CN111929508B - 一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开公开的一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法和装置，包括：在天线罩两侧分别放置收发双工天线；每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；根据每个收发双工天线的发射激励信号和接收信号，生成中频信号；计算两个中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。通过初始相位对消的方法消除微波传输线环境漂移影响，实现开放式生产车间环境下的雷达天线罩插入相位延迟特性IPD的高稳定精确在线测量。

Description

一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法及装置

技术领域

本公开涉及一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法及装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电厚度是指电磁波辐射穿越非真空介质空间时，相对于同样几何尺寸的真空路径增加的波数，可等效为电磁波在介质中传播相对于真空增加的相位延迟，称为插入相位延迟(IPD)，IPD参数对于雷达天线罩的设计具有重要的意义，必须要在制作过程中测量。传统的IPD测试是在微波收发天线的发射端与接收端之间放置天线罩，发射信号透过天线罩时附加携带了天线罩的IPD相位延迟，透射信号接收下来后与一个有频率微差的本振信号混频或者叠加检波得到测试中频信号，则IPD信息就被线性转移到中频信号的相位中，同时转移到中频信号相位中的还有测试信号和本振信号的初始相位信息，将透过天线罩之前的测试信号耦合一路直接与本振信号合成可以得到一路参考中频，该参考中频信号中包含了测试信号与本振信号的初始相位而不包含IPD相位，则测量比对测试中频与参考中频的相位即可测量获得天线罩的IPD信息。

但是由于天线罩形状本身造成的障碍，测量信号与其耦合信号的传输线必须布置在不同的空间路径，以绕过天线罩分别与本振信号合成，导致初始相位在各自传输线中受到的环境影响不同，从而造成初始相位抵消不完全，进而制约了IPD测量的准确性和稳定性。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法及装置，通过初始相位对消的方法消除微波传输线环境漂移影响，实现开放式生产车间环境下的雷达天线罩插入相位延迟特性IPD的高稳定精确在线测量。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

在一个或多个实施例中，提出一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，包括：

在天线罩两侧分别放置收发双工天线；

每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

根据每个收发双工天线的发射激励信号和接收信号，生成中频信号；

计算两个中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。

进一步的，采用比对测量，获取天线罩IPD与参考天线罩或无天线罩的差异。

进一步的，两个收发双工天线的发射频率不同。

进一步的，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的透射功率。

进一步的，两个中频信号的相位差，为无天线罩时的相位延迟与天线罩附加相位延迟之和的两倍。

进一步的，采用功率包络的方法获得中频信号。

进一步的，采用混频方法获得中频信号。

一种抗环境漂移的电厚度信息提取装置，包括，设置于天线罩两侧的收发双工天线，每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

信号接收模块，接收收发双工天线的发射激励信号和接收信号，生成中频信号；

信号分析模块，计算中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。

进一步的，两个收发双工天线的发射频率不同。

进一步的，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的投射功率。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开通过在天线罩两侧分别放置收发双工天线，且每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号，实现双向传输对称测量，使对传的两路测试信号相位变化中附加的IPD信息呈现差模状态，而初始相位影响呈现共模状态，则两路信号的相位差可以实现初始相位影响的自动消除，从而解决了传统IPD单向传输测量方式中环境变化导致测试信号初始相位漂移，进而影响测量精度和稳定性的问题。

2、本公开的方法实现IPD参数的两倍灵敏度测量，相对于传统的IPD信息提取提高了一倍的测量灵敏度，测量灵敏度更高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开方法的原理示意图；

图2为传统测量方法的原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

电厚度是指电磁波辐射穿越非真空介质空间时，相对于同样几何尺寸的真空路径增加的波数，可等效为电磁波在介质中传播相对于真空增加的相位延迟，称为插入相位延迟(IPD)，IPD参数对于雷达天线罩的设计具有重要的意义，必须要在制作过程中测量。传统的IPD测试是在微波收发天线的发射端与接收端之间放置天线罩，发射信号透过天线罩时附加携带了天线罩的IPD相位延迟，透射信号接收下来后与一个有频率微差的本振信号混频或者叠加检波得到测试中频信号，则IPD信息就被线性转移到中频信号的相位中，同时转移到中频信号相位中的还有测试信号和本振信号的初始相位信息，将透过天线罩之前的测试信号耦合一路直接与本振信号合成可以得到一路参考中频，该参考中频信号中包含了测试信号与本振信号的初始相位而不包含IPD相位，则测量比对测试中频与参考中频的相位即可测量获得天线罩的IPD信息。

但是由于天线罩形状本身造成的障碍，测量信号与其耦合信号的传输线必须布置在不同的空间路径，以绕过天线罩分别与本振信号合成，导致初始相位在各自传输线中受到的环境影响不同，从而造成初始相位抵消不完全，进而制约了IPD测量的准确性和稳定性，严格控制环境变化可以降低这种不稳定性，但这受限于天线罩生产车间的现实环境，难以实现。

如图2所示，测试激励信号分为测量和参考两条路径，分别与本振信号差频得到中频信号。测量路径的传输信号相位包括初始相位

测量电路无天线罩时的理论时延造成的相位延迟

和天线罩造成的插入相位延迟

参考路径的传输信号相位包括初始相位

参考电路的理论时延相位延迟

和参考通路与测量通路之间由于热胀冷缩等环境扰动造成相位传输变化差异

与本振差频后，分别叠加本振的初始相位

则中频信号的相位分别为

则中频信号的相位差包含了待测的IPD信息

在测量通路中放置不同的天线罩或者不放置天线罩，通过测量比对中频信号相位差的变化，就可以获得或比较天线罩的IPD信息：

下标i、j是测量序号，不放置天线罩时

和

是传输路径的理论时延没有变化所以抵消掉了，环境变化给传输路径时延造成的变化体现在

中，这也是测量误差的主要来源。

由于天线罩生产周期很长，过程中生产厂房环境变化难以严格控制，包括参考通路的测量信号传输路径电长度很长，所以

和

往往差异很大且不可控，对IPD测量精度和稳定度的影响难以忽略。

实施例1

在该实施例中，为了消除环境变化对IPD测量的影响，提高测量灵敏度，提出了一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，包括：

在天线罩两侧分别放置收发双工天线；

每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

根据每个收发双工天线根据发射激励信号和接收信号，生成中频信号；

计算两个中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。

在该实施例中，可采用功率包络的方法获得中频信号，具体为：

在天线罩两侧原发射和接收天线位置改为放置收发双工天线，在收发双工天线后面放置检波器，探测发射激励信号与接收信号的合成信号功率包络，通过比较两个检波器输出的功率包络信号的相位差，即可获得IPD信息，且不受两个激励信号源初始相位及信号传输线路相位变化的影响。

两个收发双工天线的发射频率不同，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的透射功率；将两个激励信号源频率设置为微差ω＝ω₁-ω₂，ω₁为激励信号源1的频率，ω₂为激励信号源2的频率，并根据线路传输损耗适当设置输出功率，使得每个收发双工天线的输出功率大于接收到的来自于天线罩的透射功率，每个收发双工天线后侧的传输线中将合成为拍频为ω的调幅包络。

信号分析：设激励信号源1的输出信号为

激励信号源2的输出信号为

其中

分别为信号源的初相位和传输路径的附加相位，为不可控的未知量；设信号通过收发双工天线透过待测天线罩的幅度传输系数为α₁、α₂，对应于ω₁、ω₂，无天线罩时的相位延迟

待测天线罩的附加相位延迟

则激励信号源1处检波器和激励信号源2处检波器的合成信号分别为:

其中，β₁＝α₂v₂/A₁<1,β₂＝α₁v₁/A₂<1，则归一化功率包络即平方率检波输出分别为：

其中交流分量分别为：

二者相位差为：

因为对于同样的空间长度，相位延迟量正比于信号频率，所以在测量信号处于GHz频段而中频为kHz量级的应用场景下，

与

与

的差异在百万分之一量级上，远小于工程误差精度要求，因此误差允许范围内可以认为是分别相等的，

为相位差，

和

分别为测试频率(ω₁+ω₂)/2时所对应的无天线罩时的相位延迟和天线罩的附加相位延迟。

可知，两个中频信号的相位差，包含了待测天线罩的

信息，为无天线罩或无天线罩时的相位延迟与天线罩的附加相位延迟之和的两倍，与测试信号初相位及传输线相位扰动无关，并且相对于传统方法有两倍的测量灵敏度。

再通过比对测量，可以消除收发双工天线之间的无天线罩相位延迟

并以两倍的灵敏度获得天线罩IPD与参考天线罩或无天线罩的差异，相对于传统的IPD信息方法提取提高了一倍的测量灵敏度。

在另一种实施例中，可以采用微波混频的方法代替功率包络法获取中频信号。

本实施例公开的方法同样适用于采用反射方式测量天线罩IPD的情况。

实施例2

在该实施例中，提出了一种抗环境漂移的电厚度信息提取装置，包括：设置于被测天线罩两侧的收发双工天线，每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

信号接收模块，接收收发双工天线的发射激励信号和接收信号，生成中频信号；

信号分析模块，计算中频信号的相位差，获得被测天线罩的IPD信息。

两个收发双工天线的发射频率不同，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的透射功率。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，其特征在于，包括：

在天线罩两侧分别放置收发双工天线；

每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

根据每个收发双工天线的发射激励信号和接收信号，采用混频方法或功率包络的方法生成中频信号；

计算两个中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。

2.如权利要求1所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，其特征在于，还包括，采用比对测量，获取天线罩IPD与参考天线罩或无天线罩的差异。

3.如权利要求1所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，其特征在于，两个收发双工天线的发射频率不同。

4.如权利要求1所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，其特征在于，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的透射功率。

5.如权利要求1所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取方法，其特征在于，两个中频信号的相位差，为无天线罩时的相位延迟与天线罩附加相位延迟之和的两倍。

6.一种抗环境漂移的电厚度信息提取装置，其特征在于，包括，设置于天线罩两侧的收发双工天线，每个收发双工天线均接收对侧收发双工天线发射的激励信号；

信号接收模块，接收收发双工天线的发射激励信号和接收信号，采用混频方法或功率包络的方法生成中频信号；

信号分析模块，计算中频信号的相位差，获得天线罩的IPD信息。

7.如权利要求6所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取装置，其特征在于，两个收发双工天线的发射频率不同。

8.如权利要求6所述的一种抗环境漂移的电厚度信息提取装置，其特征在于，每个收发双工天线的输出功率大于接收到的投射功率。

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