一种极化非敏感三次谐波雷达系统及信号传输方法

1.本发明涉及雷达系统，特别涉及一种极化非敏感三次谐波雷达系统及信号传输方法。


背景技术：

2.在现有技术中，谐波雷达存在天线极化失配问题，亟需特殊电路结构满足极化非敏感谐波雷达系统。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本发明提出一种极化非敏感三次谐波雷达系统。
4.本发明提供如下技术方案：
5.一方面，本发明提出了一种极化非敏感三次谐波雷达系统，所述系统包括基站与终端；
6.所述基站包括振荡器(vco)、定向耦合器(coupler)、倍频器(multiplexer)、混频器(mixer)、低通滤波器(lpf)、双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)、双频双线极化天线(dlp)(包括垂直(tx_vp)、水平(tx_hp)极化端口)；
7.所述终端包括双频双线极化天线(dlp')、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)。
8.进一步地，所述双频双线极化天线(dlp)包括垂直极化端口(tx_vp)和水平极化端口(tx_hp)。
9.进一步地，所述振荡器(vco)输出端连接定向耦合器(coupler)输入端口；所述定向耦合器(coupler)输出端口连接双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)输入端口，定向耦合器(coupler)耦合端口连接倍频器(multiplexer)输入端口，倍频器(multiplexer)输出端口连接混频器(mixer)本振端口(lo)；混频器(mixer)射频端口(rf)连接双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)隔离端口(iso)，混频器(mixer)中频端口(if)连接低通滤波器(lpf)输入端口，低通滤波器(lpf)输出端口输出；双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)直通端口(dir)连接双频双线极化天线(dlp)水平极化端口(tx_hp)，双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)耦合端口(cou)连接双频双线极化天线(dlp)垂直(tx_vp)极化端口；
10.所述双频双线极化天线(dlp)水平极化端口(rx_hp)与垂直极化端口(rx_vp)连接第一(d1)、第二二极管(d2)，所述第一、第二二极管转化基波(ω0)信号至三次谐波(3ω0)信号。
11.进一步地，所述双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)的基频(ω0)与三次谐波频率(3ω0)耦合传输特性由散射参数矩阵表示，如公式(1，2)所示:
[0012][0013][0014]
进一步地，所述双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)的输入端口信号经双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)耦合传输至dir、cou端口，通过公式(1)计算获得dir端口、cou端口输出：
[0015][0016][0017]
进一步地，所述终端中双极化天线垂直、水平极化方向捕获vs信号，其中所述vs信号为正交耦合器端口in输入信号，自由空间传输系数为κ(d)，计算获得终端中双极化天线的垂直、水平极化方向信号，如公式(5，6)所示：
[0018][0019][0020]
进一步地，所述终端中双极化天线的垂直、水平极化端口处第一、第二二极管产生三次谐波，第一、第二二极管产生的三次谐波信号如公式(7)(8)所示：
[0021][0022][0023]
进一步地，将第一、第二二极管产生的三次谐波信号作为三次谐波信号再次输入终端中双极化天线垂直、水平极化方向，经自由空间传输至基站中双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)dir、cou端口：
[0024][0025][0026]
进一步地，将经过双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)进一步传输至in、iso端口计算：
[0027]
v'
in
＝0
ꢀꢀ
(11)
[0028][0029]
三次谐波完全传输至双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)iso端口。
[0030]
另一方面，本发明还提出了一种信号传输方法，其特征在于，所述方法包括：
[0031]
步骤201，基站中振荡器(vco)激励双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)输入端口(in)，经双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)传输至双频双线极化天线(dlp)垂直(tx_vp)、水平(tx_hp)极化端口，作为基波(ω0)激励信号；
[0032]
步骤202，终端中双频双线极化天线(dlp')垂直(rx_vp)、水平(rx_hp)极化端口接收源自雷达基站基波(ω0)信号，传输至第一、第二二极管，第一、第二二极管转化基波(ω0)信号为三次谐波(3ω0±
3δω)信号，作为双频双线极化天线(dlp')垂直(rx_vp)、水平(rx_hp)极化端口三次谐波(3ω0±
3δω)反馈信号；
[0033]
步骤203，所述基站中双频双线极化天线(dlp)垂直(tx_vp)、水平(tx_hp)极化端口接收源自终端的三次谐波(3ω0±
3δω)反馈信号，经双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)传输至隔离端口(iso)，经混频器(mixer)与低通滤波器(lpf)输出中频信号3δω。
[0034]
本发明公开一种极化非敏感三次谐波雷达系统，所述系统包括基站与终端，极化非敏感三次谐波雷达基站包括振荡器、定向耦合器、倍频器、混频器、低通滤波器、双频正交耦合器、双频双线极化天线；终端包括双频双线极化天线、二极管。本发明实现雷达基站与终端基波激励与三次谐波反馈极化非敏感，能够解决天线极化失配的技术问题，可广泛应用于航空航天、深海救援、户外探险救援以及可穿戴电子设备等领域。
附图说明
[0035]
附图1为极化非敏感三次谐波雷达系统示意图；
[0036]
附图2为发射与接收双线极化天线极化失配图；
具体实施方式
[0037]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
[0038]
实施例
[0039]
图1为极化非敏感三次谐波雷达系统示意图，其中终端即谐波标签。图2为发射与接收双线极化天线极化失配图，基站中双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)输入端口(即，端口in)输入信号vs。双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)的基频(ω0)与三次谐波频率(3ω0)耦合传输特性可由其散射参数矩阵(即，s参数)表示，如公式(1，2)所示。
[0040][0041][0042]
in端口信号经双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)耦合传输至dir、cou端口，通过公式(1)计算得公式(3，4)。
[0043][0044][0045]
终端中双极化天线垂直、水平极化方向捕获vs信号(vs信号为正交耦合器端口in输入信号)，自由空间传输(间距d)系数为κ(d)，计算得终端中双极化天线的垂直、水平极化方向信号，如公式(5，6)所示。
[0046][0047][0048]
终端中双极化天线的垂直、水平极化端口处二极管d1、d2产生三次谐波(泰勒展开，输入信号三次方产生三次谐波)，二极管d1、d2产生的三次谐波信号如公式(7，8)所示。
[0049][0050][0051]
公式(7，8)作为三次谐波信号再次输入终端中双极化天线垂直、水平极化方向，经自由空间传输至基站中双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)dir、cou端口(端口dir、cou信号分别对应基站中双极化天线的垂直、水平极化方向捕获信号)，如公式(9，10)所示。
[0052][0053][0054]
经过双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)进一步传输至in、iso端口，如公式(11，12)所示。
[0055]
v'
in
＝0
ꢀꢀ
(11)
[0056][0057]
三次谐波完全传输至双频(ω0、3ω0)正交耦合器(hybrid coupler)iso端口(隔离端口)，从而实现一种极化非敏感三次谐波雷达系统。
[0058]
本发明公开一种极化非敏感三次谐波雷达系统，所述系统包括基站与终端，极化非敏感三次谐波雷达基站包括振荡器、定向耦合器、倍频器、混频器、低通滤波器、双频正交耦合器、双频双线极化天线；终端包括双频双线极化天线、二极管(d1、d2)。本发明实现雷达基站与终端基波(ω0)激励与三次谐波(3ω0±
3δω)反馈极化非敏感，能够解决天线极化失配的技术问题，可广泛应用于航空航天等领域。
[0059]
上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本发明之后的修改中作为新的权利要求包括。
[0060]
在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据及从处理器接收数据。
[0061]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。