摘 要：针对16波束61阵元DBF星载相控阵天线高速宽带接入信号，设计了一种包括波束成形网络和幅相校正单元的广义数字波束成形器。广义数字波束成形器采用通用DFT滤波器组、Hartley镜象抑制结构以及单音闭环校正等算法，有效解决了大规模相控阵天线数字波束成形器运算量大、乘法器资源紧张的问题。最后完成广义波束成形器硬件平台和相控阵天线半实物仿真系统。半实物仿真结果实现了相控阵天线波束等通量覆盖的设计目标，验证了算法正确性。本文算法和仿真思路对星载DBF相控阵天线设计及验证有一定的参考借鉴价值。
关键词：相控阵天线；数字波束形成； DFT滤波器组；校正
中图分类号： TN927 文献标识码：A
The Design of Wide Band Phased Array Antenna’s Generalized Digital Beam forming Network on Satellite
Liang Guang1,2，Gong Wenbin1，Yu Jinpei1,2
（1． Shanghai Engineering Center for Microsatellites, Shanghai 200050, China；2． Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Science, Shanghai 200050, China）
Abstract： A practical scheme of generalized digital beam forming network with high speed wide band signal processing is proposed in the paper. General DFT Filter Bank is adopted to realize beams’ division and orthogonal transform, which can reduce calculation compared with the basic structure; Hartley image reject structure is designed to overcome the problem of overlapped frequency between beams. And mono-tune calibration loop is designed to achieve the goal of consistent RF channels’ amplitude to frequency response. Ultimately the digital beam forming network’s hardware platform and software simulation system are designed. The experiment results are consistent with the target of design, validating the rationality of algorithm.
Key words： phased array antenna；digital beam forming；DFT filter bank；calibration
0 引 言
相控阵天线数字波束成形技术，是通过数字域处理在基带或中频实现波束赋形与扫描。由于数字处理技术的发展和软件无线电概念的深入，数字波束成形技术成为相控阵天线的发展趋势，特别是需要成十上百计的波束覆盖时。当前国外许多大型通信卫星相控阵天线都采用数字波束成形方式实现。如2005年EADS 的 Astrium公司制造的Inmarsat-4 卫星利用数字波束成形技术产生16个宽波束、228个点波束，提供全球无缝移动语音和因特网宽带业务。但国内基于数字波束成形方式，特别是波束数超过十个的星载多波束相控阵天线还没有相关应用的报道。 本文涉及的16波束星载相控阵天线就波束数目来说在国内低轨卫星通信领域是领先的。
由于在中频或近零中频实现波束成形，阵元、波束数多的相控阵天线数字波束成形器面临很大的数字信号处理压力。如本文中的广义数字波束成形器在中频进行16波束61通道的并行处理，输入数据吞吐量为2×300MSPS×12＝7.2Gbps,而输出的数据流量可达61×37.5MSPS×14=32.02 Gbps。如此规模的数字处理量，对数字信号处理提出较大的挑战，必须采用分布式阵列信号处理。
