CN113259048B - 一种x波段大功率压制性干扰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X波段大功率压制性干扰装置，它包括X波段大功率装置，所述X波段大功率装置包括全数字中频信号发生器单元、变频及信号调理单元、小信号功率放大单元、大信号空间功率合成单元和大信号输出单元；本发明的优点在于：通过采用超外差结构将干扰拦截信号输出频率搬移到常用的军用频段，即X波段输出，然后通过引入高可靠高效率的微波空间功率合成方法，实现了在该频率下输出峰值功率大于500W信号合成，能够有效应对该频段下飞行器的威胁。且采用压制性干扰方式，极大简化了设备复杂性，节约了开发成本，缩短了产品上市周期。

Description

一种X波段大功率压制性干扰装置
技术领域
本发明涉及通信干扰技术领域，尤其涉及一种X波段大功率压制性干扰装置。
背景技术
随着现代科学技术发展，各种新式先进武器层出不穷，这对防空要求也带来了极大地挑战；传统防空武器采用雷达制导加导弹动能碰撞等方式对低空目标进行拦截，此方案的不足在于一枚拦截弹成本很高，动辄几百万甚至上千万，还不包括随动的外部其他配合设备；而通信干扰是一种成本很低的电子拦截方式，其是一种通过运用无线电干扰设备发射适当的干扰电磁波，破和扰乱敌方无线电通信的通信对抗技术。但是目前常见采用通信干扰方式的大功率干扰设备，其拦截频率有限，只能对2/3/4/5G等民用频段设备进行拦截，不能有效拦截军用频段飞行器，且其输出功率有限，一般不超过100W，拦截距离不能满足防空需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种X波段大功率压制性干扰装置，解决了现有大功率干扰设备存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种X波段大功率压制性干扰装置，它包括X波段大功率装置，所述X波段大功率装置包括全数字中频信号发生器单元、变频及信号调理单元、小信号功率放大单元、大信号空间功率合成单元和大信号输出单元；
所述全数字中频信号发生器单元根据解析的参数进行全数字信号发生器配置，输出中频信号到所述变频及信号调理单元；
所述变频及信号调理单元对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率，输出射频信号到所述小信号功率放大单元；
所述小信号功率放大单元对输入的射频信号进行信号功率调整后得到小功率信号，并通过两级小信号放大输出中功率信号到所述大信号空间功率合成单元；
所述大信号空间功率合成单元将输入的中功率信号依次经过分路、合成以及多级波导空间合成后输出大功率合成信号到所述大信号输出单元；
所述大信号输出单元将信号分成两路，主路信号经过处理后输出大功率的X波段拦截干扰信号。
所述全数字中频信号发生器单元包括FPGA控制模块、全数字信号发生器和第一固定衰减器；所述FPGA控制模块的输出端与所述全数字信号发生器的输入端连接，所述全数字信号发生器的输出端与所述第一固定衰减器的输入端连接，所述第一固定衰减器的输出端与所述变频及信号调理单元连接。
所述变频及信号调理单元包括中频带通滤波器、第一中频放大器、双平衡混频器和本振固定衰减器；所述中频带通滤波器、第一中频放大器和双平衡混频器依次连接，实现对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率；所述本振固定衰减器的输出端与所述双平衡混频器的输入端连接，双平衡混频器的输出端与所述小信号功率放大单元连接。
所述小信号功率放大单元包括依次连接的第二固定衰减器、温度补偿衰减器、X波段带通滤波器、数字衰减器、第一小信号放大器和第二小信号放大器，所述第二小信号放大器连接所述大信号空间功率合成单元；信号经过第二固定衰减器、温度补偿衰减器和X波段带通滤波器后进入数字衰减器对信号功率进行调整，输出期望大小的信号功率作为小信号输出，然后再通过两级小信号放大器输出中功率信号。
所述大信号空间功率合成单元包括依次连接的大信号放大器、电桥分路合成模块和波导空间合成模块，波导空间合成模块与所述大信号输出单元连接；中功率信号通过大信号放大器之后进入电桥分路合成模块将信号分为两路幅度一致，相位相差90°的信号输出，然后进行放大后再对两路信号进行合成输入到波导空间合成模块进行多级波导空间合成后输出需要的大功率合成信号。
所述电桥分路合成模块包括第一LANGER电桥、第一功放、第二功放和第二LANGER电桥；所述大信号放大器的输出端与所述第一LANGER电桥的输入端连接，第一LANGER电桥的输出端与第一功放和第二功放的输入端连接，第一功放和第二功放的输出端与第二LANGER电桥连接。
所述波导空间合成模块包括第一波导空间合成器、第三功放、第四功放和第二波导空间合成器；所述第二LANGER电桥的输出端与第一波导空间合成器的输入端连接，第一波导空间合成器的输出端与第三功放和第四功放的输入端连接，第三功放和第四功放的输出端与第二波导空间合成器的输入端连接。
所述大信号输出单元包括依次连接的大功率耦合器、大功率环形器和波导口；大功率耦合器将输入的大功率合成信号分成两路，主信号依次通过大功率环形器和波导口输出X波段拦截干扰信号。
还包括时钟以及本振信号产生单元；所述时钟以及本振信号产生单元包括依次连接的恒温晶振、低通滤波器和功分器；所述功分器分为两路，每路依次连接有锁相环、本振放大器和本振滤波器，两路产生的本振信号分别连接所述全数字中频信号发生器单元和所述变频及信号调理单元。
还包括信号管理单元；所述信号管理单元包括依次连接的信号监测模块和时序管理模块；所述大信号输出单元产生的辅信号进入所述信号监测模块通过检波、放大、比较处理实时监测系统的参数，然后传输给所述时序管理模块根据所述信号监测模块提供的参数控制工作时序。
本发明具有以下优点：一种X波段大功率压制性干扰装置，通过采用超外差结构将干扰拦截信号输出频率搬移到常用的军用频段，即X波段输出，然后通过引入高可靠高效率的微波空间功率合成方法，实现了在该频率下输出峰值功率大于500W信号合成，能够有效应对该频段下飞行器的威胁。且采用压制性干扰方式，极大简化了设备复杂性，节约了开发成本，缩短了产品上市周期。
附图说明
图1 为本发明的电路原理示意图；
图2 为本发明监测管理时序图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
通信干扰是一种电子对抗行为， 通过削弱对方电子系统的通信能力， 从而使其通信系统无法使用。通信干扰系统通过产生与对方有效信号相关联的干扰信号，干涉对方各个阶段的通信过程，进而导致对方的通信系统里各种通信设备的通信能力降低甚至令其完全失效。通信干扰可分为欺骗性干扰和压制性干扰。其中欺骗性干扰指干扰方事先了解对方有用信号的特点并模拟对方的信息传递方式，再使其接收设备收到我方的干扰信号，里面包含了有实际意义的虚假信息，从而导致接收设备产生不正确的响应，达到最终欺骗的效果。而压制性干扰虽然不能使对方接收机产生特定的响应，但是却可以让对方获得的有用信息量减少，使得对方通信能力急剧降低，最终导致通信失败。
在自由空间传播模式下，战术拦截设备有效干扰辐射功率公式表示为：
ERP j =K j *ERP s *r2/LaLb
式中，ERP j 表示干扰发射机有效辐射功率，ERP s 表示通信发射机有效辐射功率，La和Lb分别表示天线极化损耗和宽带匹配损耗，K j 表示干扰压制系数，r表示干通比。通过上式可以计算出不同设备所需要的干扰发射功率。
如图1 所示，本发明涉及一种X波段大功率压制性干扰装置，它电源部分、散热部分、X波段500W大功率装置、中控系统、天线单元、转台等；本发明根据系统需求设置相应传输模式、拦截频率、带宽、干扰压制系数、拦截距离等参数，然后再根据上述公式计算拦截设备所需要的拦截输出功率，接着将相应设置参数传输给X波段500W大功率装置部分进行参数解析，并控制功放输出相应要求拦截信号，同时可以通过转台转动对特定空域进行扫描和定向拦截干扰。
进一步地，X波段500W大功率装置包括全数字中频信号发生器单元、变频及信号调理单元、小信号功率放大单元、大信号空间功率合成单元和大信号输出单元；
所述全数字中频信号发生器单元根据解析的参数进行全数字信号发生器配置，输出中频信号到所述变频及信号调理单元；
所述变频及信号调理单元对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率，输出射频信号到所述小信号功率放大单元；
所述小信号功率放大单元对输入的射频信号进行信号功率调整后得到小功率信号，并通过两级小信号放大输出中功率信号到所述大信号空间功率合成单元；
所述大信号空间功率合成单元将输入的中功率信号依次经过分路、合成以及多级波导空间合成后输出大功率合成信号到所述大信号输出单元；
所述大信号输出单元将信号分成两路，主路信号经过处理后输出大功率的X波段拦截干扰信号。
其中，全数字中频信号发生器单元包括FPGA控制模块、全数字信号发生器和第一固定衰减器；所述FPGA控制模块的输出端与所述全数字信号发生器的输入端连接，所述全数字信号发生器的输出端与所述第一固定衰减器的输入端连接，所述第一固定衰减器的输出端与所述变频及信号调理单元连接。
变频及信号调理单元包括中频带通滤波器、第一中频放大器、双平衡混频器和本振固定衰减器；所述中频带通滤波器、第一中频放大器和双平衡混频器依次连接，实现对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率；所述本振固定衰减器的输出端与所述双平衡混频器的输入端连接，双平衡混频器的输出端与所述小信号功率放大单元连接。
所述小信号功率放大单元包括依次连接的第二固定衰减器、温度补偿衰减器、X波段带通滤波器、数字衰减器（数字式步进可变衰减器）、第一小信号放大器和第二小信号放大器，所述第二小信号放大器连接所述大信号空间功率合成单元；信号经过第二固定衰减器、温度补偿衰减器和X波段带通滤波器后进入数字衰减器对信号功率进行调整，输出期望大小的信号功率作为小信号输出，然后再通过两级小信号放大器输出中功率信号。
FPGA控制单元根据解析的参数进行全数字信号发生器配置，输出相应中频信号拦截频率和功率，该单元包括FLASH存储器、WLAN网络接口以及RS485/422接口，便于系统二次开发以及与外部进行高速通信等。输出中频信号依次经过第一固定衰减器、中频带通滤波器、中频放大器对信号进行滤波和放大之后进入双平衡混频器，该器件通过频谱搬移将较低频率搬移到X波段频率输出，输出信号为射频信号，该信号经过第二固定衰减器、温度补偿衰减器、X波段带通滤波器后进入数字式步进可变衰减器（DSA）对信号功率进行相应调整，输出期望大小信号功率。该信号为小信号输出，然后通过两级小信号放大器放大输出中功率信号。
其中，大信号空间功率合成单元包括依次连接的大信号放大器、电桥分路合成模块和波导空间合成模块，波导空间合成模块与所述大信号输出单元连接；中功率信号通过大信号放大器之后进入电桥分路合成模块将信号分为两路幅度一致，相位相差90°的信号输出，然后进行放大后再对两路信号进行合成输入到波导空间合成模块进行多级波导空间合成后输出需要的大功率合成信号。
进一步地，电桥分路合成模块包括第一LANGER电桥、第一功放、第二功放和第二LANGER电桥；所述大信号放大器的输出端与所述第一LANGER电桥的输入端连接，第一LANGER电桥的输出端与第一功放和第二功放的输入端连接，第一功放和第二功放的输出端与第二LANGER电桥连接。
进一步地，波导空间合成模块包括第一波导空间合成器、第三功放、第四功放和第二波导空间合成器；所述第二LANGER电桥的输出端与第一波导空间合成器的输入端连接，第一波导空间合成器的输出端与第三功放和第四功放的输入端连接，第三功放和第四功放的输出端与第二波导空间合成器的输入端连接。
中功率信号通过大信号放大器之后进入第一LANGER电桥，将信号分为两路幅度一致，相位相差90°的两路信号输出，两路信号分别经过第一功放和第二功放之后对信号进一步放大后，再通过第二LANGER电桥对信号进行合成，接着电桥输出信号通过第一波导空间合成器继续将信号分成两路输出，输出信号通过功放后进一步放大，然后再经过第二波导空间合成器进行空间合成，如此连续进行多级波导空间合成之后，最终输出需要的大功率合成信号，采用如此方法可以保证较高的合成效率，且采用波导方式其合成损耗小，能够耐大功率。
其中，空间功率合成/准光学功率合成技术指的是通过将多个（路）功率辐射信号按照特定的相位合成规律，在特定空间中完成功率信号的矢量叠加，然后将矢量叠加后的功率信号经由相应的传输线或者由相应的天线接收实现单路大功率信号输出， 进而实现多路功率信号合成输出的目的。空间功率合成/准光学功率合成技术由于具有功率容量大、合成效率高及合成结构紧凑等方面的优势，能够实现更高功率的固态毫米波合成信号输出。
本发明采用空间功率合成技术，以国产GaN芯片为合成基础，其单片最大输出功率大于39W，在此基础上通过多级空间合成最终输出峰值功率大于500W的微波高功率信号。其合成功率过程为，采用两片输出功率大于39W芯片合成输出功率大于70W信号，然后再通过两路70W信号合成输出功率135W信号，接着再通过两路135W信号，合成输出信号功率大于260W信号，最后通过两路260W信号合成一路输出功率大于500W信号。
其中，大信号输出单元包括依次连接的大功率耦合器、大功率环形器和波导口（WR-90标准波导口）；大功率耦合器将输入的大功率合成信号分成两路，主信号依次通过大功率环形器和波导口输出X波段拦截干扰信号。
合成后的信号通过大功率耦合器后，一路输出主信号，另外一路辅信号进入监测模块。主信号依次通过大功率环形器和WR-90标准波导口后输出最大功率500W的X波段拦截干扰信号，采用标准波导口输出优点包括耐受大功率、方便后面与天线单元连接、输出损坏小等。
进一步地，X波段500W大功率装置还包括时钟以及本振信号产生单元；所述时钟以及本振信号产生单元包括依次连接的恒温晶振、低通滤波器和功分器；所述功分器分为两路，每路依次连接有锁相环、本振放大器和本振滤波器，两路产生的本振信号分别连接所述全数字中频信号发生器单元和所述变频及信号调理单元。
时钟以及本振信号产生单元主要用于产生双平衡混频器变频所需要的本振信号以及基带所需要的时钟信号，保证整个系统相参特性。
X波段500W大功率装置还包括信号管理单元；所述信号管理单元包括依次连接的信号监测模块和时序管理模块；进入信号监测模块的辅信号通过检波、放大、比较等处理能够实时监测系统的驻波、开路、短路、输出功率值以及系统温度等参数，实时传输给时序管理模块。时序管理模块能够根据信号监测单元提供的参数灵活控制系统工作时序，保证系统能够正常工作。
如图2所示，整个系统上电时序为先上负电，即节点1时序，然后再上正电，即节点2时序。系统断电时先断正电，即节点4时序，然后再断负电，即节点3时序。对于监测信号作为系统监测功能，当其为0低电平时，表示系统工作正常，当其为1高电平时，表示系统工作异常，当系统异常时，时序节点进行到5，对正压、负压依次断电，以此来保护系统不被损坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：它包括X波段大功率装置，所述X波段大功率装置包括全数字中频信号发生器单元、变频及信号调理单元、小信号功率放大单元、大信号空间功率合成单元和大信号输出单元；
所述全数字中频信号发生器单元解析参数进行全数字信号发生器配置，输出中频信号到所述变频及信号调理单元，其中参数包括传输模式、拦截频率、带宽、干扰压制系数和拦截距离；
所述变频及信号调理单元对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率，输出射频信号到所述小信号功率放大单元；
所述小信号功率放大单元对输入的射频信号进行信号功率调整后得到小功率信号，并通过两级小信号放大输出中功率信号到所述大信号空间功率合成单元；
所述大信号空间功率合成单元将输入的中功率信号依次经过分路、合成以及多级波导空间合成后输出大功率合成信号到所述大信号输出单元；
所述大信号输出单元将信号分成两路，主路信号经过处理后输出大功率的X波段的拦截干扰信号。
2.根据权利要求1所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述全数字中频信号发生器单元包括FPGA控制模块、全数字信号发生器和第一固定衰减器；所述FPGA控制模块的输出端与所述全数字信号发生器的输入端连接，所述全数字信号发生器的输出端与所述第一固定衰减器的输入端连接，所述第一固定衰减器的输出端与所述变频及信号调理单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述变频及信号调理单元包括中频带通滤波器、第一中频放大器、双平衡混频器和本振固定衰减器；所述中频带通滤波器、第一中频放大器和双平衡混频器依次连接，实现对输入的中频信号依次进行滤波和放大后通过频谱搬移将频率搬移到X波段频率；所述本振固定衰减器的输出端与所述双平衡混频器的输入端连接，双平衡混频器的输出端与所述小信号功率放大单元连接。
4.根据权利要求1所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述小信号功率放大单元包括依次连接的第二固定衰减器、温度补偿衰减器、X波段带通滤波器、数字衰减器、第一小信号放大器和第二小信号放大器，所述第二小信号放大器连接所述大信号空间功率合成单元；信号经过第二固定衰减器、温度补偿衰减器和X波段带通滤波器后进入数字衰减器对信号功率进行调整，输出期望大小的信号功率作为小信号输出，然后再通过两级小信号放大器输出中功率信号。
5.根据权利要求1所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述大信号空间功率合成单元包括依次连接的大信号放大器、电桥分路合成模块和波导空间合成模块，波导空间合成模块与所述大信号输出单元连接；中功率信号通过大信号放大器之后进入电桥分路合成模块将信号分为两路幅度一致，相位相差90°的信号输出，然后进行放大后再对两路信号进行合成输入到波导空间合成模块进行多级波导空间合成后输出需要的大功率合成信号。
6.根据权利要求5所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述电桥分路合成模块包括第一LANGER电桥、第一功放、第二功放和第二LANGER电桥；所述大信号放大器的输出端与所述第一LANGER电桥的输入端连接，第一LANGER电桥的输出端与第一功放和第二功放的输入端连接，第一功放和第二功放的输出端与第二LANGER电桥连接。
7.根据权利要求6所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述波导空间合成模块包括第一波导空间合成器、第三功放、第四功放和第二波导空间合成器；所述第二LANGER电桥的输出端与第一波导空间合成器的输入端连接，第一波导空间合成器的输出端与第三功放和第四功放的输入端连接，第三功放和第四功放的输出端与第二波导空间合成器的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：所述大信号输出单元包括依次连接的大功率耦合器、大功率环形器和波导口；大功率耦合器将输入的大功率合成信号分成两路，主信号依次通过大功率环形器和波导口输出X波段拦截干扰信号。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：还包括时钟以及本振信号产生单元；所述时钟以及本振信号产生单元包括依次连接的恒温晶振、低通滤波器和功分器；所述功分器分为两路，每路依次连接有锁相环、本振放大器和本振滤波器，两路产生的本振信号分别连接所述全数字中频信号发生器单元和所述变频及信号调理单元。
10.根据权利要求9所述的一种X波段大功率压制性干扰装置，其特征在于：还包括信号管理单元；所述信号管理单元包括依次连接的信号监测模块和时序管理模块；所述大信号输出单元产生的辅信号进入所述信号监测模块通过检波、放大、比较处理实时监测系统的参数，然后传输给所述时序管理模块根据所述信号监测模块提供的参数控制工作时序。
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