CN112485764A - 一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器。其特征在于，包括接收天线阵、发射天线阵、射频集成模块、移相控制器。一个移相器和一个放大器数目构成一个射频集成模块。每一个接收阵元接收的信号经过射频集成模块的放大和移相后，由对应的发射阵元发射出去。所有的移相器由一个移相控制器同步控制。本发明提供的平面逆向反射器因为具有回波信号增强的功能，能够以较小的结构尺寸实现更大的RCS，提高了系统集成度，减小了反射器装置的体积，具有小型化、易携带和可快速布置的优点。

Description

一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器
技术领域
本发明属于雷达干扰技术领域，涉及一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器。
背景技术
逆向反射器是指在一定雷达波入射角范围内，能够将反射雷达波信号聚焦并沿着入射方向原路逆向反射回去的反射器材，一般具有较强的后向散射回波。常用的逆向反射器包括角反射器、龙伯透镜、方向回溯天线阵等。其中，回溯天线阵结构简单，成本低廉，是一种应用前景广泛的逆向反射器方案。回溯天线阵是基于相位共轭的一种波束自适应天线技术，能够将接收的雷达波通过相位共轭的传输路径自动将发射波束指向调整至来波方向，而不需要来波方向的先验知识。
RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)是衡量逆向反射器反射回波水平的基本参数，其值越大，逆向反射器的性能越好。利用无源回溯天线阵实现逆向反射器时，逆向反射器的RCS由天线阵列增益决定，并且与雷达信号波长的平方成正比，即
Figure BDA0002763699650000011
其中，σ表示逆向反射器的RCS，Gr和Gt分别为接收天线阵列和发射天线阵列的增益。因此，要获得更大的RCS，对于无源回溯天线阵来说，只能通过提高天线阵列的阵元增益或增加阵元数目，但是提高天线阵列的阵元增益会使信号的波束宽度变窄，逆向反射器的空间覆盖范围变小，而增加阵元数增大了天线阵元间连接线的布局复杂度。
现有技术中，通过将无源回溯天线阵变成有源回溯天线阵，以获得逆向反射器更大的RCS。如Farhad Farzami等人公开了一种在回溯天线阵中增加双向放大器实现回波能量增强的逆向反射器(Farzami F,Khaledian S,Smida B,et al.Reconfigurable Dual-Band Bidirectional Reflection Amplifier With Applications in Van Atta Array[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.2017,65(11):4198-4207.)，这种逆向反射器的所有天线阵元同时参与接收和发射，但是为避免产生自激，双向放大器的最大增益受限于天线驻波，带宽较窄，因此这种逆向反射器一般只能工作在较窄的点频。Kangkang Han等人公开了一种在收发阵列之间应用单向放大器实现增益更大的逆向反射器(Han K,Wei G,Zhang C,et al.A Broadband Active Van Atta Array Systemfor Monostatic RCS Modulation at X-Band[J].IEEE Microwave and WirelessComponents Letters.2020,30(8):840-842.)，这种逆向反射器的天线阵元中，一半阵元作为接收阵元。另外一半阵元作为发射阵元，放大器增益较大，可达到26dB。上述两种逆向反射器的回波相位特征固定，作为雷达干扰设备使用时，易被探测识别。
发明内容
为了克服现有回溯天线阵作为逆向反射器时回波相位特征固定的不足，本发明提出一种新的逆向反射器，具备相移调制的特点，同时具有回波增强功能。相比于已有的逆向反射器不易被探测识别，同时具有小型化、轻巧便携、可灵活布置的优点。
本发明的技术方案是：一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，包括移相控制器和移相器。
进一步地，所述逆向反射器包括放大器，所述放大器和移相器数目相同，一个移相器和一个放大器数目构成一个射频集成模块。
进一步地，所述逆向反射器包括的天线阵列为平面天线阵列。
进一步地，所述逆向反射器的天线阵列中，每一个接收阵元接收的信号经过射频集成模块的放大和移相后，由对应的发射阵元发射出去。
进一步地，所述逆向反射器中所有的移相器由一个移相控制器同步控制。
本发明具有以下有益效果：本发明提出一种具有回波信号增强和相位调制功能的平面逆向反射器，通过增加移相器和移相控制器，使得回波的相位可以进行编程和配置，在应用于雷达干扰中，可以快速改变回波信号的相位特征，有效破坏敌方雷达的相参积累或者降低信号的信噪比，达到较好的干扰效果。本发明提供的平面逆向反射器因为具有回波信号增强的功能，能够以较小的结构尺寸实现更大的RCS，提高了系统集成度，减小了反射器装置的体积，具有小型化、易携带和可快速布置的优点。
附图说明
图1是本发明提供的平面逆向反射器的某一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明的平面逆向反射器对信号放大/移相工作示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，该具体实施例包括接收天线阵11、发射天线阵12、传输线21和22、射频集成模块3、移相控制器4和电源5。在本实施例中，接收天线阵11和发射天线阵12为相同天线阵，在其他实施例中，接收天线阵11和发射天线阵12可以是不同的天线阵，只要两个天线阵之间满足相位共轭关系即可。本实例中接收天线阵11和发射天线阵12均采用4×4元天线阵，在其他实施例中，天线阵元的数目可以根据实际要求选定，通常情况下，需要的天线阵列的增益越大，天线阵元的数目越大。天线阵元的带宽和波束宽度决定了逆向反射器的带宽和空间覆盖范围，可以根据实际需要选定天线阵元的带宽和波束宽度。传输线21将接收天线阵11上的天线阵元与射频集成模块3的输入端相连接，传输线22将发射天线阵12上的天线阵元与射频集成模块3的输出端相连接，连接每一组接收天线阵元和发射天线阵元的传输线总长度(即传输线21和传输线22的长度和)相同。本实施例中，包括16个射频集成模块3，每个射频集成模块3内包含一个放大器31和一个移相器32。移相控制器4输出的控制信号，控制所有射频集成模块3中的移相器32的相位状态发生快速切换，控制信号的切换频率和时序均可在移相控制器4中设置。所有的射频集成模块3的移相器均由一个移相控制器4控制，以保证在不同的相位状态下，接收天线阵11和发射天线阵12处于相位共轭状态，使得反射波束的方向和雷达波入射波束的方向一致。
在实验室进行仿真实验时，采用上述实施例所述的4×4元天线阵,接收天线阵11和发射天线阵12的尺寸均为10cm×10cm的正方形，放大器31和移相控制器4由直流电源提供偏置电压，移相控制器4能输出0/5V的电压方波，电压方波的切换频率为5MHz，在电压方波的控制下移相器32的相位状态在0°和180°之间进行切换，接收天线阵11和发射天线阵12的增益均为G0＝16dB，射频集成模块3的增益为G1＝50dB。在入射雷达波频率为10GHz时，该平面逆向反射器的RCS为
Figure BDA0002763699650000041
其中λ为入射雷达波的波长。从仿真实验可以看出，该平面逆向反射器在较小的尺寸下可以实现较大的RCS。
为了更清楚的说明，图2示出本发明的平面逆向反射器对信号放大和移相的工作原理。入射雷达波以角度θi入射到接收天线阵(图2中仅画出4个天线阵元)，接收天线阵元111接收的雷达波通过传输线211传输到放大器311和移相器321组成的射频集成模块进行放大和移相，通过传输线221传输到发射天线阵元121并发射出去，由于连接每一组收发天线阵元的传输线总长度相同，达到相位共轭状态，因此发射天线阵的发射波束角与入射角相同θr＝θi，最终达到逆向反射效果。由于移相器321的相位状态快速切换，因此逆向回溯的雷达波的相位也处于快速跳变中，具有快起伏特性。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (10)

1.一种具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，包括移相控制器和移相器。
2.根据权利要求1所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，包括放大器，所述放大器和移相器数目相同，一个移相器和一个放大器数目构成一个射频集成模块。
3.根据权利要求2所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，包括的天线阵列为平面天线阵列。
4.根据权利要求3所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，每一个接收阵元接收的信号经过射频集成模块的放大和移相后，由对应的发射阵元发射出去。
5.根据权利要求4所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，所有的移相器由一个移相控制器同步控制。
6.根据权利要求4所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，连接每一组收发天线阵元的传输线总长度相同。
7.根据权利要求2所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，包括的天线阵列包括接收天线阵和发射天线阵，并且两个天线阵之间满足相位共轭关系。
8.根据权利要求7所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，接收天线阵和发射天线阵为相同天线阵。
9.根据权利要求8所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，连接每一组收发天线阵元的传输线总长度相同。
10.根据权利要求9所述的具有回波增强和相移调制功能的逆向反射器，其特征在于，控制信号的切换频率和时序均在移相控制器中设置。
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