CN114629511B - 一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，该方法包括获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号；对所述接收电路上接收的信息进行检波；将检波信号与参考信号进行比较，如果检波信号的强度小于参考信号的强度，则正常进行通路的放大；如果检波信号的强度大于参考信号的强度，则获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号；反相信号汇入接收电路的接收信号中，形成混合信号，混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频抵消干扰信号，剩下有用的信号。解决目前同时同频收发存在同频干扰的问题。

Description

一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法

技术领域

本发明属于相控阵天线技术领域，具体涉及一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法。

背景技术

目前的相控阵雷达天线大多采用分时切换的架构，发射时候不接收，接收时候不发射。在通讯领域相控阵天线实现同时收发主要采用发射阵面和接收阵面分置，或者采用TDD通讯模式，无法实现同频同时收发。随着技术的发展，综合射频的需求已经愈发急迫，侦探干通一体化已经是相控阵天线的发展重点。

如图1和图2所示，传统的雷达相控阵天线，主要采用TR分时工作，TR组件是收发组件，T/R是Transmitter and Receiver的缩写。T/R组件通常意义下是指一个无线收发系统中视频与天线之间的部分。T/R组件一端接天线，一端接中频处理单元就构成一个无线收发系统。其功能就是对信号进行放大、移相器、衰减器。T/R组件一般包括收发两个支路，单元电路包括限幅器、低噪声放大器、功率放大器、驱动放大器、控制开关、移相器、衰减器等。当天线处于发射状态时，根据来自数据处理终端分机的射频频信号以及终端传来的方位角、俯仰角、频率等信息，设置TR组件的发射状态和数字移相器数码等相关参数，在有源相控阵天线中完成功率分配、移相，依次经过驱动放大器、功率放大器进行功率放大后，通过环形器送达天线阵面，实现空间功率的合成，使有源相控阵天线的辐射方向指向目标方向。当天线处于接收状态时，根据终端传过来的方位角、俯仰角、频率等信息，设置TR开关状态和数字移相器控制码等参数，同时接收的RF信号经天线阵面后依次通过环形器、限幅器、低噪声放大器，经过控制开关，通过各自的TR组件放大并经过移相器、衰减器，然后完成信号合成，输出至终端分机中，最终完成终端信号/信息处理。

随着技术的发展，同时收发已经成为很多应用场合的应用需求。为了抑制同频干扰问题，收发天线大多采用分置的架构，即发射阵和接收阵分置，且频段区分较大。

同时同频收发的困难主要是解决同频干扰问题，图1、图2所示的传统技术中，射频前端采用环行器的方案，由于在毫米波频段隔离度不够，会产生发射信号泄露，形成干扰信号到接收电路上，而且，由于此信号在通带内部无法通过滤波器滤除，导致接收低噪声放大器提前饱和，影响后端接收性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，解决目前同时同频收发存在同频干扰，其射频前端采用环行器的方案，由于在毫米波频段隔离度不够，会产生发射信号泄露，形成干扰信号到接收电路上，而且，由于此信号在通带内部无法通过滤波器滤除，导致接收电路上的低噪声放大器提前饱和，影响后端接收性能的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，基于同频收发一体化的相控阵天线实现，所述同频收发一体化的相控阵天线包括多个收发天线单元，所述收发天线单元包括接收电路和发射电路，所述接收电路与馈电网络的接收端电连接，所述发射电路与所述馈电网络的发射端电连接，所述接收电路和发射电路都电连接在同一环行器上，所述环行器电连接天线，

获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号；

对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号；

将检波信号与所述参考信号进行比较，如果检波信号的强度小于所述参考信号的强度，则正常进行通路的放大；

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号；

将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，汇入接收电路的接收信号中，形成混合信号，然后将混合信号传给第二混频器；

所述第二混频器也接收所述发射信号的同源信号，由此，第二混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，混频过程中抵消干扰信号，剩下接收信号中有用的信号依次进入移相和衰减链路，然后经馈电网络依次进入波控单元和基带处理。

根据上述技术，通过将发射耦合信息衰减成设定的参考信号，对所述接收电路上接收的信息进行检波，将参考信号作为检波信号中干扰信号的评定，如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则证明外部泄露情况比较严重，则进行去干扰信号的处理，实现了干扰信号的鉴定；由于干扰信号是发射信号泄露到接收电路中的信号，因此，采用获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号，将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，汇入接收电路的接收信号中，采用混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，混频过程中从而抵消干扰信号，解决目前同时同频收发存在同频干扰，其射频前端采用环行器的方案，由于在毫米波频段隔离度不够，会产生发射信号泄露，形成干扰信号到接收电路上，而且，由于此信号在通带内部无法通过滤波器滤除，导致接收电路上的低噪声放大器提前饱和，影响后端接收性能的问题。

在一种可能的设计中，获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号的方法是：

在所述发射电路信号输出端电连接定向耦合器，所述定向耦合器电连接可调衰减器和所述环行器，所述定向耦合器用于获取发射电路上的发射耦合信息，并将发射耦合信息传给所述可调衰减器，所述可调衰减器将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号。

在一种可能的设计中，对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号的方法是：

所述接收电路包括与所述环行器电连接的限幅器，所述限幅器电连接所述低噪声放大器的信息输入端，所述低噪声放大器的信息输出端电连接检波器和所述第二混频器，所述检波器用于对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号。

在一种可能的设计中，将检波信号与所述参考信号进行比较的方法是：

将所述检波信号与所述参考信号传给比较器；所述比较器用于将检波信号与所述参考信号进行比较。

在一种可能的设计中，获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号的方法是：

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，并将比较结果发给FPGA电路，FPGA电路接收比较结果后发出数字控制信号给数模转换器，数模转换器接收所述数字控制信号后将所述数字控制信号转换成模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传给矢量调制器，矢量调制器接收所述模拟控制信号，并从本振源电路中获取发射信号的同源信号，获取后，经过矢量调制器根据所述模拟控制信号对所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相后，形成与干扰信号等幅的反相信号。利用FPGA高速的控制电路，可以实时回环结果，极大的提高工作效率，采用矢量调制器进行调幅和调相，具有幅度和相位一体化调谐的效果，且采用数模转换器与矢量调制器接结合，具有可调范围大精度高的特点。

在一种可能的设计中，所述第二混频器也接收所述发射信号的同源信号的方法是：

所述数模转换器接收控制信号后从本振源电路中获取发射信号的同源信号时，本振源电路通过功分网络传给所述第二混频器。

在一种可能的设计中，多个所述收发天线单元通过功分网络连接至同一本振源电路。

在一种可能的设计中，所述矢量调制器和可调衰减器均通过SPI信号与波控单元相连。

有益效果：

1、本发明提供的一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，通过将发射耦合信息衰减成设定的参考信号，对所述接收电路上接收的信息进行检波，将参考信号作为检波信号中干扰信号的评定，如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则证明外部泄露情况比较严重，则进行去干扰信号的处理，实现了干扰信号的鉴定；由于干扰信号是发射信号泄露到接收电路中的信号，因此，采用获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号，将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，汇入接收电路的接收信号中，采用混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，混频过程中从而抵消干扰信号，解决目前同时同频收发存在同频干扰，其射频前端采用环行器的方案，由于在毫米波频段隔离度不够，会产生发射信号泄露，形成干扰信号到接收电路上，而且，由于此信号在通带内部无法通过滤波器滤除，导致接收电路上的低噪声放大器提前饱和，影响后端接收性能的问题；

2、本发明提供的一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，采用矢量调制器进行调幅和调相，具有幅度和相位一体化调谐的效果，且采用数模转换器与矢量调制器接结合，具有可调范围大精度高的特点；

3、本发明提供的一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，采用动态载波抵消方法抑制发射通道泄露到接收通道，利用矢量调制器和数模转换器一体化调谐，达到优异的抑制效果，从而实现收发同频同时工作可以实现同时同频相控阵天线收发，减少单元天线的数量，利于系统后续集成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有相控阵天线的模块连接示意图

图2为现有相控阵天线的收发天线单元电路器件连接示意图；

图3为本发明提供的一种同频收发一体化的相控阵天线中模块连接示意图；

图4为本发明提供的一种同频收发一体化的相控阵天线中收发天线单元的电路器件连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

本发明第一方面提供的所述同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，基于同频收发一体化的相控阵天线实现，所述同频收发一体化的相控阵天线包括多个收发天线单元，所述收发天线单元包括接收电路和发射电路，所述接收电路与馈电网络的接收端电连接，所述发射电路与所述馈电网络的发射端电连接，如图4所示，所述发射电路包括依次连接的第一衰减器13、第一移相器12、第一混频器11、驱动放大器10、功率放大器9、定向耦合器8，定向耦合器8与环形器7连接然后到天线；接收端，从天线层面，经过环形器7到所述接收电路，接收电路包括依次连接的限幅器1、低噪声放大器2、第二混频器3、第二移相器4、第二衰减器5，然后到达馈电网络以及波控电路，所述接收电路和发射电路都电连接在同一环行器7上，所述环行器7电连接天线，

获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号；

对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号；

将检波信号与所述参考信号进行比较，如果检波信号的强度小于所述参考信号的强度，则正常进行通路的放大；

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号；

将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，汇入接收电路的接收信号中，形成混合信号，然后将混合信号传给第二混频器；

所述第二混频器也接收所述发射信号的同源信号，由此，第二混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，混频过程中抵消干扰信号，剩下有用的信号依次进入移相和衰减链路，然后经馈电网络依次进入波控单元和基带处理。

如图3、图4所示，图3中画出了两个收发天线单元与馈电网络端连接的示意图，具体实施时，收发天线单元具有多个，多个收发天线单元其共用一个本震电路，通过功分网络器进行连接，在一种可能的实施方式中，获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号的方法是：

在所述发射电路信号输出端电连接定向耦合器8，所述定向耦合器8电连接可调衰减器14和所述环行器7，所述定向耦合器8用于获取发射电路上的发射耦合信息，并将发射耦合信息传给所述可调衰减器14，所述可调衰减器14将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号，具体示例如图4所示。

在一种可能的实施方式中，对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号的方法是：

所述接收电路包括与所述环行器7电连接的限幅器1，所述限幅器1电连接所述低噪声放大器2的信息输入端，所述低噪声放大器2的信息输出端电连接检波器U1和所述第二混频器3，所述检波器U1用于对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号。

在一种可能的实施方式中，将检波信号与所述参考信号进行比较的方法是：

将所述检波信号与所述参考信号传给比较器U2；具体的，在所述发射电路信号输出端电连接定向耦合器8，所述定向耦合器电连接可调衰减器14和所述环行器7，所述可调衰减器14电连接比较器U2，所述定向耦合器8用于获取发射电路上的发射耦合信息，并将发射耦合信息传给所述可调衰减器，所述可调衰减器将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号并将参考信号传给比较器，所述比较器用于将检波信号与所述参考信号进行比较。

在一种可能的实施方式中，获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号的方法是：

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，并将比较结果发给波控电源中的FPGA（Field Programmable Gate Array）电路，FPGA电路接收比较结果后发出数字控制信号给数模转换器DAC，如图4所示，数模转换器接收所述数字控制信号后将所述数字控制信号转换成模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传给矢量调制器VM，矢量调制器VM经过第二低噪声放大器6后传给接收电路的第一低噪声放大器2；矢量调制器VM接收所述模拟控制信号，并从本振源电路中获取发射信号的同源信号，获取后，经过矢量调制器根据所述模拟控制信号对所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相后，形成与干扰信号等幅的反相信号到接收电路中。采用动态载波抵消方法抑制发射通道泄露到接收通道，利用矢量调制器和数模转换器一体化调谐，达到优异的抑制效果，从而实现收发同频同时工作可以实现同时同频相控阵天线收发，减少单元天线的数量，利于系统后续集成。

具体的，所述第一混频器11和第二混频器3也接收所述发射信号的同源信号，所述数模转换器DAC接收控制信号后从本振源电路中获取发射信号的同源信号时，本振源电路通过功分网络器传给各收发天线单元，收发天线单元经过功分器U3传给所述第一混频器11、第二混频器3和数模转换器DAC。

具体的，所述矢量调制器和可调衰减器均通过SPI信号与波控单元相连（图中未示出）；按照检波的幅值和相位值进行调整，从而达到很好的抵消效果。本方案采用矢量调制器的方案具有幅度和相位一体化调谐的效果，且采用DAC方案，具有可调范围大精度高的特点。

综上，本实施例提供的一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，通过将发射耦合信息衰减成设定的参考信号，对所述接收电路上接收的信息进行检波，将参考信号作为检波信号中干扰信号的评定，如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则证明外部泄露情况比较严重，则进行去干扰信号的处理，实现了干扰信号的鉴定；由于干扰信号是发射信号泄露到接收电路中的信号，因此，采用获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号，将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，汇入接收电路的接收信号中，采用混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，混频过程中从而抵消干扰信号，解决目前同时同频收发存在同频干扰，其射频前端采用环行器的方案，由于在毫米波频段隔离度不够，会产生发射信号泄露，形成干扰信号到接收电路上，而且，由于此信号在通带内部无法通过滤波器滤除，导致接收电路上的低噪声放大器提前饱和，影响后端接收性能的问题。

最后应说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，基于同频收发一体化的相控阵天线实现，所述同频收发一体化的相控阵天线包括多个收发天线单元，所述收发天线单元包括接收电路和发射电路，所述接收电路与馈电网络的接收端电连接，所述发射电路与所述馈电网络的发射端电连接，所述接收电路和发射电路都电连接在同一环行器上，所述环行器电连接天线，其特征在于，信号处理方法如下：

获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号；

对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号；

将检波信号与所述参考信号进行比较，如果检波信号的强度小于所述参考信号的强度，则正常进行通路的放大；

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，则获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号；

将所述反相信号传给所述接收电路的低噪声放大器，反相信号进入所述低噪声放大器后进行放大，并将放大后的信号汇入接收电路的接收信号中，形成混合信号，然后将混合信号传给接收电路中的第二混频器；

所述第二混频器也接收所述发射信号的同源信号，由此，第二混频器对所述混合信号和发射信号的同源信号进行混频，从而混频过程中抵消干扰信号，得到有用的信号依次进入移相和衰减链路，然后经馈电网络依次进入波控单元和基带处理；

获取发射信号的同源信号，然后将所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相，形成与干扰信号等幅的反相信号的方法是：

如果检波信号的强度大于所述参考信号的强度，并将比较结果发给FPGA电路，FPGA电路接收比较结果后发出数字控制信号给数模转换器，数模转换器接收所述数字控制信号后将所述数字控制信号转换成模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传给矢量调制器，矢量调制器接收所述模拟控制信号，并从本振源电路中获取发射信号的同源信号，获取后，经过矢量调制器根据所述模拟控制信号对所述同源信号按照检波信号的幅值和相位值进行调幅和调相后，形成与干扰信号等幅的反相信号。

2.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，获取所述发射电路上的发射耦合信息，并将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号的方法是：

在所述发射电路的信号输出端电连接有定向耦合器，所述定向耦合器电连接有可调衰减器和所述环行器，所述定向耦合器用于获取发射电路上的发射耦合信息，并将发射耦合信息传给所述可调衰减器，所述可调衰减器将所述发射耦合信息衰减成设定的参考信号。

3.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号的方法是：

所述接收电路包括与所述环行器电连接的限幅器，所述限幅器电连接所述低噪声放大器的信息输入端，所述低噪声放大器的信息输出端电连接检波器和所述第二混频器，所述检波器用于对所述接收电路上接收的信息进行检波，得到检波信号。

4.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，将检波信号与所述参考信号进行比较的方法是：

将所述检波信号与所述参考信号传给比较器；所述比较器用于将检波信号与所述参考信号进行比较。

5.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，所述第二混频器也接收所述发射信号的同源信号的方法是：

所述数模转换器接收控制信号后从本振源电路中获取发射信号的同源信号时，本振源电路通过功分网络传给所述第二混频器。

6.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，多个所述收发天线单元通过功分网络连接至同一本振源电路。

7.根据权利要求1所述的同频收发一体化的相控阵天线的信号处理方法，其特征在于，所述矢量调制器和可调衰减器均通过SPI总线与所述波控单元相连。

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