一種極化自匹配波束反向方法
【專利摘要】一種極化自匹配波束反向方法，針對(duì)微波能量傳輸、攜能通信等系統(tǒng)中當(dāng)接收端天線極化方式對(duì)于發(fā)射端未知或者接收端由于位置移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致極化方向發(fā)生改變時(shí)，收發(fā)兩端的天線極化方式不匹配，鏈路損耗增大影響能量或信息傳輸效率的問題，首先通過發(fā)射端天線陣列的雙饋方形貼片雙極化天線單元接收導(dǎo)引信號(hào)，兩接收支路中的一路通過180°延遲線，使得兩路信號(hào)相位差翻轉(zhuǎn)，完成極化旋轉(zhuǎn)再饋入雙極化天線發(fā)射，同時(shí)通過分次混頻的方式接收導(dǎo)引信號(hào)獲取共軛的相位分布使發(fā)射波束自適應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)接收端。本發(fā)明方法不需要接收端的位置信息和接收天線的極化方式等先驗(yàn)知識(shí)，可使反向陣列產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)方向一致、極化方式正交的發(fā)射波束，實(shí)現(xiàn)雙工工作。
【專利說明】一種極化自匹配波束反向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波通信領(lǐng)域，涉及一種天線波束的反向方法，用于能量或信息接收端形成自適應(yīng)的極化匹配和方向精確對(duì)準(zhǔn)的天線波束。
【背景技術(shù)】
[0002]在移動(dòng)通信、微波能量傳輸、攜能通信等系統(tǒng)中，除了需要使發(fā)射天線陣列合成后的波束精確對(duì)準(zhǔn)接收單元之外，還需要收發(fā)兩端的天線極化方式相匹配，由此才能實(shí)現(xiàn)高效的能量或信息傳輸。
[0003]反向天線陣列可以在不需要接收端位置信息的情況下，利用接收端發(fā)送的導(dǎo)引信號(hào)，將波束準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)接收端。通過相位共軛的混頻器使陣列接收信號(hào)的相位分布翻轉(zhuǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)反向陣列。在反向天線陣列中天線的極化特性可以用來進(jìn)行雙工操作，在這種情況下系統(tǒng)中通常會(huì)使用雙極化天線。反向波束的極化方式可與導(dǎo)引信號(hào)相同或正交，這取決于接收端天線的極化狀態(tài)。但是在未知接收端天線狀態(tài)的情況下很難確定反向波束的極化方式，同時(shí)由于收發(fā)兩端的位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還將導(dǎo)致收發(fā)極化失配、損耗增加的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種極化自匹配波束反向方法，在不需要接收端的位置信息和接收天線的極化方式等先驗(yàn)知識(shí)的情況下，使得反向陣列可以產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)方向一致、極化方式正交的發(fā)射波束，解決由于收發(fā)兩端天線極化方式未知、位置變化、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的極化失配問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種極化自匹配波束反向方法，步驟如下:
[0006](I)將接收端天線移動(dòng)到發(fā)射端天線陣列遠(yuǎn)場(chǎng)的所需目標(biāo)方向處，接收端天線發(fā)送導(dǎo)引信號(hào)；
[0007](2)發(fā)射端天線陣列中的各雙極化天線單元分別接收導(dǎo)引信號(hào)，每一個(gè)雙極化天線接收單元將接收到的導(dǎo)引信號(hào)均分為兩個(gè)接收支路，分別為第一接收支路和第二接收支路；
[0008](3)對(duì)于每一個(gè)雙極化天線接收單元均執(zhí)行以下步驟:
[0009](31)利用本振產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)頻率相同的本振信號(hào)，將本振信號(hào)與第一接收支路的信號(hào)進(jìn)行混頻得到第一混頻信號(hào)，將本振信號(hào)與第二接收支路的信號(hào)進(jìn)行混頻得到第二混頻信號(hào)；
[0010](32)分別對(duì)第一混頻信號(hào)和第二混頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波，然后將本振信號(hào)再次與經(jīng)過低通濾波的第一混頻信號(hào)進(jìn)行混頻得到第三混頻信號(hào)，將本振信號(hào)再次與經(jīng)過低通濾波的第二混頻信號(hào)進(jìn)行混頻得到第四混頻信號(hào)；
[0011](33)將第三混頻信號(hào)或者第四混頻信號(hào)中的一路信號(hào)經(jīng)過180度延時(shí)線后，將一路經(jīng)過延時(shí)的信號(hào)和一路未經(jīng)過延時(shí)的信號(hào)同時(shí)饋入雙極化天線單元形成發(fā)射信號(hào)；[0012](4)發(fā)射端天線陣列中的各雙極化天線單元發(fā)出的發(fā)射信號(hào)在空間進(jìn)行合成，由此形成與導(dǎo)引信號(hào)來波方向相反、極化正交的發(fā)射波束。
[0013]所述的雙極化天線單元為雙饋方形貼片雙極化天線，通過對(duì)其相鄰兩邊進(jìn)行不同的饋電配置獲得不同極化方式的輻射波。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明方法通過合理分布雙饋雙極化貼片天線陣列饋電位置，利用180°延遲線實(shí)現(xiàn)極化旋轉(zhuǎn)，利用導(dǎo)引信號(hào)分次混頻實(shí)現(xiàn)相位共軛的方法，可以對(duì)任意方向、任意極化的導(dǎo)引信號(hào)形成極化自匹配的反向波束。該方法還通過分次混頻的方式，降低了本振頻率，減小了相位誤差，提高了反向精度和極化方式匹配精度。本發(fā)明方法在不需要接收端的位置信息和接收天線的極化方式等先驗(yàn)知識(shí)的情況下，使得反向陣列可以產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)方向一致、極化方式正交的發(fā)射波束，解決由于收發(fā)兩端天線極化方式未知、位置變化、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的極化失配問題，同時(shí)通過極化自匹配正交和波束反向可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自適應(yīng)全雙工工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為極化自匹配波束反向系統(tǒng)原理圖；
[0016]圖2為極化自匹配波束反向系統(tǒng)中接收導(dǎo)引信號(hào)與發(fā)射波束的關(guān)系圖；
[0017]圖3為本發(fā)明方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，為極化自匹配波束反向系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，圖中發(fā)射端天線陣列各天線單元之間的距離為d，發(fā)射端本振頻率為f+Af。接收端發(fā)射的導(dǎo)引信號(hào)頻率為f,發(fā)射端接收導(dǎo)引信號(hào)與發(fā)射波束的關(guān)系如圖2所示。
[0019]在圖2中，通過分次混頻的外差式電路結(jié)構(gòu)獲得接收端位置信息并實(shí)現(xiàn)功率合成波束對(duì)準(zhǔn)和自適應(yīng)跟蹤，通過在連接雙極化收發(fā)天線的兩條路徑上移相處理實(shí)現(xiàn)發(fā)射波束與導(dǎo)引信號(hào)的極化正交。每一個(gè)雙極化天線接收到的導(dǎo)引信號(hào)分為兩路經(jīng)過雙工器和放大器放大后分別為第一接收支路和第二接收支路。以最為普通的案例當(dāng)導(dǎo)引信號(hào)為圓極化時(shí)，兩支路的信號(hào)分別為cos(2 31 f+tj^+go。)和COS (2 31 f+(J)1)(其中(J)1為該天線單元處的導(dǎo)引信號(hào)相位)，相位差為90°。利用本振產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)頻率相同的本振信號(hào)cosD^i (f+Af)+(^](為避免干擾使得本振信號(hào)與導(dǎo)引信號(hào)有一個(gè)較小的差頻Af，Φο為本振相位)。將本振信號(hào)與兩接收支路分別經(jīng)過兩個(gè)混頻器進(jìn)行兩次混頻(中間分別經(jīng)過濾波器低通濾波)之后，將其中一路信號(hào)經(jīng)過180度延遲線后，兩路的信號(hào)分別為cos [2 f+φ。-φ「90。]和cos (2 f+φ。-φ J ,相位差變?yōu)?90°。將這兩路f目號(hào)同時(shí)饋入雙極化天線單元的相鄰兩邊形成的發(fā)射信號(hào)極化方式與導(dǎo)引信號(hào)極化方式正交。相鄰的
天線單元接收到的導(dǎo)引信號(hào)相位差為△ =，經(jīng)過上述過程后形成的發(fā)射信號(hào)相位
差也為知=2^，因此發(fā)射端天線陣列中的各雙極化天線單元發(fā)出的發(fā)射信號(hào)在空間
進(jìn)行合成，由此形成與導(dǎo)引信號(hào)來波方向相反、極化正交的發(fā)射波束。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)極化正交的功能，在連接收發(fā)雙極化天線的其中一個(gè)路徑上采用了180°延遲線。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的極化旋轉(zhuǎn)，減小系統(tǒng)的相位誤差十分重要，為此在相位共軛混頻的選擇上采用了分次混頻的辦法，降低了本振頻率，減小相位誤差。當(dāng)兩路同相信號(hào)饋入接收天線時(shí)，通過延遲線將對(duì)發(fā)射天線的饋入是兩路反相信號(hào)，反之亦然。對(duì)于圓極化或橢圓極化波來說，該極化自匹配反向系統(tǒng)會(huì)將極化旋轉(zhuǎn)方向反向。
[0021]本發(fā)明方法的流程如圖3所示，具體步驟如下:
[0022](I)接收端在發(fā)射天線遠(yuǎn)場(chǎng)中位置Θ處發(fā)送頻率為f的導(dǎo)引信號(hào)。
[0023](2)根據(jù)陣列天線中各天線單元的間距d，以及導(dǎo)引信號(hào)的來波方向Θ，可以得到發(fā)射端天線的各天線單元接收到的導(dǎo)引信號(hào)的波程差為dsin Θ，反映到信號(hào)的相位差為
【權(quán)利要求】
1.一種極化自匹配波束反向方法，其特征在于步驟如下: (1)將接收端天線移動(dòng)到發(fā)射端天線陣列遠(yuǎn)場(chǎng)的所需目標(biāo)方向處，接收端天線發(fā)送導(dǎo)引信號(hào)； (2)發(fā)射端天線陣列中的各雙極化天線單元分別接收導(dǎo)引信號(hào)，每一個(gè)雙極化天線接收單元將接收到的導(dǎo)引信號(hào)均分為兩個(gè)接收支路，分別為第一接收支路和第二接收支路； (3)對(duì)于每一個(gè)雙極化天線接收單元均執(zhí)行以下步驟: (31)利用本振產(chǎn)生與導(dǎo)引信號(hào)頻率相同的本振信號(hào)，將本振信號(hào)與第一接收支路的信號(hào)進(jìn)行混頻得到第一混頻信號(hào)，將本振信號(hào)與第二接收支路的信號(hào)進(jìn)行混頻得到第二混頻信號(hào); (32)分別對(duì)第一混頻信號(hào)和第二混頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波，然后將本振信號(hào)再次與經(jīng)過低通濾波的第一混頻信號(hào)進(jìn)行混頻得到第三混頻信號(hào)，將本振信號(hào)再次與經(jīng)過低通濾波的第二混頻信號(hào)進(jìn)行混頻得到第四混頻信號(hào)； (33)將第三混頻信號(hào)或者第四混頻信號(hào)中的一路信號(hào)經(jīng)過180度延時(shí)線后，將一路經(jīng)過延時(shí)的信號(hào)和一路未經(jīng)過延時(shí)的信號(hào)同時(shí)饋入雙極化天線單元形成發(fā)射信號(hào)； (4)發(fā)射端天線陣列中的各雙極化天線單元發(fā)出的發(fā)射信號(hào)在空間進(jìn)行合成，由此形成與導(dǎo)引信號(hào)來波方向相反、極化正交的發(fā)射波束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化自匹配波束反向方法，其特征在于:所述的雙極化天線單元為雙饋方形貼片雙極化天線，通過對(duì)其相鄰兩邊進(jìn)行不同的饋電配置獲得不同極化方式的輻射波。
【文檔編號(hào)】H01Q15/24GK103794881SQ201410022992
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】董亞洲, 董士偉, 王穎 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所