数字波束形成

Digital Beamforming, DBF

数字波束形成技术(DBF)保存了天线阵列单元信号的全部信息，通过采用先进的数字信号处理技术对阵列信号进行处理，从而获得优良的波束性能，方便地得到超分辨和低副瓣的性能，实现波束扫描和自适应波束形成等。

DBF能够极大地提高雷达系统的抗干扰能力，是新一代雷达提高目标检测性能的关键技术之一。同时它也是无线通信智能天线中的核心技术。

数字波束形成的优点：形成单个或多个独立可控的波束而不损失信噪比；波束特性由权矢量控制，灵活多变；天线具有较好的自校正和低副瓣能力；方便后续进行阵列信号处理，以获得优良性能。

模拟与数字波束形成

在以前的相控阵中，模拟波束形成子系统将所有元件组合到集中式接收机。而在今天的许多系统中，模拟波束形成也是常见的。

在仅有数字波束形成的系统中，波形发生器和接收器位于每个前端模块后面，并且没有模拟波束形成。波形发生器和接收器通道用于将数字数据转换到RF工作频带。

数字波束形成首先对通道进行均衡，之后将相移和幅度权重应用于模数A/D采样数据，然后对阵列上的A/D数据求和。多波束可以同时形成，这仅受数字处理能力的限制。

从上图可以看出模拟和数字波束形成的区别。阵元的数量根据孔径大小、功率和天线方向图的要求来选择。前端或发射/接收(T/R)模块位于每个天线元件后面，模拟波束形成位于前端模块后面。

数字波束形成相控阵的目标是为一组接收器数据同时生成多个天线方向图。上图显示了单个阵元的天线方向图、子阵方向图和数字形成的波束。

以目前的技术，在L和S波段可以实现阵元级数字波束形成系统。而在更高的频率下，尺寸和功率的限制，仍然需要模拟波束形成。

然而，实现每个阵元的数字波束形成对波形发生器和接收器提出了很高的要求。这些要求往往是相互矛盾的，即在减少尺寸和功率的同时又需要增加带宽。