基于DSP技术的相控阵天线波束控制器设计

基于DSP技术的相控阵天线波束控制器设计关键词： 相控阵天线；DSP；波束控制器0 引言 相控阵天线最早应用于雷达系统。随着近年来宽带无线通信的发展，相控阵天线在通信系统中的应用已有讨论[1]

基于DSP技术的相控阵天线波束控制器设计 关键词：相控阵天线；DSP；波束控制器0引言 相控阵天线最早应用于雷达系统。随着近年来宽带无线通信的发展，相控阵天 线在通信系统中的应用已有讨论[1]和应用[2]，利用相控阵天线实现全定向收 发通信，可以同时发射多个波束，这种高度定向、指向迅速的天线拓展了无线 通信现有的时分、频分、码分3种复用机制，提供了1种空分机制，使得通信 距离内的多个节点能在不降低带宽、信噪比、通信时间的情况下，完全没有相 互干扰地进行通信。相控阵天线波束快速高度定向、指向迅速的能力要依赖于 波束控制设备来发挥，相控阵天线波束形状的快速变化也要依赖于波束控制设 备来实现。作为线控阵天线的关键技术之一，相控阵天线波束扫描的快速、灵 活性能是通过波控系统来实现的[3]。 天线的波束控制系统，不仅要为天线扫描提供正确的相位码，而且也要满足雷 达和通信系统的要求，使波束指向能够快速、灵活的转换。因此，相控阵天线 波束控制系统设计的好坏，对整个通信系统能否具备更加强大的功能，能否更 好地实现其性能指标，是至关重要的。通过波束控制器的控制，使得相控阵天 线具有按工作时序产生高增益定向波束能力、快速扫描和跟踪通信对象（高速 飞行器）的能力、隔离不利环境影响稳定天线波束的能力、具有空间功率合成 能力。 1工作原理 在相控阵通信系统中，波束控制器根据中心（主控）CPU提供的天线波束所应 指向的空间位置，计算出相应的方位及仰角初始相位值，然后再计算出阵列线 中每个单元移相器所需的相位值，求出阵列中各个移相器需要的波束控制码， 通过驱动器使移相器移相，从而使天线波束指向预定的搜索空域。波控系统的 功能就是按照主控制系统中心CPU送来的方位及仰角初始布相量，应用某种布 相算法来完成天线配相运算和实时输出。 图1平面阵元的几何图形与相位 如图1所示一个平面阵，在（X，Y）平面上，各相邻单元的间距在水平与垂直 方向分别为dx与dy。当采用数字式移相器时，由于与波控数码（相位值）ψ （n，m）为“1”所对应的最小计算相移量为 （K为数字式移相器位数），故阵面第（n，m）单元对于第（0，0）单元所提 供的相移量为ψ（n，m）： 式（1）中，，即为第（0，0）单元的波控数码式。相控阵天线数字移相器的 计数为k，则最小相移值为2π/2k。为获得阵列天线波束的指向精度，在由天