反向天线系统的制作方法

专利名称：反向天线系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及反向(retrodirective)天线系统及其应用。
背景技术：
对于反向天线系统存在多种应用，特别是能够检测对象、确定其位置、锁定对 象并跟随其移动、向/从对象发送/接收信息。目前的反向天线系统需要复杂的电子部 件(诸如滤波器)，尤其是在传输和接收频率相近的信号的情况下。此外，许多反向系统 需要在将被反向的信号的频率两倍的频率上运行的参考信号振荡器。这些都是困难的， 因此也比较昂贵。本发明试图提供反向动作，同时减少对这种滤波部件的需求，并去除 了参考信号振荡器在将被反向的信号的频率两倍的频率上运行的要求。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种反向天线系统，用于接收来自对象的入射 (incoming)信号，并将出射(outgoing)信号导回到对象，包括两个或多个收发单元，每一个均接收入射信号的一部分，产生相位共轭输出信 号，来自单元的输出信号组合形成被导回到对象的出射信号，其中，每个收发单元均包 括天线部件，检测入射信号的一部分，处理器，接收入射信号的一部分，并产生入射信号的一部分的第一和第二同侧 的边带(SB)信号，相移系统，包括第一相位元件，接收第一 SB信号，并输出具有第一相位的 SB信号；以及第二相位元件，接收第二 SB信号，并输出具有与第一相位相差1/4周期 的第二相位的SB信号， IQ调制器，包括I输入端口、Q输入端口和相位调节器，其在I输入端口上接收 具有第一相位的SB信号以及在Q输入端口上接收具有第二相位的SB信号，或者在Q输 入端口上接收具有第一相位的SB信号以及在I输入端口上接收具有第二相位的SB信号， 并且对SB信号进行相位调节，以产生与入射信号的一部分相位共轭的输出信号。第一和第二 SB信号可以为下边带(LSB)信号。相移系统可以输出具有第一相 位的LSB信号和具有与第一相位相差1/4周期的第二相位的LSB信号。IQ调制器可以 在Q输入端口上接收具有第一相位的LSB信号以及在I输入端口上接收具有第二相位的 LSB信号，并且对LSB信号进行相位调节，以产生与入射信号的一部分相位共轭的输出 信号。第一和第二 SB信号可以为上边带(USB)信号。相移系统可以输出具有第一相 位的USB信号和具有与第一相位相差1/4周期的第二相位的USB信号。IQ调制器可以 在I输入端口上接收具有第一相位的USB信号以及在Q输入端口上接收具有第二相位的 USB信号，并且对USB信号进行相位调节，以产生与入射信号的一部分相位共轭的输出信号。第一和第二 SB信号可以为LSB信号或USB信号。相移系统可以接收LSB信 号，并输出具有第一相位的LSB信号和具有与第一相位相差1/4周期的第二相位的LSB 信号。相移系统可以接收USB信号，并输出具有第一相位的USB信号和具有与第一相 位相差1/4周期的第二相位的USB信号。该系统可以包括切换机构。切换机构可接收 具有第一相位的LSB信号和具有第二相位的LSB信号，并将具有第一相位的LSB信号切 换到IQ调制器的Q输入端口，以及将具有第二相位的LSB信号切换到IQ调制器的I输 入端口。切换机构可接收具有第一相位的USB信号和具有第二相位的USB信号，并将 具有第一相位的USB信号切换到IQ调制器的I输入端口，以及将具有第二相位的USB信 号切换到IQ调制器的Q输入端口。 切换机构可包括第一输入端口、第二输入端口、第一开关、第二开关、第一输 出端口和第二输出端口。第一和第二开关可包括单刀单掷开关。第一和第二开关可包括 开关杆(switch lever)。第一和第二开关可用于使其开关杆接触第一开关触点或第二开关 触点。可使用经由控制线发送至开关的命令来实现对开关操作的控制。处理器可包括降频变换器/混频器单元。降频变换器/混频器单元可包括二极 管非线性元件。降频变换器/混频器单元可包括针对非线性操作偏压的晶体管元件。降 频变换器/混频器单元可包括降频变换器，其可将入射信号的一部分的频率从RF信号向 下变换为入射信号的IF部分。降频变换器可接收参考信号，并将参考信号的频率从RF 信号向下变换为IF参考信号。降频变换器/混频器单元可包括混频器，其可以接收IF参 考信号和入射信号的IF部分，并将其混频以产生混频信号。混频信号可包括LSB信号和 USB信号。混频器可包括双平衡混频器。处理器可包括边带信号滤波器。其可以包括运算放大器。运算放大器的通带可 以被控制，以使包含LSB信号的SB信号通过。运算放大器的通带可以被控制，以使包 含USB信号的SB信号通过。边带信号滤波器可接收混频信号，并且运算放大器的通带 可以被控制，以从混频信号中滤波出LSB信号或USB信号，并使混频信号的USB信号或 LSB信号通过。可通过改变运算放大器的反馈电容器的电容来对运算放大器的通带进行 电控制。处理器可包括跟踪锁相环路(PLL)电路。跟踪PLL电路可接收SB信号，并复 制SB信号以产生第一和第二同侧SB信号。跟踪PLL电路可接收LSB信号，并复制LSB 信号以产生第一和第二同侧LSB信号。跟踪PLL电路可接收USB信号，并复制USB信 号以产生第一和第二 USB信号。跟踪PLL电路可接收DC偏压信号。可以改变DC偏 压信号的幅度，以在SB信号的相位中引入改变，S卩，对SB信号进行相位调制。第一和第二相位元件可分别包括反馈放大器以及相关联的电阻器和电容器。第 一相位元件可包括负90度移相器，并且可以产生具有第一相位的SB信号，其与第一 SB 信号相比具有负90度的相移。第二相位元件可以动作以通过第二 SB信号而不改变其相 位，即，产生具有第二相位的SB信号，其与第二 SB信号相比具有0度的相移。具有第 一相位的SB信号和具有第二相位的SB信号为相位共轭信号。IQ调制器的相位调节器包括90度混合耦合器、第一混频器和第二混频器。IQ 调制器可进一步包括参考信号输入端口和输出端口。在参考信号输入端口上接收的参考信号可以被输入至90度混合耦合器。耦合器可产生被输入至第一混频器的第一信号和被 输入至第二混频器的第二信号。第一混频器可从耦合器接收第一信号以及从I输入端口 接收SB信号，并进行动作以混频这些信息并产生输出信号。第二混频器可从耦合器接收 第二信号以及从Q输入端口接收SB信号，并进行动作以混频这些信息并产生输出信号。 来自第一和第二混频器的输出信号可以被组合，并经由输出端口从IQ调制器输出。IQ调 制器的部件进行动作，以根据需要对SB信号进行相位调节，从而在输出端口产生输出信 号，其中输出信号与最初从包括IQ调制器的收发单元的天线部件接收到的入射信号的一 部分相位共轭。IQ调制器可以进 行动作，以将所接收的SB信号的频率从IF信号向上转换为RF 输出信号。IQ调制器可用于产生幅度调制的、相位共轭输出信号。I、Q位样式可以被应用 于第一和第二混频器，以将它们接通和断开，由此对它们的输出信号进行幅度调制。该系统可包括第一 LO PLL电路，其将参考信号输入至处理器。该系统可包括 第二 LO PLL电路，其将参考信号输入至IQ调制器。第一和第二 LO PLL电路可通过接 收公共的低频输入信号并使用它来产生它们的参考信号，从而进行相位同步。相移系统和IQ调制器的使用(以及需要时切换机构的使用)允许输出信号的产 生，其中该输出信号的频率非常接近于由收发单元接收的输入信号的频率。因此，反向 天线系统可使用窄带宽用于输入和输出信号。这样可以产生良好的信噪比，良好的热噪 声的“抵制”，低功率，并增加了第三方识别或干扰输入或输出信号的难度。出射信号可以是广角的连续波(CW)信号，具有射频(RF)范围内的频率。出 射信号可以是CW信号，或者可包括某种类型的调制。反向天线系统可包括四个收发单元。收发单元可以以线性阵列进行布置。收发 单元可以相对于彼此任意定位。在收发单元之间提供大于零的间隔。间隔可以为大约 0.3λ至大约0.8λ，其中，λ是由这些单元发射的信号的波长。根据本发明的第二方面，提供了一种接收来自对象的入射信号并将出射信号导 回到对象的方法，包括通过两个或多个收发单元的每一个接收入射信号的一部分，产生来自每个单元 的相位共轭输出信号，输出信号组合以形成被导回到对象的出射信号，其中，对于每个 收发单元收发元件的天线部件检测入射信号的一部分，收发元件的处理器接收入射信号的一部分，并产生入射信号的一部分的第一和 第二同侧的边带(SB)信号，收发单元的相移系统的第一相位元件接收第一 SB信号并输出具有第一相位的 SB信号，以及收发单元的相移系统的第二相位元件接收第二 SB信号并输出具有与第一 相位相差1/4周期的第二相位的SB信号，收发单元的IQ调制器的I输入端口接收具有第一相位的SB信号，以及收发单元 的IQ调制器的Q输入端口接收具有第二相位的SB信号，或者收发单元的IQ调制器的I 输入端口接收具有第二相位的SB信号，以及收发单元的IQ调制器的Q输入端口接收具 有第一相位的SB信号，并且收发单元的IQ调制器的相位调节器对SB信号进行相位调节，以产生与入射信号的一部分相位共轭的输出信号。


现在，将参照附图仅通过实例来描述本发明的实施例，其中图1是根据本发明的反向天线系统的示意图；图2是图1的一个收发单元的部件的示意图；图3是图2的收发单元的移相器的示意图；图4是图2的收发单元的切换机构的示意图；以及图5是图2的收发单元的IQ调制器的示意图。
具体实施例方式参照图1，反向天线系统1包括三个收发单元3。然而，应该理解，可以提供其 他数量的收发单元。原则上，仅需要两个收发单元用于天线系统的操作，尽管对于工作 系统来说，一般提供至少四个单元。在单元之间设置大约0.3 λ至大约0.8 λ的间隔(其 中，λ是由单元发射的信号的波长)。应该理解，可以使用其他单元间隔。原则上，对 于天线系统的操作，仅要求大于零的间隔。在本发明的天线系统的该实施例中，如图所 示，以线性阵列配置收发单元3。然而，应该理解，单元布局不需要是规则的，单元可以 相对于彼此任意定位。每个收发单元3均包括天线部件7。每个收发单元3都从其天线部件7输出输出 信号，输出信号组合形成输出信号11。输出信号11可以为广角、连续波(CW)信号，其 具有射频(RF)范围内的频率。输出信号11可接触位于对象13上，在信号11范围内。 对象13可将入射信号15散射回天线系统1。附加或可选地，对象13可以是主动的，并 且可以将入射信号15发射到天线系统1。入射信号15可以为CW信号，或者可包括某 种类型的调制。入射信号15是波阵面的形式，并且接触位于收发单元3的阵列上。每 个收发单元3的天线部件7都检测入射信号15的一部分。每个收发单元3都在与其他单 元不同的时间接收入射信号的一部分。这导致被每个收发单元3接收的入射信号的部分 均具有不同的相位Φ(1，在图1中示为ΦΙ、Φ2和Φ3。对于每个收发单元3，所接收 的入射信号的部分从天线部件7传输到单元的处理器等。这里，入射信号的每个部分均 被处理，并且产生输出信号，其具有与所接收的入射信号的部分相同但相反的相位。输 出信号被传输到单元3的天线部件7，并从中输出。输出信号组合形成进一步的输出信 号。由于每个输出信号都与入射信号的对应部分相位共轭，所以波干扰原则表明进一步 的出射信号将在一个方面上传播以使其被导回到对象13。因此，天线系统1用作反向天 线系统。现在，将参照图2至图5描述反向天线系统1的每个收发单元3的操作。如图 2所示，收发单元3包括处理器20、相移系统22、切换机构24、IQ调制器26、第一 LO PLL电路28和第二 LO PLL电路30。处理器20包括低噪放大器32、降频变换器/混频器单元34、边带信号滤波器36 和跟踪PLL电路38。低噪放大器32从收发单元3的天线部件7接收入射信号的一部分。放大器32放大入射信号的一部分，并将信号传到单元34。第一 LO PLL电路28产生被输出至单元 34的参考信号。第一 LO PLL电路28还将参考信号输出至收发单元3的天线部件7。因 此，在该实施例中，第一 LO PLL电路28还用作最初从反向天线系统1的每个收发单元3 的每个天线部件7输出的输出信号的源。降频变换器/混频器单元34包括传统的降频变换器和混频器。单元34可包括 二极管非线性元件或者针对非线性操作偏压的晶体管元件。在优选实施例中，单元34包 括双平衡混频器。这减少了 RF入射信号和IF输出信号之间的泄露以及RF参考信号和 降频变换的IF参考信号之间的泄露。单元34的降频变换器将入射信号的一部分的频率 从RF信号向下变换为IF出射信号。单元34的降频变换器还将参考信号的频率从RF信 号向下变换为IF参考信号。然后，混频器将IF参考信号与IF入射信号混频，以产生混 频信号。混频信号包括LSB信号和USB信号。包含两个边带信号的混频信号被输出至 边带信号滤波器36。边带信号滤波器36包括传统的运算放大器。运算放大器的通带可以被控制，以 从混频信号中滤波出LSB信号或USB信号，并使USB信号或LSB信号通过。可通过改 变运算放大器的反馈电容器的电容来对运算放大器的通带进行电控制。由此，边带信号 滤波器36向跟踪PLL电路38输出LSB信号或USB信号。

跟踪PLL电路38复制LSB信号或USB信号，并输出两个LSB信号或两个USB
信号。跟踪PLL电路38还可以接收DC偏压信号。可以改变该DC偏压信号的幅度， 以在LSB信号或USB信号的相位中引入改变，S卩，对LSB信号或USB信号进行相位调 制。因此，LSB信号或USB信号可以用于承载信息。边带信号滤波器36和跟踪PLL 电路38还进行动作以使弱LSB信号或USB信号得到恢复。由跟踪PLL电路38输出的LSB信号或USB信号被输入至相移系统22。其包 括第一相位元件40和第二相位元件42，每个均包括反馈放大器和相关部件。在该实施例 中，如图3所示，第一相位元件40包括负90度移相器，对其接收的信号添加负90度的相 移。通过使用在相位元件的反馈放大器的反馈环路中包括电容器的相位超前电路(phase lead circuit)来获得该移相器。第二相位元件42具有如图3所示的反馈放大器和部件，除 了电容器之外。因此，没有引入相移，并且第二相位元件42仅传输其接收的信号而不改 变其相位。选择相位元件的电阻器部件，以使元件输出的信号的幅度相等。应该理解， 图中所示电阻器和电容器部件的值仅仅是示意性的，可以使用其他值。因此，第一相位元件40接收LSB信号并输出具有第一相位的LSB信号，或者接 收USB信号并输出具有第一相位的USB信号，第二相位元件42接收LSB信号并输出具 有与第一相位相差1/4周期的第二相位的LSB信号，或者接收USB信号并输出具有与第 一相位相差1/4周期的第二相位的USB信号。应该理解，可以使用相位元件40、42的 其他配置，例如第一相位元件40可包括270度移相器，向其接收的信号添加270度的相 移，而第二相位元件42可以仅传输其接收的信号而不改变其相位。然后，LSB信号或USB信号被传到图4所示的切换机构24。其包括第一输入 端口 60、第二输入端口 62、第一单刀单掷开关64、第二单刀单掷开关66、第一输出端口 68和第二输出端口 70。第一输入端口 60连接至相移系统22的第一元件40，第二输入端 口 62连接至相移系统22的第二相位元件42。如图所示，第一输入端口 60连接至开关触点72、74。如图所示，第二输入端口 62连接至开关触点76、78。第一开关64用于使 开关杆接触开关触点72或开关触点76。第二开关66用于使开关杆接触开关触点74或开 关触点78。使用经由控制线a和 发送至开关的命令来实现开关64、66的操作的控制。切换机 构24接收LSB信号或USB信号。切换机构24在输入端口 60上接收来 自第一相位元件40的具有第一相位(-90)的LSB信号，并将该信号传输到开关触点72和 74。切换机构还接收来自第二相位元件42的具有第二相位(0)的LSB信号，并将该信 号传输到开关触点76和78。控制信号经由控制线a被发送至第一开关64，其使得该开 关的开关杆接触开关触点76。控制信号还经由控制线δ发送至第二开关66，其使得该开 关的开关杆接触开关触点74。因此，具有第二相位(0)的LSB信号被传输到第一输出端 口 68，以及具有第一相位(-90)的LSB信号被传输到第二输出端口 70。可选地，切换机构24在输入端口 60上接收来自第一相位元件40的具有第一相 位(-90)的USB信号，并将该信号传输到开关触点72和74。切换机构24还接收来自第二 相位元件42的具有第二相位(0)的USB信号，并将该信号传输到开关触点76和78。控 制信号经由信号线a被发送至第一开关64，其使得该开关的开关杆接触开关触点72。控 制信号还经由控制线δ被发送至第二开关66，其使得该开关的开关杆接触开关触点78。 因此，具有第二相位(0)的USB信号被传送到第二输出端口 70，具有第一相位(-90)的 USB信号被传送到第一输出端口 68。切换机构24的第一和第二输出端口上的信号被传送到IQ调制器26。其包括I 输入端口 90、Q输入端口 92、参考信号输入端口 93、90度混合耦合器94、第一混频器 96、第二混频器98和输出端口 100。切换机构24的第一输出端口 68连接至I输入端口 90，切换机构24的第二输出端口 70连接至Q输入端口 92。第二 LO PLL电路30连接 至参考信号输入端口 93。IQ调制器26接收LSB信号或USB信号。IQ调制器26在Q输入端口 92上接收 具有第一相位(-90)的LSB信号，以及在I输入端口 90上接收具有第二相位(0)的LSB 信号。在参考信号输入端口 93上接收的参考信号被输入至90度混合耦合器94。耦合器 94产生被输入至第一混频器96的第一信号和被输入至第二混频器98的第二信号。这些 信号相位正交。第一混频器96接收来自耦合器94的第一信号以及来自I输入端口 90的 具有第二相位(0)的LSB信号。第一混频器96进行动作以将这些信号混频，并产生输 出信号。第二混频器98接收来自耦合器94的第二信号以及来自Q输入端口 92的具有第 一相位(-90)的LSB信号。第二混频器98进行动作以将这些信号混频，并产生输出信 号。来自第一和第二混频器的输出信号被组合，并经由输出端口 100从IQ调制器26输 出。IQ调制器26的部件进行动作以根据需要对LSB信号进行相位调节，以在输出端口 100处产生与首先从包括IQ调制器26的收发单元3的天线部件7接收的入射信号的一部 分相位共轭的输出信号。可选地，IQ调制器26在Q输入端口 92上接收具有第二相位(0)的USB信号， 以及在I输入端口 90上接收具有第一相位(-90)的USB信号。在参考信号输入端口 93 上接收的参考信号再次被输入至90度混合耦合器94。耦合器94产生被输入至第一混频 器96的第一信号和被输入至第二混频器98的第二信号。这些信号还是相位正交。第一 混频器96接收来自耦合器94的第一信号以及来自I输入端口 90的具有第一相位(-90)的USB信号。第一混频器96进行动作以将这些信号混频，并产生输出信号。第二混频器 98接收来自耦合器94的第二信号以及来自Q输入端口 92的具有第二相位(O)的USB信 号。第二混频器98进行动作以将这些信号混频，并产生输出信号。来自第一和第二混 频器的输出信号被组合，并经由输出端口 100从IQ调制器26输出。IQ调制器26的部件 进行动作以根据需要对USB信号进行相位调节，以在输出端口 100处产生与首先从包括 IQ调制器26的收发单元3的天线部件7接收的入射信号的一部分相位共轭的输出信号。IQ调制器26还进行动作，以将其所接收的LSB信号或USB信号的频率从IF信 号向上变换为RF输出信号。IQ调制器26接收来自第二 LO PLL电路30的RF参考信 号。一旦与在I和Q输入端口上接收的IF信号混频，就获得RF输出信号。IQ调制器26可被用于产生幅度调制的、相位共轭输出信号。I、Q位样式可以 被应用于第一和第二混频器，以将它们接通和断开，由此对它们的输出信号进行幅度调 制。第一 LO PLL电路28和第二 LO PLL电路30是相位同步的，因为它们接收公共 的低频输入信号并使用其来产生它们的参考信号。(该公共的低频输入信号在反向天线系 统1的收发单元3的阵列上进行分配，并且为了信号上/下变换的目的，定位为在阵列中 的每个收发单元的LO PLL电路处可用)。用于提供下和上变换的参考信号以及用于提供 初始由单元3的天线部件7输出的输出信号的相位同步的LO PLL电路28、30的使用确 保了入射信号的一部分中的同步相位信息被收发单元3接收并且输出信号被收发单元3输 出ο 反向天线系统1的每个收发单元3均输出其接收的入射信号的一部分的相位共轭 的输出信号。输出信号被传送到收发单元3的天线部件7，并通过单元输出。这些输出 信号组合以形成被反向天线系统1传输的出射信号。由于每个输出信号均是入射信号的 对应部分的相位共轭，所以波干扰原则表明出射信号将被导向对象13，即使其位置事先 未知。因此，天线系统1用作反向天线系统。由于天线系统1是反向的，所以其对混乱具有高免疫性。此外，反向天线系统 1能够锁定源13，然后跟随源13的移动。每个收发单元3还可以确定其所接收的入射信 号的一部分的相位Od。因此，其还可用于确定入射信号的到达角，并据此确定源13的位置。反向天线系统1的每个收发单元3的架构使得不再为了发生反向动作而要求本地 振荡器在入射信号的频率两倍的频率上运行，其为已知的反向天线设计的标准实践。这 大大降低了在反向天线系统1的实际实施中的物理本地振荡器的要求。每个收发单元3中相移系统22、切换机构24和IQ调制器26的使用使得IQ调 制器26产生的输出信号非常接近于由收发单元3接收的入射信号的一部分的频率。在传 统的上变频器/混频器配置中，如果所生成的输出信号的频率非常接近于所接收输入信 号的频率，则通过上变频器/混频器产生显著的泄露，从而破坏输出信号。使用根据本 发明的配置，避免了这种泄露。因此，反向天线系统1可以使用用于输入和输出信号的 窄带宽。这就实现了良好的信噪比，良好的热噪声的“抵制”，低功率，并增加了第三 方识别或干扰输入或输出信号的难度。在本发明的反向天线系统的可选实施例中，边带信号滤波器36被设置为输出LSB信号。其被输入至跟踪PLL电路38，跟踪PLL电路38对其进行复制并输出两个 LSB信号。LSB信号被输入至相移系统22。系统22的第一相位元件40接收LSB信号 并输出具有第一(-90)相位的LSB信号，第二相位元件42接收LSB信号并输出具有第二 相位(0)的LSB信号，其与第一相位相差1/4周期。然后，由相移系统22输出的LSB 信号被直接输入至IQ调制器26，S卩，不要求切换机构24。第一相位元件40的输出被直 接连接至IQ调制器26的Q输入端口 92，第二相位元件42的输出被直接连接至IQ调制 器26的I输入端口 90。如前所述，调制器26对LSB信号进行动作，以在输出端口 100 处产生与首先从包括IQ调制器26的收发单元3的天线部件7接收的入射信号的一部分相 位共轭的输出信号。
在本发明的反向天线系统的又一实施例中，边带信号滤波器36被设置为输出 USB信号。其被输入至跟踪PLL电路38，跟踪PLL电路38对其进行复制并输出两个 USB信号。USB信号被输入至相移系统22。系统22的第一相位元件40接收USB信号 并输出具有第一(-90)相位的USB信号，第二相位元件42接收USB信号并输出具有第二 相位(0)的USB信号，其与第一相位相差1/4周期。然后，由相移系统22输出的USB 信号被直接输入至IQ调制器26，S卩，不要求切换机构24。第一相位元件40的输出被直 接连接至IQ调制器26的I输入端口 90，第二相位元件42的输出被直接连接至IQ调制器 26的Q输入端口 92。如前所述，调制器26对USB信号进行动作，以在输出端口 100处 产生与首先从包括IQ调制器26的收发单元3的天线部件7接收的入射信号的一部分相位 共轭的输出信号。 本发明的反向天线系统可用于各种应用，一些在以下进行描述。本发明的反向天线系统可用作用于对象检测的反向雷达系统。与已知的天线系 统相比，反向天线系统能够非常快速地检测对象。因此，反向天线系统对于短距离对象 的检测尤其有用。由此可被有效检测的对象包括接近飞机飞行的鸟。反向天线系统还可 用于在检测到对象时跟随对象。例如，这可以用于确定鸟是否处于被飞机的引擎捕获的 危险中。这种方位跟踪和测距可容易地通过使用转发信号中的伪随机脉冲调制并且此后 对入射信号配置传统关联来实现。反向天线系统可进一步用于确定对象的位置。本发明的反向天线系统可附接至第一对象，并被用于向第二对象发送信号。信 号将被发送至第二对象，即使第二对象以及确定的第一对象在移动。例如，信号可用于 向第二对象发送信息，和/或控制第二对象的操作。除了该单向通信之外，还可以进行 双向通信。例如，由反向天线系统1从第二对象接收的信号可包括关于第二对象的操作 的信息。本发明的反向天线系统可用于光束控制系统。光束控制系统包括反向天线系统 和多个位于反向天线系统的近场中的小尺寸对象。对象可以是被动的，并且进行动作以 反向散射被反向天线系统发射的信号。当天线系统发射信号并接收从对象散射的入射信 号时，天线系统能够锁定对象并将信号发送回对象。附加或可选地，对象可以是主动 的，并进行动作以向反向天线系统传输信号。对象可以被顺序启动，以向天线系统传输 信号。当反向天线系统接收由对象传输的入射信号时，天线系统能够再次锁定对象并将 信号发送回对象。在每一种情况下，由于对象被放置在反向天线系统的近场，所以向它 们返回的信号将大量地绕开它们，并被透射到对象之外的空间位置。因此，由反向天线系统发射的信号可以被引导到对象之外的位置，并且该系统整体用作光束控制系统。本发明的反向天线系统还可以用作电磁周边围墙的一部分。其包括反向天线系 统和一个或多个对象，一个或多个对象相对于天线系统进行放置使得天线系统和对象之 间的信号路径围绕将被保护的空间，即，在空间周围形成电磁周边围墙。对象可以被定 位为在反向天线系统和对象之间提供直视线，或者可通过例如金属反射器的使用折叠直 视线。一旦在适当位置，反向天线系统就可用于发射信号，反向散射由天线系统检测到 的来自每个对象的信号，然后进行动作以向对象传输连续信号。附加或可选地，对象可 以像反向天线系统传输信号，这些信号被天线系统检测，然后进行动作以向对象传输连 续信号。在每种情况下，传输至每个对象的信号电平被反向天线系统监控。如果例如人 的物体进入信号的路径，则信号电平下降，并且可以启动警报。由此，如果物体试图进 入由电磁周边围墙保护的空间，则可以启动警报。包括本发明的反向天线系统的电磁周 边围墙被认为与目前可用的围墙系统相比较少地发生误检测。因此，作为天线系统的反 向动作的结果，该系统可以锁定对象，并且信号可以被直接传输至对象。因此，该系统 对进入反向天线系统和对象之间的信号的物体敏感，但是对于由在信号路径周围移动的 物体(诸如树)(即，在天线系统的远场中)引起的信号混乱相对不受影像。如果周边 围墙由于任何原因必须解除，例如允许物体进入围墙内的空间，则天线系统可以使用对 象发射的信号自动地重新定位每个对象，并且自动地重新建立天线系统和每个对象之间 的信号路径。注意，如果代替多个单元在周边围墙中使用的天线系统仅包括一个收发单 元，则周边围墙将仍然如上所述进行操作，减小了自动对准能力。本发明的反向天线系统还可以用于无线电治疗/切除系统。无线电治疗/切除 系统包括反向天线系统、目标和无线电信号源。目标被定位在要求通过无线电信号进行 处理或切除的对象(诸如肿瘤)上。反向天线系统被用于朝向目标传输信号。一旦接收 到信号，目标就将信号散射回天线系统，和/或将信号传输回天线系统。一旦接收到来 自目标的信号，反向天线系统就可以锁定目标的位置。然后，无线电信号源可以向目标 以及其所定位的对象引导无线电信号的光束，要求具有适合选用与处理/切除类型的频 率的信号。如果目标被设计为仅反向散射被天线系统传输信号，即，目标不具有接收能 力，则目标可以被制造的尤其小，增加了可利用无线电信号处理的对象面积。如果对象 移动(由此目标移动)，则这是受限结果，因为反向天线系统仍然能够锁定目标并将无线 电信号导向目标和对象。中使得移动有可能发生的区域(例如，心脏或肺)中的肿瘤或 缺陷将被处理，而不需要用于减慢它们移动的外部装置。在上述应用的每一种中，根据本发明的反向天线系统的利用使用相对简单和廉 价的天线系统提供了反向功能。
1权利要求
1.一种反向天线系统，用于接收来自对象的入射信号，并将出射信号导回到所述对 象，所述反向天线系统包括两个或多个收发单元，所述收发单元的每一个均用于接收所述入射信号的一部分， 产生相位共轭输出信号，来自所述收发单元的输出信号组合形成被导回到所述对象的出 射信号，其中，每个所述收发单元均包括天线部件，用于检测所述入射信号的一部分，处理器，用于接收所述入射信号的一部分，并产生所述入射信号的一部分的第一同 侧边带(SB)信号和第二同侧边带(SB)信号，相移系统，包括第一相位元件，用于接收第一 SB信号，并输出具有第一相位的 SB信号；以及第二相位元件，用于接收第二 SB信号，并输出具有与所述第一相位相差 1/4周期的第二相位的SB信号，IQ调制器，包括I输入端口、Q输入端口和相位调节器，用于在所述I输入端口上接 收具有所述第一相位的SB信号以及在所述Q输入端口上接收具有所述第二相位的SB信 号，或者在所述Q输入端口上接收具有所述第一相位的SB信号以及在所述I输入端口上 接收具有所述第二相位的SB信号，并对SB信号进行相位调节，以产生与所述入射信号 的一部分相位共轭的输出信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一SB信号和所述第二 SB信号为下边 带(LSB)信号，所述相移系统输出具有第一相位的LSB信号和具有与所述第一相位相差 1/4周期的第二相位的LSB信号，所述IQ调制器在所述Q输入端口上接收具有所述第一 相位的LSB信号以及在所述I输入端口上接收具有所述第二相位的LSB信号，并对LSB 信号进行相位调节，以产生与所述入射信号的一部分相位共轭的输出信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一SB信号和所述第二 SB信号为上边 带(USB)信号，所述相移系统输出具有第一相位的USB信号和具有与所述第一相位相差 1/4周期的第二相位的USB信号，所述IQ调制器在所述I输入端口上接收具有所述第一 相位的USB信号以及在所述Q输入端口上接收具有所述第二相位的USB信号，并对USB 信号进行相位调节，以产生与所述入射信号的一部分相位共轭的输出信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一SB信号和所述第二 SB信号为LSB 信号或USB信号，所述相移系统接收LSB信号，并输出具有第一相位的LSB信号和具 有与所述第一相位相差1/4周期的第二相位的LSB信号，或者所述相移系统接收USB信 号，并输出具有第一相位的USB信号和具有与所述第一相位相差1/4周期的第二相位的 USB信号，该系统还包括切换机构，所述切换机构接收具有所述第一相位的LSB信号和 具有所述第二相位的LSB信号，并将具有所述第一相位的LSB信号切换到所述IQ调制器 的所述Q输入端口，以及将具有所述第二相位的LSB信号切换到所述IQ调制器的所述I 输入端口，或者所述切换机构接收具有所述第一相位的USB信号和具有所述第二相位的 USB信号，并将具有所述第一相位的USB信号切换到所述IQ调制器的所述I输入端口， 以及将具有所述第二相位的USB信号切换到所述IQ调制器的所述Q输入端口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理器包括降频变换器/混频 器单元，并且所述降频变换器/混频器单元包括降频变换器，用于将所述入射信号的 一部分的频率从RF信号向下变换为所述入射信号的IF部分，以及用于接收参考信号并将所述参考信号的频率从RF信号向下变换为IF参考信号；以及混频器，用于接收所述入射 信号的IF部分和所述IF参考信号，并将所述入射信号的IF部分和所述IF参考信号混频 以产生混频信号，所述混频信号包括LSB信号和USB信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理器包括边带信号滤波 器，所述边带信号滤波器包括运算放大器，所述运算放大器的通带被控制用于传输包含 LSB信号或USB信号的SB信号。
7.根据从属于权利要求5的权利要求6所述的系统，其中，所述边带信号滤波器接 收所述混频信号，并且所述运算放大器的通带被控制用于从所述混频信号中过滤出所述 LSB信号或所述USB信号，并允许所述混频信号中的所述USB信号或所述LSB信号通 过。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理器包括跟踪锁相环 (PLL)电路，所述跟踪PLL电路接收SB信号，并复制所述SB信号以产生所述第一同侧 SB信号和所述第二同侧SB信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述跟踪PLL电路接收DC偏压信号，改变所 述DC偏压信号的幅度，以在SB信号的相位中引入改变，S卩，对SB信号进行相位调制。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一相位元件包括负90度移 相器，并产生具有第一相位的SB信号，其与所述第一 SB信号相比具有负90度的相移， 所述第二相位元件进行动作以传输所述第二 SB信号而不改变其相位，产生具有第二相位 的SB信号，其与所述第二 SB信号相比具有0度的相移。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述IQ调制器的所述相位调节器 包括90度混合耦合器、第一混频器、第二混频器、参考信号输入端口和输出端口，在所 述参考信号输入端口上接收的参考信号被输入至所述90度混合耦合器，所述90度混合耦 合器产生被输入至所述第一混频器的第一信号和被输入至所述第二混频器的第二信号， 所述第一混频器从所述耦合器接收所述第一信号以及从所述I输入端口接收SB信号，并 进行动作以混频这些信号并产生输出信号，所述第二混频器从所述耦合器接收所述第二 信号以及从所述Q输入端口接收SB信号，并进行动作以混频这些信号并产生输出信号， 来自所述第一混频器和所述第二混频器的输出信号被组合，并经由所述输出端口从所述 IQ调制器输出。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述IQ调制器进行动作，以将所接收的SB 信号的频率从IF信号向上变换为RF输出信号。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括第一LO PLL电路，用于将参 考信号输入至所述处理器；以及第二 LO PLL电路，用于将参考信号输入至所述IQ调制 器，所述第一 LO PLL电路和所述第二 LOPLL电路通过接收公共的低频输入信号并使用 所述公共的低频输入信号来产生它们的参考信号，以进行相位同步。
14.一种接收来自对象的入射信号并将出射信号导回到所述对象的方法，包括通过两个或多个收发单元的每一个接收所述入射信号的一部分，从所述收发单元的 每一个中产生相位共轭输出信号，所述相位共轭输出信号组合形成被导回到所述对象的 出射信号，其中，对于每个收发单元所述收发单元的天线部件检测所述入射信号的一部分，所述收发单元的处理器接收所述入射信号的一部分，并产生所述入射信号的一部分 的第一同侧边带(SB)信号和第二同侧边带(SB)信号，所述收发单元的相移系统的第一相位元件接收第一 SB信号并输出具有第一相位的 SB信号，以及所述收发单元的相移系统的第二相位元件接收第二 SB信号并输出具有与 所述第一相位相差1/4周期的第二相位的SB信号，所述收发单元的IQ调制器的I输入端口接收具有所述第一相位的SB信号，所述收发 单元的IQ调制器的Q输入端口接收具有所述第二相位的SB信号，或者所述收发单元的 IQ调制器的I输入端口接收具有所述第二相位的SB信号，所述收发单元的IQ调制器的 Q输入端口接收具有所述第一相位的SB信号，并且所述收发单元的IQ调制器的相位调节 器对SB信号进行相位调节，以产生与所述入射信号的一部分相位共轭的输出信号。
全文摘要
一种反向天线系统(1)，用于接收来自对象(13)的输入信号(15)并将输出信号(11)导回到对象(13)，包括两个或多个收发单元(3)，每一个均接收输入信号的一部分，产生相位共轭输出信号，来自单元的输出信号组合形成被导回到对象(13)的输出信号，其中，每个收发单元(3)均包括天线部件(7)，检测输入信号的一部分；处理器，接收输入信号的一部分，并产生输入信号的一部分的第一和第二同侧的边带(SB)信号；相移系统，包括接收第一SB信号并输出具有第一相位的SB信号的第一相位元件以及接收第二SB信号并输出具有与第一相位相差1/4周期的第二相位的SB信号的第二相位元件；以及IQ调制器，包括I输入端口、Q输入端口和相位调节器，其在I输入端口上接收具有第一相位的SB信号以及在Q输入端口上接收具有第二相位的SB信号，或者在Q输入端口上接收具有第一相位的SB信号以及在I输入端口上接收具有第二相位的SB信号，并且对SB信号进行相位调节，以产生与输入信号的一部分相位共轭的输出信号。
文档编号H01Q1/28GK102017299SQ200980115872
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月1日 优先权日2008年5月2日
发明者文森特·弗朗西斯·富斯科 申请人:贝尔法斯特女王大学