专利名称：一种自适应干扰对消装置及其调试方法
技术领域：
本发明属于电磁干扰控制装置，具体涉及一种自适应干扰对消装置，用于抑制共场地收发天线间的耦合干扰。
背景技术：
共场地收发天线间的耦合干扰是常见的电磁干扰形式之一。由于收发天线共场地布置，二者间距小、隔离度低。发射天线的发射功率通常较高，达到几百瓦甚至上千瓦，这样会在附近的接收天线处产生较大的耦合电压(从几十mV到几V)，该耦合电压将形成较强的干扰功率，会严重影响接收机正常工作，导致接收机阻塞甚至被烧毁。如在船舶上，发射天线和接收天线距离比较近，二者之间的隔离度较低。当发射天线大功率发射时，会在接收天线上耦合较大的干扰功率，导致接收机阻塞。干扰源是通信电台的发射天线，所产生的电磁干扰是具有一定中心频率的窄带信号；被干扰物是另一台通信电台的接收天线。干扰发射天线(简称发射天线)会在被干扰接收天线(简称接收天线)处产生一定的耦合电压，这样接收天线处具有两种信号成份有用信号和干扰信号，耦合电压产生的就是干扰信号。有用信号和干扰信号同为窄带信号，不过二者具有不同的中心频率，并且中心频率不固定，因此不能采用具有固定参数的滤波器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自适应干扰对消装置，在不降低频谱资源利用率的情况下，抑制共场地收发天线间耦合干扰。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种自适应干扰对消装置，其特征在于它包括取样器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一级矢量调制器、第二级矢量调制器、第一合路器、第二合路器、第一同轴开关、第二同轴开关、第三同轴开关、第一射频放大电路、误差信号反馈模块、控制模块、第一正交功分器和相关运算模块；取样器与第一定向耦合器的输入端连接，第一定向耦合器输出端连接第二定向耦合器输入端，第一定向耦合器耦合端连接第一正交功分器；第二定向耦合器输出端连接第一级矢量调制器，第二定向耦合器耦合端连接第二级矢量调制器；第一级矢量调制器和第二级矢量调制器输出端连接第一合路器的两输入端，第一合路器的输出端连接第二合路器的一输入端，第一同轴开关两输出端分别连接第二合路器的另一输入端和第三同轴开关的一输入端；第二合路器的输出端连接第二同轴开关的输入端，第二同轴开关的两输出端分别连接第一射频放大电路和误差信号反馈模块；第一射频放大电路输出端连接第三同轴开关的另一输入端；第一正交功分器和误差信号反馈模块的输出端分别与相关运算模块连接，相关运算模块的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块控制第一级矢量调制器、第二级矢量调制器、第二同轴开关和误差信号反馈模块；
第一同轴开关的输入端遇接收天线连接；第三同轴开关的输出端与接收机连接。按上述方案，所述的第一级矢量调制器包括第二正交功分器、I路双极衰减器、Q 路双极衰减器和第三合路器，第二正交功分器的输入端为第一级矢量调制器的输入端，第二正交功分器的2个输出端分别通过I路双极衰减器和Q路双极衰减器与第三合路器的2 个输入端连接，第三合路器的输出端为第一级矢量调制器的输出端；I路双极衰减器和Q路双极衰减器的结构相同并由控制模块控制；第二级矢量调制器与第一级矢量调制器结构相同。按上述方案，所述的I路双极衰减器包括程控衰减器、反相器、第四同轴开关和第五同轴开关；程控衰减器的输出端与第四同轴开关的输入端连接；第四同轴开关和第五同轴开关之间有2路，1路直接连接，1路通过所述的反相器连接；所述的程控衰减器、第四同轴开关和第五同轴开关分别由所述的控制模块控制。按上述方案，所述的误差信号反馈模块包括功分器、射频放大电路、第六同轴开关和第七同轴开关；功分器的输入端与第七同轴开关的输出端连接；第六、第七同轴开关之间有2路，1路直接连接，1路通过所述的射频放大电路连接；第六、第七同轴开关由所述的控制模块控制。按上述方案，所述的相关运算模块包括2个结构相同的相关运算电路，分别为I路相关运算电路和Q路相关运算电路；相关运算电路由依次连接的四象限模拟乘法电路、低通滤波电路和电压跟随电路。按上述方案，所述的控制模块包括依次连接的采样选通电路、AD转换电路、单片机、IO端口扩展电路和驱动电路；采样选通电路的输入端与所述的相关运算模块连接，并由单片机控制以选择I路相关运算电路和Q路相关运算电路中的一路。自适应干扰对消装置的调试方法，其特征在于依次包括以下步骤1)初始化；将所有程控衰减器置于全衰减状态；2)将第二同轴开关与误差信号反馈模块接通；3)将误差信号反馈模块的射频放大电路调整到未接通状态；4)进行第1级对消调整调整第一级矢量调制器的状态，调整过程I、Q两路交替进行；5) I路第1次调整(5-1)首先设置初始的衰减步长；(5-2)记录当前相关运算模块输出电压为变量corO ；(5-3)根据相关运算模块I路输出电压符号和第一级矢量调制器中I路双极衰减器中的反相器接通状态对衰减值进行调整a、相关运算模块输出电压为正，反相器未接通，按衰减步长减小程控衰减器的衰减值；b、相关运算模块输出电压为正，反相器已接通，按衰减步长增大程控衰减器的衰减值，如果此时衰减值已经是最大衰减值，则断开反相器；C、相关运算模块输出电压为负，反相器未接通，按衰减步长增大程控衰减器的衰减值，如果此时衰减值已经是最大衰减值，则接通反相器；d、相关运算模块输出电压为负，反相器已接通，按衰减步长减小程控衰减器的衰减值；(5-4)记录当前相关运算模块输出电压为变量cor ；(5-5)比较cor和corO是否符号相反，符号相同则转步骤(5_2)，符号相反则判断当前衰减步长是否为程控衰减器的衰减精度是则选取当前衰减值和原先衰减值中相关器输出电压绝对值较小的衰减值作为实际的最佳衰减值，该路调整完毕，转下一步骤；否则减小衰减步长，转步骤(5-2)；6)进行Q路第1次调整，其过程与步骤5)相同，区别仅在步骤(5-3)根据相关运算模块Q路输出电压符号和第一级矢量调制器中Q路双极衰减器中的反相器接通状态对衰减值进行调整；7) I路、Q路第2-N次调整，每次调整过程与步骤5)、6)相同；8)将误差信号反馈模块的射频放大电路调整到接通状态，进行第2级对消调整， 调整第二级矢量调制器的状态，调整过程I、Q两路交替进行，调整过程重复步骤幻 7)；9)将第二同轴开关与第一射频放大电路接通。按上述方案，所述的步骤7)中的调整次数N = 3。按上述方案，所述的步骤(5-5)程控衰减器的衰减精度为0. ldB。本发明的工作原理为假设因发射天线大功率发射耦合到接收天线上的干扰信号 N(t)用方程(1)表示
N(t) = Α η{ω + φ0) = A1 ‘sin( i) + A0‘cos(mt)r Λ
⑴，其中A为干扰信号的归一化幅度，ω为干扰信号角频率，φο为干扰信号的初相位， A'工为1路干扰幅度，A'路干扰幅度，t为时间。为了抵消该干扰信号，本发明从干扰发射机中取样干扰信号，并将取样信号等分成相位彼此正交的I、Q两路，可用下述方程来表示X1 (t) = sin(cot)，Xg (t) = cos(cot)，其中I路取样信号X1U)和Q路取样信号)(Q(t)的角频率与干扰信号N(t)相同， X1 (t)和)(Q(t)的归一化幅度为1。两路取样信号的加权和c(t)记做对消信号，可表示为C (t) = A1 · X1 (t) +aQ · Xq (t)(2)，其中A1和Aq分别表示I、Q两路的权系数。对比方程(1)和方程0)，可以看出方程(1)、(2)左右两边分别相加可得N(t)+C(t) = (AjA1' )sin(cot) + (AQ+AQ' ) cos (cot) (3)，根据方程(3)，当A1 =-A' 1且~ = 4' Q时，干扰信号与对消信号之和为0，即干扰信号被抵消了。从方程C3)还可以看出，只需同时控制I、Q两路取样信号幅度就可以达到控制对消信号幅度和相位的效果，使对消信号与干扰信号等幅反相，就可以消除接收天线中的干扰信号。本发明中的取样器的作用是从干扰发射机中取样干扰信号；而矢量调制器的作用就是调整取样信号的幅度和相位，使之与接收天线中的干扰信号等幅反相；单片机控制模块对矢量调制器进行自动控制，形成控制逻辑；而相关运算模块则对误差信号与取样信号进行相关性运算，运算结果输送给单片机控制模块，动态调整程控衰减器的衰减值，形成闭环结构。本发明采用了两级干扰对消方案。由于程控衰减器的衰减值不连续，会造成误差信号中存在残存干扰信号成份。本发明的程控衰减器的衰减精度为0. IdB,因此最大衰减误差为0. 05dB，最小干扰抑制比Kfflin为
权利要求
1.一种自适应干扰对消装置，其特征在于它包括取样器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一级矢量调制器、第二级矢量调制器、第一合路器、第二合路器、第一同轴开关、 第二同轴开关、第三同轴开关、第一射频放大电路、误差信号反馈模块、控制模块、第一正交功分器和相关运算模块；取样器与第一定向耦合器的输入端连接，第一定向耦合器输出端连接第二定向耦合器输入端，第一定向耦合器耦合端连接第一正交功分器；第二定向耦合器输出端连接第一级矢量调制器，第二定向耦合器耦合端连接第二级矢量调制器；第一级矢量调制器和第二级矢量调制器输出端连接第一合路器的两输入端，第一合路器的输出端连接第二合路器的一输入端，第一同轴开关两输出端分别连接第二合路器的另一输入端和第三同轴开关的一输入端；第二合路器的输出端连接第二同轴开关的输入端，第二同轴开关的两输出端分别连接第一射频放大电路和误差信号反馈模块；第一射频放大电路输出端连接第三同轴开关的另一输入端；第一正交功分器和误差信号反馈模块的输出端分别与相关运算模块连接，相关运算模块的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块控制第一级矢量调制器、第二级矢量调制器、第二同轴开关和误差信号反馈模块；第一同轴开关的输入端遇接收天线连接；第三同轴开关的输出端与接收机连接。
2.根据权利要求1所述的自适应干扰对消装置，其特征在于所述的第一级矢量调制器包括第二正交功分器、I路双极衰减器、Q路双极衰减器和第三合路器，第二正交功分器的输入端为第一级矢量调制器的输入端，第二正交功分器的2个输出端分别通过I路双极衰减器和Q路双极衰减器与第三合路器的2个输入端连接，第三合路器的输出端为第一级矢量调制器的输出端；I路双极衰减器和Q路双极衰减器的结构相同并由控制模块控制；第二级矢量调制器与第一级矢量调制器结构相同。
3.根据权利要求2所述的自适应干扰对消装置，其特征在于所述的I路双极衰减器包括程控衰减器、反相器、第四同轴开关和第五同轴开关；程控衰减器的输出端与第四同轴开关的输入端连接；第四同轴开关和第五同轴开关之间有2路，1路直接连接，1路通过所述的反相器连接；所述的程控衰减器、第四同轴开关和第五同轴开关分别由所述的控制模块控制。
4.根据权利要求1所述的自适应干扰对消装置，其特征在于所述的误差信号反馈模块包括功分器、射频放大电路、第六同轴开关和第七同轴开关；功分器的输入端与第七同轴开关的输出端连接；第六、第七同轴开关之间有2路，1路直接连接，1路通过所述的射频放大电路连接；第六、第七同轴开关由所述的控制模块控制。
5.根据权利要求1所述的自适应干扰对消装置，其特征在于所述的相关运算模块包括2个结构相同的相关运算电路，分别为I路相关运算电路和Q路相关运算电路；相关运算电路由依次连接的四象限模拟乘法电路、低通滤波电路和电压跟随电路。
6.根据权利要求5所述的自适应干扰对消装置，其特征在于所述的控制模块包括依次连接的采样选通电路、AD转换电路、单片机、IO端口扩展电路和驱动电路；采样选通电路的输入端与所述的相关运算模块连接，并由单片机控制以选择I路相关运算电路和Q路相关运算电路中的一路。
7.自适应干扰对消装置的调试方法，其特征在于依次包括以下步骤1)初始化；将所有程控衰减器置于全衰减状态；2)将第二同轴开关与误差信号反馈模块接通；3)将误差信号反馈模块的射频放大电路调整到未接通状态；4)进行第1级对消调整调整第一级矢量调制器的状态，调整过程I、Q两路交替进行；5)I路第1次调整(5-1)首先设置初始的衰减步长；(5-2)记录当前相关运算模块输出电压为变量corO ；(5-3)根据相关运算模块I路输出电压符号和第一级矢量调制器中I路双极衰减器中的反相器接通状态对衰减值进行调整a、相关运算模块输出电压为正，反相器未接通，按衰减步长减小程控衰减器的衰减值；b、相关运算模块输出电压为正，反相器已接通，按衰减步长增大程控衰减器的衰减值， 如果此时衰减值已经是最大衰减值，则断开反相器；c、相关运算模块输出电压为负，反相器未接通，按衰减步长增大程控衰减器的衰减值， 如果此时衰减值已经是最大衰减值，则接通反相器；d、相关运算模块输出电压为负，反相器已接通，按衰减步长减小程控衰减器的衰减值；(5-4)记录当前相关运算模块输出电压为变量cor ；(5-5)比较cor和corO是否符号相反，符号相同则转步骤(5_2)，符号相反则判断当前衰减步长是否为程控衰减器的衰减精度是则选取当前衰减值和原先衰减值中相关器输出电压绝对值较小的衰减值作为实际的最佳衰减值，该路调整完毕，转下一步骤；否则减小衰减步长，转步骤(5-2);6)进行Q路第1次调整，其过程与步骤5)相同，区别仅在步骤(5-3)根据相关运算模块Q路输出电压符号和第一级矢量调制器中Q路双极衰减器中的反相器接通状态对衰减值进行调整；7)I路、Q路第2-N次调整，每次调整过程与步骤5)、6)相同；8)将误差信号反馈模块的射频放大电路调整到接通状态，进行第2级对消调整，调整第二级矢量调制器的状态，调整过程I、Q两路交替进行，调整过程重复步骤5) 7)；9)将第二同轴开关与第一射频放大电路接通。
8.根据权利要求7所述的自适应干扰对消装置的调试方法，其特征在于所述的步骤 7)中的调整次数N=3。
9.根据权利要求7所述的自适应干扰对消装置的调试方法，其特征在于所述的步骤 (5-5)程控衰减器的衰减精度为0. ldB。
全文摘要
本发明提供一种自适应干扰对消装置，采用了两级对消的技术方案，将第一级对消的干扰余量作为第二级对消的干扰输入，进行两次干扰抵消，这就是两级干扰对消的原理。这样可以继续降低残存的干扰信号成份。两级干扰抵消是按照顺序进行的，即第一级干扰抵消过程结束后再进行第二级干扰抵消过程；并且第一级干扰抵消过程中第二级的程控衰减器处于全衰减状态。本发明主要应用于共址收发天线间耦合干扰的消除，在不降低频谱资源利用率的情况下，抑制共场地收发天线间耦合干扰。
文档编号H04B1/10GK102347778SQ20111022350
公开日2012年2月8日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者刘义, 宋文武, 张崎, 王玉珏, 谭辉 申请人:中国舰船研究设计中心