一種解決FMCW雷達(dá)發(fā)射機功率泄漏的方法

摘要 針對3 mm波段調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射信號泄漏問題，在分析泄漏機理的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的對消技術(shù)改進方案，只要合理設(shè)定、調(diào)整兩個支路間的耦合量和幅度衰減值，在保證參考信號與泄漏信號幅度基本相等的情況下，只需通過移相器調(diào)整對消信號的相位，便可達(dá)到對消泄漏信號的目的，降低了泄漏信號對接收機靈敏度的影響，實驗結(jié)果與分析結(jié)果基本一致。
關(guān)鍵詞 信號泄漏；矢量對消；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、空等各個領(lǐng)域，承擔(dān)著軍事和民用任務(wù)，可進行定位測速，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寬、帶寬乘積，測距精度高，在頻率域內(nèi)抑制雜波能力強、沒有速度模糊、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)在時間上收發(fā)沒有可分性，導(dǎo)致其發(fā)射機對接收機的影響不能像脈沖體制雷達(dá)那樣可以采用收發(fā)開關(guān)來消除。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)射信號泄漏到接收機中將產(chǎn)生泄漏信號，信號泄漏將給連續(xù)波體制雷達(dá)帶來如下兩個問題。首先，強泄漏信號會使中放飽和，甚至使微波混頻器或前置低噪聲放大器飽和。其次，發(fā)射機泄漏信號的噪聲邊帶落入到接收帶寬之內(nèi)將引起接收機靈敏度下降。
    所以設(shè)計時必須采取措施降低泄漏信號噪聲對接收機靈敏度的影響。對消技術(shù)是解決FMCW雷達(dá)信號泄漏問題的一個常用方法。

1 對消技術(shù)的基本思想
    對消的基本思想是產(chǎn)生泄漏信號矢量的估計矢量，應(yīng)用線性疊加原理和原矢量進行對消。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
   
    通過式(2)可以得到如圖1所示的矢量分解對消原理圖，其中矢量a對應(yīng)矢量UL，矢量b對應(yīng)矢量Ur，矢量b’對應(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，對消技術(shù)的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

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

2 實驗分析
    實驗框圖如圖3所示。

    將信號源產(chǎn)生的3 mm信號通過耦合器分為兩路，一路為將要被對消的信號，即泄漏信號，另一路為參考信號。
    實驗時，通過合理設(shè)定、調(diào)整兩個支路間的耦合量和幅度衰減值，使得參考信號與泄漏信號幅度基本相等，這樣只需通過移相器調(diào)整對消信號的相位，使之與泄漏信號相反，便可達(dá)到對消的目的。實驗中，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，通過改變可變短路器的長度，使信號通過傳輸線到短路點再反射回來，這時，相移是傳輸線電長度的兩倍。依據(jù)傳輸線理論，線上兩點之間的相位差，等于相移常數(shù)β和兩點之間距離R的乘積，即與R成正比而與λg成反比
   
    其中，△φ為傳輸線上兩點間的相位差；β是相移常數(shù)；λg為工作波長；R是傳輸線上兩點間的距離差。
    當(dāng)R或β改變時，相位差會有一個變化量，就可以實現(xiàn)移相的目的。可變短路器就是通過改變距離差實現(xiàn)的相位變化。

3 實驗結(jié)果
    泄漏對消實驗實物圖如圖4所示。

     圖5，圖6分別為泄漏對消前和對消后的信號幅度。

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

4 結(jié)束語
    通過理論分析和實驗證明，針對3mm調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射信號泄漏問題，只要合理設(shè)定、調(diào)整兩個支路間的耦合量和幅度衰減值，保證參考信號與泄漏信號幅度基本相等的情況下，只需通過移相器調(diào)整對消漏信號對接收機靈敏度的影響。實驗測試結(jié)果證明這種方法有效可行。