硅基时间调制相控阵馈电网络单元及时间调制相控阵系统

技术特征：
1.一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，包括功分模块、时间调制模块、正交合成模块、放大器模块，信号发射过程中，发射信号经功分模块进入时间调制模块，或者直接进入时间调制模块，在时间调制模块中完成信号移相后，由正交合成模块对移相后的信号进行同相/正交变换和功率合成，再由放大器模块进行信号放大输出；信号接收过程中，射频信号经放大器模块放大后，由正交合成模块进行功分和同相/正交变换，再进入时间调制模块进行信号移相，移相后的信号经功分模块合成输出，或者直接输出；所述时间调制模块由多组开关和0/π移相器组成，通过改变开关状态控制功分模块的接入情况，与功分模块直接连接的0/π移相器后的开关导通、未与混合式功率分配器连接的0/π移相器后的开关关断时，功分模块接入链路，信号通过功分模块及与其直接连接的0/π移相器进入链路或者从链路输出；与功分模块直接连接的0/π移相器后开关关断、未与混合式功率分配器连接的0/π移相器后开关导通时，功分模块不接入链路，信号通过不与功分模块连接的0/π移相器进入链路或者从链路输出。2.根据权利要求1所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述功分模块由基于变压器的混合式功率分配器构成，变压器初级线圈中心抽头与次级线圈中心抽头相连，且通过电容(c1)接地；次级线圈的两端口连接时间调制模块的同相通道和正交通道，在两端口之间还串联电阻，用于起到隔离端口的作用。3.根据权利要求1所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述时间调制模块由第一至第八开关(sw1-sw8)以及四组相位差为180
°
的0/π移相器(ps1-ps4)构成，其中：第一开关和第二开关(sw1、sw2)分别位于第一移相器(ps1)的π移相支路与0移相支路，第三开关和第四开关(sw3、sw4)分别位于第二移相器(ps2)的π移相支路与0移相支路，第五开关和第六开关(sw5、sw6)分别位于第三移相器(ps3)的π移相支路与0移相支路，第七开关和第八开关(sw7、sw8)分别位于第四移相器(ps4)的π移相支路与0移相支路；第一移相器和第四移相器(ps1、ps4)一端直接连接接收信号的输出端口或者发射信号的输入端口，第二移相器和第三移相器(ps2、ps3)一端连接功分模块，第一移相器和第二移相器(ps1、ps2)另一端通过开关连接正交合成模块的同相通道，第三移相器和第四移相器(ps3、ps4)另一端通过开关连接正交合成模块的正交通道。4.根据权利要求3所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述第一至第八开关(sw1-sw8)采用深n阱nmos晶体管。5.根据权利要求3所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述第一至第八开关(sw1-sw8)的控制逻辑为：第一开关(sw1)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第二开关(sw2)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第三开关(sw3)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第四开关(sw4)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第一开关(sw5)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至第
时刻开启至其余时刻处于关断状态；第六开关(sw6)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第七开关(sw7)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至其余时刻处于关断状态；第八开关(sw8)在一个相对周期t
p
的第时刻开启至其余时刻处于关断状态；t
p
为时间调制脉冲波形的周期。6.根据权利要求3所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述时间调制模块的时间调制脉冲时序满足以下关系式：制模块的时间调制脉冲时序满足以下关系式：制模块的时间调制脉冲时序满足以下关系式：在上式中，τ'与τ”分别为导通状态和单路状态下的导通时间，与分别表示同相通路上双路状态的起始时刻，与分别表示正交通路上双路状态的起始时刻，与分别表示同相通路上单路状态的起始时刻，与分别表示正交通路上单路状态的起始时刻。7.根据权利要求6所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述时间调制模块的移相功能通过调整脉冲的起始时间点来实现，若波束的指向角度为θ0，则其与脉冲起始时间点的关系为：连续调整脉冲起始的时间，即实现时间调制模块在0-2π连续的相位变化。8.根据权利要求1所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述正交合成模块由基于变压器的正交合成网络构成，初级线圈的端口1为合成端口，端口2为直通端口，次级线圈的端口3为耦合端口，另外一端接地，端口2、端口3分别通过第一并联电容和第二并联电容(c2、c3)接地，用以实现端口2、端口3的90
°
相位差，形成同相/正交通路，以完成正交的时间调制。9.根据权利要求1所述的硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，所述放大器模块由功率放大器(pa)、低噪声放大器(lna)以及单刀双掷开关(sw9)构成，其中功率放大器(pa)用于对发射信号进行放大；低噪声放大器(lna)用于对天线接收的信号进行放大；单刀双掷开关(sw9)用于根据信号发射或者接收的场景选择功率放大器或低噪声放大器工作。10.一种时间调制相控阵系统，其特征在于，包括n个权利要求1-9任一项所述的时间调制相控阵馈电网络单元，以及1-n功分器、fpga控制电路或者硅基逻辑电路、n个天线阵元，且集成于单片硅基芯片当中，其中：
n个时间调制相控阵馈电网络单元用于对天线阵元馈电，实现信号的发射与接收，以及移相的功能；1-n功分器用于对n个馈电网络单元进行功率分配/合成；fpga控制电路或者硅基逻辑电路发出周期性通断信号，用于改变芯片内开关的工作状态，以实现时间调制相控阵系统的相位加权；n个天线阵元用于对射频信号进行接收或者发射。

技术总结
本发明公开了一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，包括功分模块、时间调制模块、正交合成模块、放大器模块，信号发射过程中，发射信号经功分模块进入时间调制模块，或者直接进入时间调制模块，在时间调制模块中完成信号移相后，由正交合成模块对移相后的信号进行同相/正交变换和功率合成，再由放大器模块进行信号放大输出；信号接收过程中，射频信号经放大器模块放大后，由正交合成模块进行功分和同相/正交变换，再进入时间调制模块进行信号移相，移相后的信号经功分模块合成输出，或者直接输出。本发明结构简单，提高了系统的移相精度，降低了系统的损耗。降低了系统的损耗。降低了系统的损耗。


技术研发人员：黄同德 曹瀚璋 曹帅 朱玺成 吴文
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2022/5/17