一種解決FMCW雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率泄漏的方法

摘要 針對(duì)3 mm波段調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射信號(hào)泄漏問(wèn)題，在分析泄漏機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的對(duì)消技術(shù)改進(jìn)方案，只要合理設(shè)定、調(diào)整兩個(gè)支路間的耦合量和幅度衰減值，在保證參考信號(hào)與泄漏信號(hào)幅度基本相等的情況下，只需通過(guò)移相器調(diào)整對(duì)消信號(hào)的相位，便可達(dá)到對(duì)消泄漏信號(hào)的目的，降低了泄漏信號(hào)對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果基本一致。
關(guān)鍵詞 信號(hào)泄漏；矢量對(duì)消；調(diào)頻連續(xù)波

    隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，雷達(dá)已應(yīng)用于海、陸、空等各個(gè)領(lǐng)域，承擔(dān)著軍事和民用任務(wù)，可進(jìn)行定位測(cè)速，搜索，偵查等，它不僅是奪取電磁頻譜控制權(quán)的主要方面，也是獲取目標(biāo)信息和控制信息的主要手段。其中，具有抗偵察與抗干擾能力的“隱身雷達(dá)”——連續(xù)波雷達(dá)，容易在小峰值功率條件下獲得大的時(shí)寬、帶寬乘積，測(cè)距精度高，在頻率域內(nèi)抑制雜波能力強(qiáng)、沒(méi)有速度模糊、體積小、重量輕，被截獲概率低。然而，由于連續(xù)波體制雷達(dá)在時(shí)間上收發(fā)沒(méi)有可分性，導(dǎo)致其發(fā)射機(jī)對(duì)接收機(jī)的影響不能像脈沖體制雷達(dá)那樣可以采用收發(fā)開(kāi)關(guān)來(lái)消除。另外由于受到體積、重量、成本等限制，大多數(shù)連續(xù)波體制的雷達(dá)導(dǎo)引頭采用單天線技術(shù)，這樣收發(fā)隔離不足使發(fā)射信號(hào)泄漏到接收機(jī)中將產(chǎn)生泄漏信號(hào)，信號(hào)泄漏將給連續(xù)波體制雷達(dá)帶來(lái)如下兩個(gè)問(wèn)題。首先，強(qiáng)泄漏信號(hào)會(huì)使中放飽和，甚至使微波混頻器或前置低噪聲放大器飽和。其次，發(fā)射機(jī)泄漏信號(hào)的噪聲邊帶落入到接收帶寬之內(nèi)將引起接收機(jī)靈敏度下降。
    所以設(shè)計(jì)時(shí)必須采取措施降低泄漏信號(hào)噪聲對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響。對(duì)消技術(shù)是解決FMCW雷達(dá)信號(hào)泄漏問(wèn)題的一個(gè)常用方法。

1 對(duì)消技術(shù)的基本思想
    對(duì)消的基本思想是產(chǎn)生泄漏信號(hào)矢量的估計(jì)矢量，應(yīng)用線性疊加原理和原矢量進(jìn)行對(duì)消。為便于分析，先考慮單一矢量UL的情形。由數(shù)學(xué)分析得，矢量a、b及b的正交矢量b’存在如下關(guān)系
   
    通過(guò)式(2)可以得到如圖1所示的矢量分解對(duì)消原理圖，其中矢量a對(duì)應(yīng)矢量UL，矢量b對(duì)應(yīng)矢量Ur，矢量b’對(duì)應(yīng)矢量Ur’。

    由圖1(a)知，UL在Ur和Ur’上的投影分別為式(4)、式(5)
   
    根據(jù)以上分析，對(duì)消技術(shù)的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

    雷達(dá)輸出信號(hào)經(jīng)耦合器分為兩路：一路為發(fā)射信號(hào)；另一路為參考信號(hào)。由于收發(fā)隔離不夠，發(fā)射信號(hào)將泄漏到接收通道。通過(guò)移相器與衰減器對(duì)參考信號(hào)的調(diào)整，使參考信號(hào)和泄漏信號(hào)幅度相等，相位相反進(jìn)行疊加，便可與泄漏信號(hào)對(duì)消。
    在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常使用移相器、衰減器或矢量調(diào)制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度和相位的調(diào)整，但在3 mm波波段，沒(méi)有矢量調(diào)制器可供使用，所以使用衰減器和移相器進(jìn)行幅度和相位的調(diào)整。

2 實(shí)驗(yàn)分析
    實(shí)驗(yàn)框圖如圖3所示。

    將信號(hào)源產(chǎn)生的3 mm信號(hào)通過(guò)耦合器分為兩路，一路為將要被對(duì)消的信號(hào)，即泄漏信號(hào)，另一路為參考信號(hào)。
    實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)合理設(shè)定、調(diào)整兩個(gè)支路間的耦合量和幅度衰減值，使得參考信號(hào)與泄漏信號(hào)幅度基本相等，這樣只需通過(guò)移相器調(diào)整對(duì)消信號(hào)的相位，使之與泄漏信號(hào)相反，便可達(dá)到對(duì)消的目的。實(shí)驗(yàn)中，用可變短路器起到3 mm移相器的作用。
    可變短路器和環(huán)形器組成的模塊，通過(guò)改變可變短路器的長(zhǎng)度，使信號(hào)通過(guò)傳輸線到短路點(diǎn)再反射回來(lái)，這時(shí)，相移是傳輸線電長(zhǎng)度的兩倍。依據(jù)傳輸線理論，線上兩點(diǎn)之間的相位差，等于相移常數(shù)β和兩點(diǎn)之間距離R的乘積，即與R成正比而與λg成反比
   
    其中，△φ為傳輸線上兩點(diǎn)間的相位差；β是相移常數(shù)；λg為工作波長(zhǎng)；R是傳輸線上兩點(diǎn)間的距離差。
    當(dāng)R或β改變時(shí)，相位差會(huì)有一個(gè)變化量，就可以實(shí)現(xiàn)移相的目的?？勺兌搪菲骶褪峭ㄟ^(guò)改變距離差實(shí)現(xiàn)的相位變化。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    泄漏對(duì)消實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖如圖4所示。

     圖5，圖6分別為泄漏對(duì)消前和對(duì)消后的信號(hào)幅度。

     由圖5和圖6知，對(duì)消前信號(hào)功率為-35．5 dBm，對(duì)消后信號(hào)功率為-76．33 dBm，可以得到40．83 dBc的隔離度改善。

4 結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，針對(duì)3mm調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射信號(hào)泄漏問(wèn)題，只要合理設(shè)定、調(diào)整兩個(gè)支路間的耦合量和幅度衰減值，保證參考信號(hào)與泄漏信號(hào)幅度基本相等的情況下，只需通過(guò)移相器調(diào)整對(duì)消漏信號(hào)對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明這種方法有效可行。