一种电磁信号时间反演变换的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种电磁信号时间反演变换的方法以及一种 基于漏波结构和Rotman透镜等微波无源器件进行电磁信号时间反演变换的系统。
【背景技术】
[0002] 时间反演技术自引入到电磁波领域以来，由于其可实现电磁信号的时间-空间同 步聚焦特性，已被广泛用于高分辨率目标探测和成像、高速无线通信等领域。时间反演电磁 应用系统中的关键部分是如何进行电磁信号的实时高效时间反演变换。基于数字信号处理 技术，通过AD采样处理后再进行DA转换的方法，实时性差，成本高，甚至无法完成。而基于 模拟信号处理技术则可以利用器件自身的物理特性实现信号的反演变换，具有高速、高效 和实时等特点，适用于处理高频（即时域窄脉冲）电磁信号。因此，采用模拟信号处理方法 进行电磁信号的时间反演变换，是构建实时高效时间反演电磁应用系统的关键环节。
[0003] 文献"Time reversal of broadband microwave signals(F. Coppinger ； A. S. Bhushan ;B. Jalali, Electronics Letters, 1999, 35 (15) : 1230-1232) " 基于色散补偿 原理，利用微波光子技术，通过啁啾器件实现对微波信号的时间反演变换。该方案具有高时 间-带宽积、高分辨率、带宽易拓展等优点，但是电光/光电转换器件和飞秒级锁模激光源 的成本高，色散光纤或布拉格光栅的体积较大，难以实现小型化和集成化的设计。
[0004] 文献"A full electronic system for the time magnification of ultra-wideband signals (J. D. Schwartz ；J. Azana ；D.V. Plant, IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, 2007, 55 (2) :327-334) "基于时域成像原理，提出了全电子技术的 电磁信号波形变换方法，通过实验可将时隙长度为〇. 6ns的波形拉伸，但是没有实现信号 波形的时间反演。
[0005] 文献"Realization of microwave wave signal time reversal based on time lens theory (S. Ding ；B. Z. Wang ；G. D. Ge ；D. Wang ；D. S. Zhao, Acta Physica Sini ca，2012, 61 (6) :064101-1-064101-6) "基于时间透镜原理，提出采用模拟信号处理技术实 现时间反演变换的方法。设计的系统由啁啾延迟器、乘法器和解调器组成，可对时隙长度为 I. 5ns的信号进行时间反演。由于啁啾延迟器不能提供良好的色散信道响应，而微波模拟信 号乘法器对啁啾信号的响应速度、响应灵敏度、相位畸变以及损耗等也直接影响反演波形 的保真度，因而这种变换方法的性能较差。
[0006] 在微波频段，采用模拟信号处理技术实现电磁信号波形时间反演变换的理论依据 是时域成像原理，主要方法有微波光子技术和全电子技术。微波光子技术需要相应的激光 器件，其成本高，体积大；全电子技术采用无源和有源器件相结合的方法，由于啁啾延迟器 的性能问题，反演效果难以达到要求。因此，如何克服上述缺点，实现电磁信号实时、高效、 高保真的进行时间反演变换，是微波工程目前面临的难点和富有挑战性的课题。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术和问题，本发明的目的在于提供一种电磁信号时间反演变换的新方 法以及一种基于漏波结构和Rotman透镜等微波无源器件进行高频电磁信号时间反演变换 的系统。通过合理设计Rotman透镜的结构并恰当选择输入输出端子数目，使之能够对待处 理的电磁信号进行实时的离散傅里叶变换；通过适当设计漏波结构装置，使之与Rotman透 镜良好兼容，高效提供被处理信号的各个分量，进而完成电磁信号在时间轴上的反转变换。
[0008] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009] 一种电磁信号时间反演变换的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0010] 步骤1、由天线接收的信号f(t)经过时域-空域转换，变为空域信号g(y);
[0011] 步骤2、空域信号g(y)进行一次傅里叶变换，变为谱域信号F(?);
[0012] 步骤3、谱域信号F(?)再进行一次傅里叶变换，变为空域信号g(-y);
[0013] 步骤4、空域信号g(_y)经过空域-时域转换，变为时域反演信号f (_t);
[0014] 经过上述四个步骤，所述方法完成对于信号f(t)的时间反演变换，变换结果可用 于时间反演电磁应用系统中。
[0015] 本发明还提供一种用于实现上述电磁信号时间反演变换方法的系统，具体如下所 述：
[0016] -种基于微波无源器件的时间反演变换系统，包括两个漏波结构装置、两个 Rotman透镜，其结构如图2所示。
[0017] 待处理的信号f(t)经过第一个漏波结构装置，由时域信号转换为空域信号g(y)， 然后进入第一个Rotman透镜，进行第一次傅里叶变换：
【主权项】
1. 一种电磁信号时间反演变换的方法，具体包括以下步骤： 步骤1、由天线接收的信号f(t)经过时域-空域转换，变为空域信号g(y); 步骤2、空域信号g(y)进行一次傅里叶变换，变为谱域信号F(?); 步骤3、谱域信号F(?)再进行一次傅里叶变换，变为空域信号g(_y); 步骤4、空域信号g(-y)经过空域-时域转换，变为时域反演信号f(-t); 经过上述四个步骤，所述方法完成对于信号f(t)的时间反演变换，变换后的信号f(_t)可用于时间反演电磁应用系统中。
2. -种用于电磁信号时间反演变换的系统，包括漏波结构装置（1)、Rotman透镜（2)、 Rotman透镜（3)和漏波结构装置（4);其特征在于，所述漏波结构装置（1)和漏波结构装 置（4)的结构相同，所述Rotman透镜（2)和Rotman透镜（3)的结构相同；漏波结构装置 (1)的输入端接收待变换的电磁信号，其另一端与Rotman透镜（2)的各个输入端子相连； Rotman透镜（2)的输出端子与Rotman透镜（3)的输入端子相连，Rotman透镜（3)的输出 端子与漏波结构装置（4)的输入端相连，漏波结构装置（4)的输出端输出时间反演变换后 的电磁信号； 输入信号通过第一个漏波结构装置后由时域信号变为空域信号，然后依次通过两个串 联的Rotman透镜完成两次离散傅里叶变换，从而实现信号波形的时间反演，最后通过第二 个漏波结构装置将空域信号恢复为时域信号。
3. 根据权利要求2所述的用于电磁信号时间反演变换的系统，其特征在于，所述漏波 结构装置（1)的输出端与Rotman透镜（2)的各个输入端子之间连接有高速微波开关。
4. 根据权利要求2所述的用于电磁信号时间反演变换的系统，其特征在于，所述 Rotman透镜（2、3)包括N个输入端子、N个相位调节结构、透镜主体、N个相位校准结构及 N个输出端子；所述透镜主体包括输入结构与输出结构；所述N个输入端子各自通过一个相 位调节结构与透镜主体的输入结构连接，所述N个输出端子各自通过一个相位校准结构与 透镜主体的输出结构连接。
5. 根据权利要求4所述的用于电磁信号时间反演变换的系统，其特征在于，所述相位 调节结构及相位校准结构均为微带线。
6. 根据权利要求5所述的用于电磁信号时间反演变换的系统，其特征在于，所述透镜 主体由均匀介质板上刻蚀微带线构成。
7. 根据权利要求4所述的用于电磁信号时间反演变换的系统，其特征在于，通过调整 所述Rotman透镜的输入和输出端子数量，可以调节离散傅里叶变换的精度。
【专利摘要】本发明公开一种电磁信号时间反演变换的方法及系统，涉及微波技术领域。所述时间反演变换系统包括两个漏波结构装置、两个Rotman透镜，采用两次傅里叶变换完成信号波形的时间反演，过程简便。所述时间反演系统采用微波无源器件完成，电路原理简单，结构紧凑，易于实现。所述Rotman透镜的输入和输出端子数量可以调整，适用于时域信号反演变换的不同精度要求。所述漏波结构装置可以实现时域信号到空域的转换，高速微波开关保证整个系统进行信号反演变换的准确性。本发明可实现微波信号高速、高效和实时的反演变换，可用于时间反演电磁应用系统中。
【IPC分类】G01V3-38
【公开号】CN104777519
【申请号】CN201510190295
【发明人】孙程光, 李家林, 王秉中
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月21日