一种同频全双工宽带相控阵天线信号耦合功率的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种同频全双工宽带相控阵天线信号耦合功率的计算方法。基于仿真或实验测试的收发相控子阵端口散射参数，同时考虑收发组件衰减器和移相器的幅相线性调制作用，结合微波网络理论和矢量叠加原理，首先计算出每个发射通道发射的受到幅相调制的信号，以及收发各通道之间的传输函数，进而得到每个接收通道接收到的自干扰耦合信号；最后将所有通道接收到的自干扰信号耦合功率进行叠加即可得总的自干扰信号耦合功率。该计算方法适用于任意收发相控阵规模、任意收发相控阵结构，能够考虑本地收发机处于各种工作状态下自干扰耦合信号功率大小，为实现收发相控阵天线每个通道高隔离度奠定理论和技术基础。高隔离度奠定理论和技术基础。高隔离度奠定理论和技术基础。

【技术实现步骤摘要】
一种同频全双工宽带相控阵天线信号耦合功率的计算方法


[0001]本专利技术属于同频全双工相控阵天线
，涉及到收发天线分离的阵列孔径级自干扰信号耦合功率的理论建模和计算方法。具体是指通过全波仿真或者实验测试得到基于收发相控子阵间端口散射参数，以此建立收发子阵间各天线单元自干扰信号传输函数，从而实现收发子阵间各天线单元信号耦合功率的准确计算，为实现收发子阵间自干扰信号耦合功率的有效抑制奠定理论基础。

技术介绍

[0002]现代无线电子系统搭载的相控阵天线除了要实现基本的雷达或通信等功能外，通常还需兼顾导航、预警、侦察、成像、电子对抗等多种功能，多功能一体化已经成为当前和未来无线电子系统的发展趋势。而目前大多相控阵雷达的工作方式为时分全双工或同频分全双工，对于日益增长的频谱需求来说，这两种工作方式均难以满足应用要求。同时同频全双工技术(亦称之为同时收发技术或带内全双工技术)能够在相同时间相同载频处实现不同的功能，理论上能够使频谱效率增加两倍。因此，同时同频全双工技术显得尤为重要，越来越受到研究者们的关注。在工程上，同频分全双工技术的突破能够提升相控阵系统的下述工作性能：(1)实现雷达、通信、电子对抗等同时多功能；(2)为全双工定向网络通信提供更高的吞吐量和频率效率；(3)实现侦察与干扰，侦察与成像同时连续工作；(4)改善空间分离的不同频段孔径间的电磁兼容性。因此，实现相控阵系统同时收发技术具有重要的研究价值和研究意义。
[0003]事实上，无论是对于同频全双工无线通信系统，还是同频全双工相控阵雷达系统，由于本地发射机和接收机相隔很近，且发射机的发射功率非常高，通常比接收信号功率大几个数量级，发射机耦合或泄露到接收机的功率会造成接收信号无法正常接收，系统信噪比严重恶化，出现各种非线性失真，甚至损坏接收机接收链路中的部分有源器件，如低噪声放大器、数模转换器等。因此，在保证本地收发机正常工作的前提条件下，尽可能减少收发链路(包括天线、射频链路、数字通道等)之间的自干扰信号耦合功率，亦即尽可能增加收发链路之间的隔离度，是实现同频全双工系统的关键技术。
[0004]孔径级同频全双工相控阵系统中收发天线阵通常属于分离状态，即收发系统使用不同孔径的天线阵。显然，收发天线物理上的分离直接能够一定程度上降低自干扰信号耦合功率，相比于基于同一孔径的同频全双工相控阵系统，其能够实现的隔离度指标更佳，因而更受关注。由于相控阵收发天线单元之间的耦合以及外界物体的散射，发射孔径中每个通道发射信号首先受到发射组件中衰减器和移相器的幅相调制，然后调制后的每个通道的自干扰信号还会耦合到接收孔径中每个天线单元，并受到接收组件中衰减器和移相器的幅相调制，最终接收机每个通道均形成具有一定幅度和相位的自干扰耦合信号。为了保证自干扰耦合信号不会超过低噪放、模数转换器的动态范围或者引入非线性失真，需要对每一通道的自干扰耦合信号功率进行准确的理论建模和分析，研究孔径级同频全双工相控阵天线自干扰信号耦合功率的计算方法是实现同频全双工相控阵系统正常工作的先决条件。
[0005]目前，同频全双工技术主要基于无线通信系统开展相关研究工作，而无线通信系统中的同频全双工技术主要限于1发1收或2发2收等的小规模收发天线配置，即单元级同频全双工技术，这些技术对于孔径级同频全双工技术也具有十分重要的借鉴意义。下面主要从天线层面介绍同频全双工技术。文献《Passive self
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interference suppression for full
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duplex infrastructure nodes》中系统研究了在分别使用全向天线单元和定向天线单元时将收发天线单元物理分离一定距离，带来的收发天线隔离度的改善；同时还研究了使用无源相位控制技术使得接收天线处于发射天线方向图的零点附件，实现自干扰耦合功率的抵消。文献《Compact dual
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polarized microstrip patch antenna with high inter
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port isolation for 2.5GHz in
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band full
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duplex wireless applications》中设计了一个两端口双极化高隔离微带天线，利用正交端口天然的隔离度来降低收发天线之间的隔离度。文献《Impact of transmit interference on receive sensitivity in a bi
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static active array system》中把电磁吸波材料放置于处于物理隔离状态的收发天线之间，吸收部分耦合能量，改善收发天线间隔离度。在专利号为202010544551.X的专利中复合使用收发天线正交放置、并拉开一段物理距离、收发单元采用背腔结构、收发单元间使用周期性电磁结构，在1.5GHz～2.0GHz的工作频带内实现了近50dB的隔离度。值得注意的是上述收发天线单元数目较少，耦合信号功率计算较为简单，甚至无需计算，直接实现收发天线高隔离度即可。而孔径级相控阵收发天线单元数目众多，耦合功率途径较多，计算自干扰信号耦合功率必不可少。关于孔径级相控阵天线自干扰信号耦合功率的计算方法的研究较为罕见。文献《有源相控阵天线收发隔离度计算方法》中利用收发天线间散射参数，给出了一种计算自干扰信号耦合功率的计算方法。但不足的是，该方法并未考虑发射组件和接收组件的幅相调制作用，仅给出了等幅同相条件下自干扰信号耦合功率。而实际相控阵必然还会进行波束扫描，此时自干扰信号耦合功率将不同于等幅同相条件下自干扰信号耦合功率。而且，收发组件幅相调制的设计自由度对于孔径级同频全双工相控阵系统实现高隔离度具有不可替代的作用，这也从侧面说明，建立包含收发组件幅相调制作用影响的自干扰信号耦合功率理论计算方法尤为重要，本专利技术正是为解决这一技术问题而产生的。

技术实现思路

[0006]鉴于上述技术背景，本专利技术提出了一种基于仿真或实验测试的收发相控子阵端口散射参数，包括收发组件幅相调制(幅度衰减和相位移相，属于线性调制)的自干扰耦合信号功率计算方法。该方法适用于任意收发相控阵规模、任意收发相控阵结构，能够考虑本地收发机处于各种工作状态下自干扰耦合信号功率大小，为实现收发相控阵天线每个通道高隔离度奠定理论和技术基础。
[0007]本专利技术的详细技术方案是：首先选择合适的宽带天线单元，并组成收发相控阵，为了提升收发相控阵天线隔离度，根据具体需求选择采用合适的提升隔离度的技术方案，比如收发相控阵物理拉开一定距离、收发相控阵正交放置、收发相控阵之间加入高阻抗表面或吸波材料等，并通过全波仿真软件或实验测试得到收发相控阵天线端口散射参数S；然后根据微波网络理论和矢量叠加原理，计算每个发射通道发射的受到幅相调制的信号，以及收发相控阵各通道之间的传输函数，进而得到每个接收通道接收到的自干扰耦合信号；最后将所有通道接收到的耦合信号进行叠加即可得总的自干扰信号耦合功率。
[0008]如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同频全双工宽带相控阵天线信号耦合功率的计算方法，其主要特征在于首先通过全波仿真软件或实验测试得到收发相控阵天线端口散射参数，基于矢量叠加原理，每个发射通道发射的受到衰减器和移相器幅相调制的信号可以表达为：其中，M和N分别表示发射子阵的行数和列数，α
mn,TX
和分别表示发射子阵第(m,n)个通道的幅度加权和相位加权，P
in
表示每个发射通道的输出信号功率。2.权利要求1所述的一种同频全双工宽带相控阵天线信号耦合功率的计算方法，其主要特征还在于接收子阵每...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锋，杨仕文，岳伯阳，李镇玉，杨旭，陈显舟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：