一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路制造技术

本发明专利技术公开了一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路，在相控阵接收链路末端利用耦合网络提取出耦合端信号与

【技术实现步骤摘要】
一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路


[0001]本专利技术涉及毫米波通信系统领域，具体涉及一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路
。

技术介绍

[0002]随着
5G
通信技术的普及，各类智能设备相继出现并且移动互联网服务的不断普及，用户基数飞速上升，基站数量也不断增加，这对通信系统的并行处理能力提出了更加苛刻的条件，原有的
Sub
‑
6G
频段已经不能满足这日益增长的需求，整个学术界与工业界期望高宽带技术的出现
。
毫米波频段作为
5G
通信的关键频段之一，因其带宽大
、
速度快的特点得到了学术界和工业界的广泛关注
。
相比于
Sub
‑
6G
来说，毫米波频段带宽更大，拥有更多频带划分，允许同时传输更多数据，但如此多传输信号之间的相互干扰是一个非常严重的问题
。
为了实现更窄的波束范围和灵活的空间扫描，相控阵技术被提出
。
相控阵技术的波束赋形能力，可以对发射或接收的信号传输方向进行选择，以减少对其他信号的影响或是被其他无用信号干扰
。
但这种波束赋形技术仍然有局限性，传统的波束赋形技术在每次使用前需要根据来波方向设置窗函数，操作十分繁琐
。
因此传统波束赋形技术不能应用在信号方向快速变化的使用场景中，例如无人机以及自动驾驶
。
波束追踪技术可以解决这个问题，其可以在高动态环境中，快速进行波束对准，建立稳定可靠的毫米波通信
。
因此在复杂多变的通信环境中应用波束追踪技术已经成为了当下的研究趋势
。
[0003]如图1所示假设有一线型天线阵列，较远处的电磁波斜入射到天线端角度为，因为电磁波从源到天线所走路程不同，每个天线接收到的信号相位都不相同
。
当信号源足够远时，可以假定电磁波传递方向相互平行，因此相邻天线之间的相位差是恒定的，设每个天线之间接收到的信号相位差为
。
在每个天线之后级联一个
PS
，每个
PS
根据天线之间的相位差进行对应移相，即可将信号相位调整到相同，在经过多路合成后即可输出所需信号
。
[0004]从以上描述不难发现，当
PS
相移固定时，只有特定方向的电磁波在经过处理后才能得到相位相同的信号并正常合成，而其他方向的来波则会在合成处由于相位存在差异而相互抵消
。
因此相控阵可以选择来波方向，具有波束扫描的作用
。
[0005]目前已有的波束追踪架构中，天线接收信号之后经过
LNA、PS
，之后部分信号被耦合到
PD
，
PD
可以检测出两信号之间的相位差，并产生相应的差分直流控制电压，该电压可以反馈给移相器来调节相移大小
。
因此该电路实现了波束追踪功能
。
通过合成器（减法器）后可输出到下一级进行信号处理
。
但该电路只能追踪功率最大的信号，且每次处理都将减小一半的通道数量，不适用于级联处理
。
[0006]另一种波束追踪架构具有更好的扩展性，天线信号经过
LNA
接收后，通过混频器下变频到中频经过多级
MIMO ASF
进行处理
。
在
ASF
中，每路信号首先经过一个压控移相器分别进行独立的相位变化，中间两路信号则耦合一部分进入自主波束赋形器
。
在波束赋形器中两路信号首先经过差分
Hybrid
结构，将相位信息转换为幅度信息，之后信号输入到一个功率感知的
PD。
因此
PD
可以检测两通道信号之间的相位差，并根据该相位差产生多个差分控
制信号分别控制不同通道的移相器产生相应的相移
。
自主波束赋形器与
PS
组合形成相位负反馈回路，实现了波束对准
。
[0007]每个通道的主路信号在经过移相器后耦合出一部分进入辅路，并进行合成，本质上是对主路耦合出的信号进行了波束赋形
。
随后经过
VGA
后与同样经过
VGA
的主路信号进行求和或求差
。
求差代表着主路信号与波束赋形后的信号抵消，最终抑制该方向的信号
。
主路上信号在各个方向上都是等功率的，而辅路进行合成之后的信号则进行了波束赋形，信号功率随方向角而改变
。
两者求差后，在输出信号方向图上会形成阻带，即形成了空间滤波效果
。
而求和则代表主路信号与波束赋形后的信号相加，实现了该方向的信号增强
。VGA
的作用是调整信号幅度，使信号能更精确的抵消或增强
。
[0008]随着相控阵技术的发展，其应用场景更加多样化
。
相控阵系统的性能非常容易受到复杂多变环境的影响，因此在实际使用过程中常常需要对相控阵进行校准
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路
。
[0010]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路，在相控阵接收链路末端利用信号耦合网络提取信号，提取出的其中一路信号依次通过减法器和幅相控制网络连接至第一功率检测计，另一路信号依次通过耦合相移网络输出至第二功率检测计和第三功率检测计；利用第一功率检测计
、
第二功率检测计和第三功率检测计中包含的相位信息对来波方向与干扰方向进行识别
。
[0011]进一步的，所述信号耦合网络包括位于相控阵两个单通道末端的结构相同的两个信号耦合电路，两个耦合电路同时存在并共同作用，以提取两路相控阵接收链路传输至末端的有用信号与干扰信号，所述耦合电路包括耦合端和功率检测端，其中，所述耦合端通过匹配网络连接至减法器，所述功率检测端通过匹配网络连接至耦合相移网络
。
[0012]进一步的，所述减法器位于两条相控阵接收链路之间，通过信号耦合网络提取出的一路信号经过阻抗匹配后与减法器进行电路连接，实现差模信号的提取
。
[0013]进一步的，所述减法器为射频信号减法器，其输出依次连接幅相控制网络
、
第一功率检测计，利用第一功率检测计输出电压中包含的相位信息对干扰方向进行识别
。
[0014]进一步的，所述耦合相移网络包括输入匹配电路
、hybrid
和输出匹配电路，其中，所述功率检测端输出的信号依次通过输入匹配电路
、hybrid
和输出匹配电路，输出分别连接至第二功率检测计和第三功率检测计
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路，其特征在于，在相控阵接收链路末端利用信号耦合网络提取信号，提取出的其中一路信号依次通过减法器和幅相控制网络连接至第一功率检测计，另一路信号依次通过耦合相移网络输出至第二功率检测计和第三功率检测计；利用第一功率检测计
、
第二功率检测计和第三功率检测计中包含的相位信息对来波方向与干扰方向进行识别
。2.
根据权利要求1所述的一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路，其特征在于，所述信号耦合网络包括位于相控阵两个单通道末端的结构相同的两个信号耦合电路，两个耦合电路同时存在并共同作用，以提取两路相控阵接收链路传输至末端的有用信号与干扰信号，所述耦合电路包括耦合端和功率检测端，其中，所述耦合端通过匹配网络连接至减法器，所述功率检测端通过匹配网络连接至耦合相移网络
。3.
根据权利要求2所述的一种可同时检测来波方向与干扰方向的波束追踪电路，其特征在于，所述减法器位于两条相控阵接收链路之间，通过信号耦合网络提取出的一路信号经过阻抗匹配后与减法器进行电路连接实现差模信号的提取
。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙博涵，余益明，耿梦乾，
申请(专利权)人：成都通量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：