CN101854183A - 超短波电磁干扰对消装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超短波电磁干扰对消装置，包括取样器和干扰对消主机，所述的干扰对消主机包括正交电桥，I路双极衰减器，Q路双极衰减器，I路相关运算电路，Q路相关运算电路，第一合路器，第二合路器，定向耦合器和功分器。取样器从干扰发射机中取样干扰信号；正交电桥、I路双极衰减器、Q路双极衰减器和第一、第二合路器的作用就是调整取样信号的幅度和相位，使之与接收天线中的干扰信号等幅反相；I路、Q路相关运算电路则对误差信号与取样信号进行相关性运算，运算结果分别控制I路、Q路双极衰减器，构成负反馈回路，实现干扰信号最大程度的抵消。本发明提高干扰抑制比，在不降低频谱资源利用率的情况下，抑制共场地收发天线间耦合干扰。

Description

超短波电磁干扰对消装置

技术领域

本发明属于电磁干扰控制装置，具体涉及一种超短波电磁干扰对消装置。

背景技术

共场地收发天线间的耦合干扰是常见的电磁干扰形式之一。由于收发天线共场地布置，二者间距小、隔离度低。超短波发射天线的发射功率通常较高，达到几十瓦甚至上百瓦，这样会在附近的接收天线处产生较大的耦合电压(从几十mV到几V)，该耦合电压将形成较强的干扰功率，会严重影响接收机正常工作，导致接收机阻塞甚至被烧毁。超短波发射机和接收机通过的信号为正弦窄带信号，其中心频率范围从30～88MHz，带宽不超过200kHz。

干扰源是超短波电台的发射天线，所产生的电磁干扰是具有一定中心频率的窄带正弦信号；被干扰物是另一台超短波电台的接收天线。干扰发射天线(简称发射天线)会在被干扰接收天线(简称接收天线)处产生一定的耦合电压，这样接收天线处具有两种信号成份：有用信号和干扰信号，耦合电压产生的就是干扰信号。有用信号和干扰信号同为超短波的窄带正弦信号，不过二者具有不同的中心频率，并且中心频率不固定，因此不能采用具有固定参数的滤波器。

目前市场上尚未有用于抑制共址收发天线耦合干扰的超短波频段的电磁干扰对消装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种超短波电磁干扰对消装置，能够提高干扰抑制比，在不降低频谱资源利用率的情况下，抑制共场地收发天线间耦合干扰。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：超短波电磁干扰对消装置，其特征在于：它包括：

取样器，取样器包括输入端、输出端和耦合端三个端口；取样器的输入端与发射机相联接，输出端与发射天线相联接；

干扰对消主机，其输入端与取样器的耦合端相联接，其输出端与接收机相联接；

所述的干扰对消主机包括：

正交电桥，正交电桥的输入端与取样器的耦合端相联接；正交电桥的四个输出端分

别为I路输出端、I路耦合端、Q路输出端和Q路耦合端；

I路双极衰减器，其输入端与正交电桥的I路输出端相联接；

I路相关运算电路，包括I路取样信号端、I路误差信号输入端和I路运算输出端，I路取样信号端与正交电桥的I路耦合端相联接，I路运算输出端与I路双极衰减器的控制端相联接；

Q路双极衰减器，其输入端与正交电桥的Q路输出端相联接；

Q路相关运算电路，包括Q路取样信号端、Q路误差信号输入端和Q路运算输出端，Q路取样信号端与正交电桥的Q路耦合端相联接，Q路运算输出端与Q路双极衰减器的控制端相联接；

第一合路器，两个输入端分别与I路双极衰减器和Q路双极衰减器的输出端相联接；

第二合路器，两个输入端分别与第一合路器的输出端和接收天线相联接；

定向耦合器，输入端与第二合路器的输出端联接，输出端与接收机相联接；

功分器，输入端与定向耦合器的耦合端相联接，两个输出端分别与I路误差信号输入端和Q路误差信号输入端相联接。

按上述方案，所述的I路双极衰减器由输入传输线变压器、PIN二极管电桥和输出传输线变压器组成；输入传输线变压器的外侧采用共模结构、内侧采用差模结构，且内侧与外侧线圈匝数相等；输出传输线变压器结构与输入传输线变压器相同；输入传输线变压器内侧线圈中间输入为控制端，输出传输线变压器内侧线圈中间接地；PIN二极管电桥由四支PIN二极管正负极依次连接构成。

按上述方案，所述的I路相关运算电路由四象限模拟乘法电路、低通滤波电路和电压跟随电路串联而成；所述的Q路相关运算电路与I路相关运算电路结构相同。

按上述方案，所述的四象限模拟乘法电路采用模拟乘法器芯片AD835。

本发明的工作原理为：假设因发射天线大功率发射耦合到接收天线上的干扰信号用方程(1)表示

其中N(t)为干扰信号，A为干扰信号的归一化幅度，ω为干扰信号角频率，φ₀为干扰信号的初相位，t为时间，A_I’为干扰信号I路分量的归一化幅度，A_Q’为干扰信号Q路分量的归一化幅度。为了抵消该干扰信号，本发明从干扰发射机中取样干扰信号，并将取样信号等分成相位彼此正交的I、Q两路，可用下述方程来表示：

X_I(t)＝sin(ωt)

X_Q(t)＝cos(ωt)

其中I路取样信号X_I(t)和Q路取样信号X_Q(t)的角频率与干扰信号N(t)相同，X_I(t)和X_Q(t)的归一化幅度为1。两路取样信号的加权和记做对消信号C(t)，可表示为

C(t)＝A_I·X_I(t)+A_Q·X_Q(t)    (2)

其中A_I和A_Q分别表示I、Q两路的权系数。对比方程(1)和方程(2)，可以看出方程(1)、(2)左右两边分别相加可得

N(t)+C(t)＝(A_I+A_I′)sin(ωt)+(A_Q+A_Q′)cos(ωt)    (3)

根据方程(3)，当A_I＝-A_I’且A_Q＝-A_Q’时，干扰信号与对消信号之和为0，即干扰信号被抵消了。

从方程(3)还可以看出，只需同时控制I、Q两路取样信号幅度就可以达到控制对消信号幅度和相位的效果，使对消信号与干扰信号等幅反相，就可以消除接收天线中的干扰信号。

本发明中取样器从干扰发射机中取样干扰信号；正交电桥、I路双极衰减器、Q路双极衰减器和第一、第二合路器的作用就是调整取样信号的幅度和相位，使之与接收天线中的干扰信号等幅反相；I路、Q路相关运算电路则对误差信号与取样信号进行相关性运算，运算结果分别控制I路、Q路双极衰减器，构成负反馈回路，实现干扰信号最大程度的抵消。

本发明的有益效果为：1、提高干扰抑制比；2、在不降低频谱资源利用率的情况下，抑制共场地收发天线间耦合干扰；3、提高共场地收发天线间的兼容性。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构框图

图2为双极衰减器的电路结构图

具体实施方式

图1为本发明一实施例的结构框图，包括取样器和干扰对消主机。

取样器输入端与发射机相联接，输出端与发射天线相联接，耦合端与干扰对消主机相联接。取样器的作用是从发射机中获取一定能量的干扰信号，输送到干扰对消主机之中，进行幅度和相位变换，使之与接收天线中的干扰信号等幅反相。取样器的耦合度根据发射机发射功率与接收天线上的干扰功率的比值确定，通常取值范围是10～20dB。取样器输出端获得了输入端的大部分功率，不影响发射机的正常发射状态，干扰对消主机只获取了很小一部分发射功率。

干扰对消主机包括：

正交电桥，将取样信号等分成幅度相等、相位正交的两路输出信号。正交电桥的输入端与取样器的耦合端相联接；正交电桥的四个输出端分别为I路输出端、I路耦合端、Q路输出端和Q路耦合端。正交电桥的I路、Q路耦合端口与I路、Q路输出端之间采用电阻分压，I路、Q路输出端与I路、Q路耦合端的信号相位相同。I路耦合端和Q路耦合端的耦合度相等，大约20dB。

I路双极衰减器，其输入端连接正交电桥的I路输出端，对I路输出端输出的信号进行幅度衰减。其电路原理图如图2所示，由输入传输线变压器、PIN二极管电桥和输出传输线变压器组成。输入、输出传输线变压器采用平衡-不平衡结构，外侧采用共模方式、内侧采用差模方式，外侧与内侧的线圈匝数相同。PIN二极管电桥由四支PIN二极管D1、D2、D3和D4正负极依次连接构成，PIN二极管型号为UM4301。当直流控制电流变化时，双极衰减器的射频阻抗也随之变化，控制电流变小、射频阻抗增大、对于输入信号的衰减增大，控制电流变大、射频阻抗减小、对于输入信号的衰减减小；当直流控制电流极性发生变化时，输出信号的极性也会相应发生变化，直流控制电流为正极性时、输出电压也为正极性，直流控制电流为负极性时、输出电压也为负极性。

Q路双极衰减器，结构与I路双极衰减器相同，其输入端与正交电桥的Q路输出端相联接，对Q路输出端输出的信号进行幅度衰减。

第一合路器和第二合路器；第一合路器将经过幅度和极性调整之后的I、Q两路取样信号进行合成，形成对消信号；第二合路器的作用是将接收天线信号与对消信号进行合成，形成误差信号。误差信号中包含着有用信号成份和残存干扰信号成份两部分。

定向耦合器，其输入端与第二合路器的输出端相联接，将误差信号分成两路，输出端的信号送给接收机，耦合端的耦合度约为20dB。

功分器，其输入端与定向耦合器的耦合端相联接，将误差信号等分成两路。

I路相关运算电路，包括I路取样信号端、I路误差信号输入端和I路运算输出端；I路取样信号端与正交电桥的I路耦合端相联接；I路误差信号输入端与功分器的一路输出端相联接；I路运算输出端与I路双极衰减器的控制端相联接，控制I路双极衰减器的幅度衰减和极性，构成负反馈回路，实现干扰信号最大程度的抵消。I路相关运算电路包括四象限模拟乘法电路、低通滤波电路和电压跟随电路三部分，对I路取样信号进行相关运算，并加入负反馈回路的误差信号，使得运算结果更加准确。

Q路相关运算电路，包括Q路取样信号端、Q路误差信号输入端和Q路运算输出端；Q路取样信号端与正交电桥的Q路耦合端相联接；Q路误差信号输入端与功分器的另一路输出端相联接；Q路运算输出端与Q路双极衰减器的控制端相联接，控制Q路双极衰减器的幅度衰减和极性，构成负反馈回路，实现干扰信号最大程度的抵消；Q路相关运算电路与I路相关运算电路结构相同，对Q路取样信号进行相关运算，并加入负反馈回路的误差信号，使得运算结果更加准确。

四象限模拟乘法电路采用模拟乘法器芯片AD835构成，对取样信号X_I(t)和误差信号E(t)进行乘法运算，如方程(4)所示：

$X_I\left(t\right)\·E\left(t\right)=\frac{{A_I}^{\′}+A_I}{2}+X_I\left(t\right)\·S\left(t\right)-\frac{{A_I}^{\′}+A_I}{2}\cos \left(2\mathrm{\ωt}\right)+\frac{{A_Q}^{\′}+A_Q}{2}\sin \left(2\mathrm{\ωt}\right)---\left(4\right)$

S(t)为有用信号。其输出电压的直流成份包含了残存干扰信号的幅度以及与取样信号的相位关系信息。

四象限模拟乘法电路的输出端与低通滤波电路的输入端相连接，低通滤波电路由集成运放芯片OP07构成，用于滤除乘法运算结果中的高频信号成份、即方程(4)右边的后三项，这样低通滤波电路的输出信号就只剩下直流成份了。

低通滤波电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连接，电压跟随电路由集成运放芯片OP07实现，利用了OP07高输入阻抗、低输出阻抗的特点，增强输出信号的带负载能力，避免输出电压与负载电路之间的相互影响。低通滤波电路的输出信号即相关运算电路的输出信号。

Claims (4)

1.超短波电磁干扰对消装置，其特征在于：它包括：

取样器，取样器包括输入端、输出端和耦合端三个端口；取样器的输入端与发射机相联接，输出端与发射天线相联接；

干扰对消主机，其输入端与取样器的耦合端相联接，其输出端与接收机相联接；

所述的干扰对消主机包括：

正交电桥，正交电桥的输入端与取样器的耦合端相联接；正交电桥的四个输出端分别为I路输出端、I路耦合端、Q路输出端和Q路耦合端；

I路双极衰减器，其输入端与正交电桥的I路输出端相联接；

I路相关运算电路，包括I路取样信号端、I路误差信号输入端和I路运算输出端，I路取样信号端与正交电桥的I路耦合端相联接，I路运算输出端与I路双极衰减器的控制端相联接；

Q路双极衰减器，其输入端与正交电桥的Q路输出端相联接；

Q路相关运算电路，包括Q路取样信号端、Q路误差信号输入端和Q路运算输出端，Q路取样信号端与正交电桥的Q路耦合端相联接，Q路运算输出端与Q路双极衰减器的控制端相联接；

第一合路器，两个输入端分别与I路双极衰减器和Q路双极衰减器的输出端相联接；

第二合路器，两个输入端分别与第一合路器的输出端和接收天线相联接；

定向耦合器，输入端与第二合路器的输出端联接，输出端与接收机相联接；

功分器，输入端与定向耦合器的耦合端相联接，两个输出端分别与I路误差信号输入端和Q路误差信号输入端相联接。

2.根据权利要求1所述的超短波电磁干扰对消装置，其特征在于：所述的I路双极衰减器由输入传输线变压器、PIN二极管电桥和输出传输线变压器组成；输入传输线变压器的外侧采用共模结构、内侧采用差模结构，且内侧与外侧线圈匝数相等；输出传输线变压器结构与输入传输线变压器相同；输入传输线变压器内侧线圈中间输入为控制端，输出传输线变压器内侧线圈中间接地；PIN二极管电桥由四支PIN二极管正负极依次连接构成。

3.根据权利要求1或2所述的超短波电磁干扰对消装置，其特征在于：所述的I路相关运算电路由四象限模拟乘法电路、低通滤波电路和电压跟随电路串联而成；所述的Q路相关运算电路与I路相关运算电路结构相同。

4.根据权利要求3所述的超短波电磁干扰对消装置，其特征在于：所述的四象限模拟乘法电路采用模拟乘法器芯片AD835。

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