数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，仅使能信号线i处于打开状态，通过数据信号线配置所有组的第i个数控移相器。 说明书 : 一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法技术领域[0001] 本发明涉及相控阵技术领域，特别是一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法。背景技术[0002] 有源相控阵天线，以其扫描波束无惯性捷变，优异的射频性能，良好的通道冗余性等特点，在雷达、电子战、通讯、侦查、预警等军事领域有着广泛的应用。相控阵天线是指通过控制阵列天线中辐射单元的射频馈电相位来改变波束状态的天线，波束状态包括波束最大值指向，波束形状等等。目前，在相控阵天线中，采用数控移相器来改变辐射单元的射频馈电相位是常用手段。通常，每个辐射单元后面均配备有一个数控移相器。数控移相器是指通过数字编码控制射频相位变化的设备，除射频端口以及供电端口外，其上一般还包括DATA_in(数字数据输入端口)、DATA_out(数字数据输出端口)、CLK(数字时钟端口)、CS(数字使能端口)、LOAD(数字锁存端口)、DGND(数字地端口)等数字端口，其中，DATA_in用来接收带有射频馈电相位信息的数据。DATA_out用来发出带有射频馈电相位信息的数据或其它指定信息的数据。CLK用来接收用于同步的时钟信号。CS用来接收使能信号，使能信号打开数控移相器才可以接收数据，关闭则数控移相器不可以接收数据，其会一直保持上一射频馈电相位状态。LOAD用来接收锁存信号，将DATA_in的数据锁存到寄存器中。DGND为整个数控移相器提供数字地。[0003] 一般地，有源相控阵天线波束状态的改变需要对其内的每个数控移相器均进行射频馈电相位配置(下文中均简称配置)，例如有源相控阵天线的辐射单元有N个，则需要对其内的N个数控移相器进行配置。目前，有两种常用的配置方法，一种是并馈法，即使用N个数据信号线并行连接N个数控移相器的DATA_in，同时对这N个数控移相器进行配置。这种配置方法使用的信号线数量多(使用N个数据信号线)，走线复杂。另一种是串馈法，也称为菊花链配置法，即只使用一个数据信号线连接第一个数控移相器的DATA_in，第一个数控移相器的DATA_out连接第二个数控移相器的DATA_in，以此类推，利用上一个数控移相产生的数据输出对下一个数控移相器进行配置。这种配置方法可以降低信号线的使用数量(只使用一个数据信号线)，但是数字电路复杂，可靠性低，如果第一个数控移相器损坏，则会导致整个相控阵天线的失效。以上两种配置方法的CLK、CS、LOAD、DGND数字端口可根据数据发生设备的驱动能力一起连接到一根或几根信号线上。发明内容[0004] 鉴于此，本发明提供一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法，降低了信号线的使用数量，不需要额外的数字电路。[0005] 本发明公开了一种有源相控阵天线波束状态的简化配置方法，包括以下步骤：[0006] 步骤1：将N元相控阵天线中的N个数控移相器分为L组，每组有M个数控移相器；[0007] 步骤2：将第1组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第1个数据信号线，第2组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第2个数据信号线，依次类推，直到将第L组所有DATA_in数据端口一起连接到第L个数据信号线；[0008] 步骤3：将所有组第1个数控移相器的CS使能端口一起连接到第1个使能信号线，所有组第2个数控移相器的CS使能端口一起连接到第2个使能信号线，依次类推，直到将所有组第M个CS使能端口一起连接到第M个使能信号线；[0009] 步骤4：将第一个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第1个数控移相器；将第2个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第2个数控移相器，依次类推，完成所有数控移相器的配置。[0010] 进一步地，L和M的数量有多种选择，选择不同，降低的信号线数量不同。[0011] 进一步地，在步骤1中，当N无法被L均分，最后一组数控移相器数量Q小于M。[0012] 进一步地，在步骤2中，当最后一组数控移相器数量Q小于M时，只需将最后一组内的Q个数控移相器的Q个DATA_in数据端口连接到同一个数据信号线上。[0013] 进一步地，在步骤3中，当最后一组数控移相器数量Q小于M，则按步骤3中的方法依次完成第Q个数控移相器的CS使能端口的连接。[0014] 进一步地，所述数控移相器还包括数字时钟端口、数字锁存端口，数字地端口；所述数字时钟端口、所述数字锁存端口、所述数字地端口通过并馈法或串馈法连接，即根据数据发生设备的驱动能力一起连接到一根或几根信号线上。[0015] 进一步地，所述数控移相器设置有DATA_in数据端口和CS使能端口；所述数控移相器被划分为若干组，每组数控移相器的DATA_in数据端均与相同的数据信号线连接，不同组数控移相器的DATA_in数据端连接的数据信号线不同。[0016] 进一步地，所有组的第i个数控移相器的CS使能端口均连接到使能信号线i；i为正整数。[0017] 进一步地，仅使能信号线i处于打开状态，通过数据信号线配置所有组的第i个数控移相器。[0018] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：[0019] (1)相比并馈法，降低了信号线的使用数量。本发明方法使用L个数据信号线和M个使能信号线完成所有数控移相器的配置，共需L+M个信号线，而并馈法会采用N＝L×M个信号线(其余数字端口由于采用了相同操作手段，二者数量相等，因此不在本发明信号线数量计算范围内，且下文皆是如此)，因此可减少L×M‑(L+M)个信号线。例如，一个64阵元有源相控阵天线，有64个数控移相器，如采用并馈法，则需要64根信号线，如采用本发明，可使用L＝8，M＝8，共L+M＝16个信号线完成配置，共减少64‑16＝48根信号线。[0020] (2)相比串馈法，可靠性高，不需要额外的数字电路。本发明配置方法本质上也属于并馈法，因此不存在可靠性问题，同时也没有额外的数字电路。附图说明[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0022] 图1为本发明实施例的一种有源相控阵天线波束状态配置方法的流程示意图；[0023] 图2为本发明实施例的8阵元有源相控阵天线实施例的电气连接示意图。[0024] 附图标记：1为第1数控移相器；101为第1数控移相器的DATA_in数据端口；102为第2数控移相器的CS使能端口；2为第2数控移相器；201为第2数控移相器的DATA_in数据端口；202为第2数控移相器的CS使能端口；3为第3数控移相器；301为第3数控移相器的DATA_in数据端口；302为第3数控移相器的CS使能端口；4为第4数控移相器；401为第4数控移相器的DATA_in数据端口；402为第4数控移相器的CS使能端口；5为第5数控移相器；501为第5数控移相器的DATA_in数据端口；502为第5数控移相器的CS使能端口；6为第6数控移相器；601为第6数控移相器的DATA_in数据端口；602为第6数控移相器的CS使能端口；7为第7数控移相器；701为第7数控移相器的DATA_in数据端口；702为第7数控移相器的CS使能端口；8为第8数控移相器；801为第8数控移相器的DATA_in数据端口；802为第8数控移相器的CS使能端口；9为第1数据信号线；10为第2数据信号线；11为第1使能信号线；12为第2使能信号线；13为第3使能信号线；14为第4使能信号线。具体实施方式[0025] 结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。[0026] 实施例一：[0027] 参见图1，本发明提供了一种有源相控阵天线波束状态配置方法的实施例，其包括以下步骤：[0028] S1：将N元相控阵天线中的N个数控移相器分为L组，每组有M个数控移相器；[0029] S2：将第1组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第1个数据信号线，第2组所有数控移相器的DATA_in数据端口一起连接到第2个数据信号线，依次类推，直到将第L组所有DATA_in数据端口一起连接到第L个数据信号线；[0030] S3：将所有组第1个数控移相器的CS使能端口一起连接到第1使能信号线，所有组第2个数控移相器的CS使能端口一起连接到第2使能信号线，依次类推，直到将所有组第M个CS使能端口一起连接到第M个使能信号线；[0031] S4：将第一个使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第1个数控移相器；将第2使能信号线打开，其余使能信号线关闭，通过第1个数据信号线至第L个数据信号线分别配置所有组的第2个数控移相器，依次类推，完成所有数控移相器的配置。[0032] 其中，S4具体为：[0033] 将第一个使能信号线打开其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线～L分别配置所有组的第1个数控移相器，由于此时只有第1使能信号线打开，因此只有每组第1个数控移相器可以接收DATA_in数据端口的数据信息，因此第1数据信号线～L虽然连接了很多数控移相器，但只有每组的第1个数控移相器可被配置；将第2使能信号线打开其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线～L分别配置所有组的第2个数控移相器，同理，由于此时只有第2使能信号线打开，因此只有每组第2个数控移相器可以接收DATA_in数据端口的数据信息，因此第1数据信号线～L虽然连接了很多数控移相器，但只有每组的第2个数控移相器可被配置，依次类推，完成所有数控移相器的配置。其余数字数据端口，如CLK，LOAD，DGND，按照与并馈法、串馈法相同的方法连接，即根据数据发生设备的驱动能力一起连接到一根或几根信号线上。[0034] 本实施例中，L和M的数量有多种选择，选择不同，降低的信号线数量不同。[0035] 本实施例中，在步骤S1中，当N无法被L均分，最后一组数控移相器数量Q小于M。[0036] 本实施例中，在步骤S2中，当最后一组数控移相器数量Q小于M时，只需将最后一组内的Q个数控移相器的Q个DATA_in数据端口连接到同一个数据信号线上。[0037] 本实施例中，在步骤S3中，当最后一组数控移相器数量Q小于M，则按步骤S3中的方法依次完成第Q个数控移相器的CS使能端口的连接。[0038] 本实施例中，数控移相器还包括数字时钟端口、数字锁存端口，数字地端口；数字时钟端口、数字锁存端口、数字地端口通过并馈法或串馈法连接，即根据数据发生设备的驱动能力一起连接到一根或几根信号线上。[0039] 本实施例中，数控移相器设置有DATA_in数据端口和CS使能端口；数控移相器被划分为若干组，每组数控移相器的DATA_in数据端均与相同的数据信号线连接，不同组数控移相器的DATA_in数据端连接的数据信号线不同。[0040] 本实施例中，所有组的第i个数控移相器的CS使能端口均连接到使能信号线i；i为正整数。[0041] 本实施例中，仅使能信号线i处于打开状态，通过数据信号线配置所有组的第i个数控移相器；i为正整数。[0042] 实施例二：[0043] 参见图2，以8阵元有源相控阵天线为例，其中有8个数控移相器需要配置。[0044] 步骤1，将8个数控移相器分为2组，每组包含4个数控移相器，第1组包含第1数控移相器1，第2数控移相器2，第3数控移相器3，第4数控移相器4，第2组包含第5数控移相器5，第6数控移相器6，第7数控移相器7，第8数控移相器8。[0045] 步骤2，将第1数控移相器1的DATA_in数据端口101，第2数控移相器2的DATA_in数据端口201，第3数控移相器3的DATA_in数据端口301，第4数控移相器4的DATA_in数据端口401一起连接到第1数据信号线9。同时，将第5数控移相器5的DATA_in数据端口501，第6数控移相器6的DATA_in数据端口601，第7数控移相器7的DATA_in数据端口701，第8数控移相器8的DATA_in数据端口801一起连接到第2数据信号线10。[0046] 步骤3，将第1数控移相器1的CS使能端口102，第5数控移相器5的CS使能端口502一起连接到第1使能信号线11。将第2组第2数控移相器2的CS使能端口202，第6数控移相器6的CS使能端口602一起连接到第2使能信号线12。将第3数控移相器3的CS使能端口302，第7数控移相器7的CS使能端口702一起连接到第3使能信号线13。将第4数控移相器4的CS使能端口402，第8数控移相器8的CS使能端口802一起连接到第4使能信号线14。[0047] 步骤4，将第1使能信号线11打开，其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线9和第2数据信号线10发送射频馈电相位数据码，完成第1数控移相器1，第5数控移相器5的配置。将第2使能信号线12打开，其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线9和第2数据信号线10发送射频馈电相位数据码，完成第2数控移相器2，第6数控移相器6的配置。将第3使能信号线13打开，其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线9和第2数据信号线10发送射频馈电相位数据码，完成第3数控移相器3，第7数控移相器7的配置。将第4使能信号线12打开，其余使能信号线关闭，通过第1数据信号线9和第2数据信号线10发送射频馈电相位数据码，完成第4数控移相器4，第8数控移相器8的配置。[0048] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

专利地区：四川

专利申请日期：2022-05-27

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115000708B