CN219180768U - 宽带宽角有源散射单元及其双站rcs性能的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种宽带宽角有源散射单元及其双站RCS性能的测量装置，散射单元包括：宽带宽角天线网络和宽带单端口反射放大器网络；天线网络包括：平面螺旋天线和微带指数渐变巴伦，天线臂馈电点连接微带指数渐变巴伦的平衡端；巴伦的两个支撑臂分别***平面螺旋天线的两个支撑开口，且两个支撑开口处的天线与巴伦无电气连接；反射放大器网络包括：阻抗变换网络、负阻器件及直流偏置网络，阻抗变换网络的输出端连接负阻器件的正极和直流偏置网络的一端，负阻器件的负极和直流偏置网络的另一端接地。本实用新型在宽角域范围内均具有散射增益，并提供了两种有源散射单元的性能测量装置，可实际测量有源散射单元的双站RCS性能。
Description
技术领域
本实用新型属于信号传播覆盖增强领域，更具体地，涉及一种宽带宽角有源散射单元及其双站RCS性能的测量装置。
背景技术
5G使得“万物互联”成为可能的同时，也伴随着高成本、高能耗、信号盲区增加等一系列实际应用问题。将目前4G设备完全用5G设备替换、大幅增加天线面数量减少信号覆盖盲区，将带来巨大的成本投入，同时伴随着大量资源浪费，故4G和5G长期共存已成为业界共识。在此过程中，产生了天线面资源紧张、信号覆盖盲区较大、基站建设成本与能耗较高等一系列问题。现有的电波传播信号增强的技术存在安装部署复杂、补盲能力有限、功耗较大等问题，尚无可同时在宽频带宽角度范围内解决信号覆盖盲区的低功耗轻量级产品，且目前存在的有源物体散射性能测试装置结构复杂、测试设备昂贵、测试流程繁琐、测量结果误差较大等问题。
实用新型内容
针对现有技术领域的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种宽带宽角有源散射单元及其双站RCS性能的测量装置，旨在解决电波传播过程中产生的信号盲区的问题并针对有源物体提出准确高效的测试装置。
为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种宽带宽角有源散射单元，包括：宽带宽角天线网络和宽带单端口反射放大器网络；
所述宽带宽角天线网络包括：平面螺旋天线和微带指数渐变巴伦，其中，平面螺旋天线的天线臂馈电点连接微带指数渐变巴伦的平衡端；微带指数渐变巴伦的两个支撑臂分别***平面螺旋天线的两个支撑开口，且两个支撑开口处的平面螺旋天线与微带指数渐变巴伦无电气连接；
所述宽带单端口反射放大器网络包括：阻抗变换网络、负阻器件及直流偏置网络，其中，所述阻抗变换网络的输出端连接负阻器件的正极和直流偏置网络的一端，所述负阻器件的负极和直流偏置网络的另一端接地；
所述微带指数渐变巴伦的非平衡端连接阻抗变换网络的输入端，且其非平衡端传输线的特性阻抗与阻抗变换网络输入端传输线的特性阻抗相同。
可选地，所述负阻器件为隧道二极管、耿氏二极管或雪崩二极管，或者所述负阻器件为具有正反馈回路的双极晶体管或场效应管。
可选地，所述阻抗变换网络包括：第一微带线、第一电容、第二微带线、第一电感、第三微带线、第二电容、第二电感、第四微带线以及第三电感；
第一微带线、第一电容、第二微带线、第一电感以及第三微带线顺次依次连接，构成第一串联支路；其中，第一串联支路的输入端为第一微带线的输入端，输出端为第三微带线的输出端；
所述第四微带线和第三电感串联，构成第二串联支路；其中第二串联支路的输入端为第四微带线的输入端，输出端为第三电感的输出端；
所述第二电容与第二电感并联，构成并联支路；且所述并联支路的一端连接第一串联支路的输出端，另一端连接第二串联支路的输入端；所述第一串联支路的输入端构成阻抗变换网络的输入端，第二串联支路的输出端构成阻抗变换网络的输出端。
可选地，所述直流偏置网络包括：第四电感、第五微带线、第五电感、第六微带线、第一分压电阻、第二分压电阻、稳压芯片以及直流电压源；
所述第四电感、第五微带线、第五电感、第六微带线以及第一分压电阻依次串联，第四电感的输入端构成直流偏置网络的输入端，
所述第六微带线以及第一分压电阻串联点依次连接第二分压电阻、稳压芯片及直流电源；所述直流电源的负极和第一分压电阻的非串联点均接地。
可选地，所述第一电容为隔直电容，用于隔离直流进入宽带宽角天线网络。
第二方面，本实用新型提供了一种宽带宽角有源散射单元双站RCS性能的测量装置，包括：宽带定向发射天线、宽带定向接收天线、矢量网络分析仪、数据处理与控制单元、转台、多个绝缘支撑架、标准散射面以及上述第一方面提供的宽带宽角有源散射单元；
所述多个绝缘支撑架用于支撑宽带定向发射天线、宽带定向接收天线、转台以及宽带宽角有源散射单元或标准散射面；所述标准散射面为尺寸确定的方形或圆形金属平板；所述转台用于承载被绝缘支撑架支撑后的宽带宽角有源散射单元或标准散射面；
所述宽带定向发射天线用于向转台上的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射信号，所述宽带定向接收天线用于接收宽带宽角有源散射单元或标准散射面散射的信号；所述宽带定向发射天线和宽带定向接收天线为高增益对数周期天线；
所述转台上分别固定被测的宽带宽角有源散射单元和标准散射面，在测试过程中转台按照一定的角速度旋转；所述宽带宽角有源散射单元中的螺旋天线面垂直于地面，使得螺旋天线的最大辐射方向与地面平行；
所述矢量网络分析仪的第一端口与宽带定向发射天线通过传输电缆连接，其输出的扫频信号通过传输电缆馈送至宽带定向发射天线，由宽带定向发射天线向被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射信号；所述矢量网络分析仪的第二端口连接宽带定向接收天线，接收来自被测有源散射单元或标准散射面的扫频散射信号；
所述数据处理与控制单元与矢量网络分析仪和转台连接，用于控制转台旋转，且对矢量网络分析仪接收的散射信号处理，得到宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数的测量结果。
可选地，所述矢量网络分析仪的第二端口连接宽带定向接收天线，接收来自被测有源散射单元或标准散射面的扫频散射信号，分别输出对应的传输系数
、
；其中，/>
表示宽带定向发射天线的最大增益方向与散射平面法线的夹角，
表示宽带定向发射天线的最大增益方向与竖直方向的夹角，/>
表示宽带定向接收天线的最大增益方向与散射平面法线的夹角，/>
表示宽带定向接收天线的最大增益方向与竖直方向的夹角；
被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数采用以下公式计算：
其中，
是标准散射面的双站RCS值。
第三方面，本实用新型提供了一种宽带宽角有源散射单元双站RCS性能的测量装置，包括：上述第一方面提供的宽带宽角有源散射单元、标准散射面、无人机运载平台、地面接收处理站、地面宽带调制信号发射机及发射天线；
所述地面接收处理站包括：阵列接收天线和阵列接收机；其中，阵列接收天线采用单极子全向天线作为阵元，阵列接收机包括多个宽带超外差接收通道，每个接收通道自带本振源，并可通过外部输入参考时钟和同步触发脉冲将所有接收通道的本振锁定于同频同相状态；
所述无人机运载平台用于分别运载被测的宽带宽角有源散射单元和标准散射面至开放空间；
所述地面宽带调制信号发射机和发射天线用于向被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射宽带调制信号；
所述地面接收处理站用于接收来自于被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面的散射波信号，以及接收直接来自于地面宽带调制信号发射机的直达波信号，以获取宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数的测量结果。
可选地，所述地面接收处理站还包括：阵列同步采集单元、阵列数字预处理单元、超分辨DOA估计单元、直达波/散射波分离单元、距离多普勒处理单元以及双站RCS计算单元；
所述阵列同步采集单元对前述阵列接收机输出的多路中频信号进行同步采样量化；
所述阵列数字预处理单元对前述阵列同步采集单元输出的多路数字中频信号进行数字下变频和滤波抽取处理，输出多路IQ复基带信号；
所述超分辨DOA估计单元对前述阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号进行处理，估计出直达波和散射波的来波方向；
所述直达波/散射波分离单元对阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号进行数字波束形成处理，分别输出直达波和散射波的IQ复基带信号；
所述距离多普勒处理单元对前述直达波/散射波分离单元输出的直达波和散射波IQ复基带信号计算其二维加权模糊函数，并从中取出距离谱的谱峰点所对应的横坐标和纵坐标值，以确定散射波与直达波的传播行程差值和散射信号相对强度值。
所述双站RCS计算单元根据超分辨DOA估计单元估计出的信号来波方向和距离多普勒处理单元输出的对应于标准散射面的散射信号相对强度
、对应于被测宽带宽角有源散射单元的散射信号相对强度/>
，其中，/>
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分别表示从宽带定向发射天线入射至散射面的入射波的方位角和俯仰角，/>
、/>
分别表示从散射面入射至地面接收处理站天线阵中心点的散射波的方位角和俯仰角；/>
采用下式计算被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS值：
其中，
是标准散射面的双站RCS值。
可选地，所述地面接收处理站还包括：显示单元和无线通信单元；
所述显示单元用于实时显示超分辨DOA估计单元计算的直达波和散射波来波方向的方位角和俯仰角、距离多普勒处理单元输出的直达波与散射波之间的距离多普勒谱以及双站RCS计算单元输出的被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS值；
所述无线通信单元用于向无人机运载平台发送位置和姿态控制指令，并接收无人机运载平台实时下传的位置坐标信息。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本实用新型提供一种宽带宽角有源散射单元及其双站RCS性能的测量装置，在宽角域范围内均具有散射增益，用于改善5G移动通信覆盖效果，可以大幅减少所需要建设的基站数量。该宽角散射增益效果是由宽带宽角平面螺旋天线与反射放大器直接连接而产生的，反射放大器可对天线接收到的所有方向上的信号进行增强，因此宽带宽角有源散射单元的角度覆盖与平面螺旋天线的波束宽度一致。
本实用新型提供一种宽带宽角有源散射单元及其双站RCS性能的测量装置，在宽频带范围内均具有较大的散射增益，可以增大信号传播过程中基站部署的距离，进一步减少基站数量。该效果是由本实用新型中提出的天线阻抗变换网络与反射放大器中的阻抗变换网络的精准匹配产生的。本实用新型中提出的阻抗变换网络结构使得天线网络和负阻器件在宽频带内均具有良好的阻抗匹配关系，从而产生较大的反射增益。
本实用新型提出的宽带宽角有源散射单元具有极低的功耗，可助力移动通信技术实现绿色双碳的发展目标。这是由于有源散射单元中使用的有源负阻器件仅需极低的偏置电压即可工作在负阻区域，从而产生较高的反射增益。
本实用新型提出的针对宽带宽角有源散射单元在微波暗室内测量装置连接关系与现有测试装置相比，减少了接收装置的数量，减小了测试的空间，简化了测试流程。现有的测试装置是有多个接收装置等角度间隔围绕待测件一周放置，而待测件固定在中央不转动，这种测量方式需要极大的测试空间、较多的接收装置以及复杂的接收信号处理才能得到较为精准的散射增益测试结果。而本实用新型中提出的微波暗室测量装置是仅需一个发射天线和一个接收天线，发射天线和接收天线与待测件的夹角固定，将待测件放置在转台中央，转台按一定角频率转动，按照一定角度间隔记录下收发天线的信号强度之比，经过简单的数据处理即可得到宽带宽角有源散射单元的散射特性。
本实用新型提出的针对宽带宽角有源散射单元在开放空间中的测量装置目前暂无现有的相关装置。本实用新型中提出的开放空间测试装置具有较强的灵活性，待测的宽带宽角有源散射单元由无人机悬挂，可根据实际测试环境调整无人机的位置与姿态，从而调整待测件与接收站、发射站的位置关系，且地面接收处理站具有高精度、高分辨率的信号处理功能，能高效地分辨出直达波与散射波的方向与强度，进而可评估出宽带宽角有源散射单元的双站RCS性能与地面散射场分布情况。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的宽带宽角有源散射单元的组成结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的单端口反射放大器电路结构图；
图3是本实用新型实施例提供的微波暗室测量装置连接关系图；
图4是本实用新型实施例提供的开放空间测量装置组成示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100表示平面螺旋天线，200表示微带指数渐进巴伦，300表示单端口反射放大电路；301表示阻抗变换网络，302表示负阻器件，303表示直流偏置网络，3031表示稳压芯片，TL_m0表示阻抗变换网络中的第一微带线，C_m0表示阻抗变换网络中的第一电容，TL_m1表示阻抗变换网络中的第二微带线，L_m1表示阻抗变换网络中的第一电感，TL_m2表示阻抗变换网络中的第三微带线，C_m1表示阻抗变换网络中的第二电容，L_m2表示阻抗变换网络中的第二电感，TL_m3表示阻抗变换网络中的第四微带线，L_m3表示阻抗变换网络中的第三电感，TJ表示T型转接头，L_d1表示直流偏置网络中的第一电感，C_d1表示直流偏置网络中的第一电容，TL_d1表示直流偏置网络中的第一微带线，L_d2表示直流偏置网络中的第二电感，TL_d2表示直流偏置网络中的第二微带线，C_d2表示直流偏置网络中的第二电容，R1表示第一分压电阻，R2表示第二分压电阻，DC表示直流电压源；1表示宽带宽角有源散射单元，2表示标准散射面，3表示转台，4表示发射天线，5表示接收天线，6表示矢量网络分析仪，7表示数据处理与控制单元；11表示无人机运载平台，12表示地面带宽调制信号发射机，13表示地面接收处理站，1301表示阵列接收天线，1302表示阵列接收机，1303表示阵列同步采集单元，1304表示阵列数字预处理单元，1305表示直达波/散射波分离单元，1306表示超分辨DOA估计单元，1307表示距离多普勒处理单元，1308表示双站RCS计算单元，1309表示显示单元，1310表示无线通信单元，1311表示无线通信天线。
具体实施方式
为方便理解，下面先对本申请实施例所涉及的英文简写和有关技术术语进行解释和描述。
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
图1为本实用新型提供的宽带宽角有源散射单元的组成结构示意图，如图1所示，其使用平面螺旋天线100作散射单元接收与辐射信号的装置。平面螺旋天线100的螺旋结构为等角螺旋与阿基米德螺旋的组合。微带指数渐变巴伦200的一端为平衡端，可近似看成平行双线，与平面螺旋天线100中央的两个天线臂的馈电点接触，巴伦200的另一端为非平衡端，可近似看成微带线结构。在一个具体的示例中，其边沿处的线宽为50Ω微带线的线宽，与反射放大器300的输入端口直接相连。微带指数渐变巴伦200的两个支撑臂***平面螺旋天线的支撑开口处，两者之间无电气连接，仅用于固定与支撑。微带指数渐变巴伦200的作用是将螺旋天线100中心两个馈电点的平衡结构变换为反射放大器300端口的非平衡结构，同时微带指数渐变巴伦200起到天线网络的阻抗变换的作用，将螺旋天线100平面的高输入阻抗变换到反射放大器300端口50Ω的低输入阻抗。
图2是本实用新型提供的单端口反射放大器电路结构图，如图2所示，单端口反射放大器电路整体分为三个部分：阻抗变换网络301、直流偏置网络303、负阻302。反射放大器电路印刷在与巴伦相同的介质基板上，与巴伦的非平衡端直接相连。
其中，如图2所示，阻抗变换网络301中：TL_m0表示阻抗变换网络中的第一微带线，C_m0表示阻抗变换网络中的第一电容，TL_m1表示阻抗变换网络中的第二微带线，L_m1表示阻抗变换网络中的第一电感，TL_m2表示阻抗变换网络中的第三微带线，C_m1表示阻抗变换网络中的第二电容，L_m2表示阻抗变换网络中的第二电感，TL_m3表示阻抗变换网络中的第四微带线，L_m3表示阻抗变换网络中的第三电感；
具体地，第一微带线TL_m0、第一电容C_m0、第二微带线TL_m1、第一电感L_m1以及第三微带线TL_m2顺次依次连接，构成第一串联支路；其中，第一串联支路的输入端为第一微带线TL_m0的输入端，输出端为第三微带线TL_m2的输出端；
所述第四微带线TL_m3和第三电感L_m3串联，构成第二串联支路；其中第二串联支路的输入端为第四微带线TL_m3的输入端，输出端为第三电感L_m3的输出端；
所述第二电容C_m1与第二电感L_m2并联，构成并联支路；且所述并联支路的一端连接第一串联支路的输出端，另一端连接第二串联支路的输入端；所述第一串联支路的输入端构成阻抗变换网络301的输入端，第二串联支路的输出端构成阻抗变换网络301的输出端。
具体地，如图2所示，直流偏置网络303中：L_d1表示直流偏置网络中的第一电感，C_d1表示直流偏置网络中的第一电容，TL_d1表示直流偏置网络中的第一微带线，L_d2表示直流偏置网络中的第二电感，TL_d2表示直流偏置网络中的第二微带线，C_d2表示直流偏置网络中的第二电容，R1表示第一分压电阻，R2表示第二分压电阻，DC表示直流电压源。具体连接关系参见图2所绘制，在此不做赘述。
在一个具体的实施例中，阻抗变换网络电路301用于将反射放大器端口50Ω的输入阻抗变换至负阻器件所在的电路的输入阻抗，该部分由电容、电感以及不同尺寸的微带线构成：阻抗变换网络301由集总参数元件（电容、电感）以及分布参数元件（微带线）构成。阻抗变换网络301与天线网络相连处的微带线为50欧姆线宽，其余不同尺寸的传输线一方面用于连接电容电感，另一方面用于变换阻抗，电容C_m0用于隔离直流信号进入天线端，不同参数的电容与电感使用串联与并联的方式连接可对电路的阻抗进行调谐，使其达到预设的阻抗变换效果。负阻器件302可使用隧道二极管、耿氏二极管或雪崩二极管以及具有正反馈回路的双极晶体管或场效应管，对其添加合适的偏置电压使其工作在负阻区域，使得整个电路的阻抗实部为负值。负阻器件302的正极连接在微带线T型接头TJ上，与阻抗变换网络301以及直连偏置网络303相连，负极直接接地，以提供宽带负阻效果。直流偏置网络为负阻器件提供合适的直流偏置电压，使其稳定工作于负阻区域。扼流电感用于抑制直流电压源中混杂的交流信号，去耦电容可隔离交流信号，防止交流信号进入直流电压源。由于负阻器件所需要的直流偏置电压较小，而在实际使用过程中直流电源的输出电压会随着使用的时长而减小，因此需要稳压芯片和分压电阻，使得直流偏置电压稳定在所需要的直流电压上。
阻抗变换网络301决定了单端口反射放大器的频点、带宽和增益。对反射放大器电路中的阻抗变换网络元件参数进行优化，须结合所设置的负阻器件的直流偏置电压，因为偏压不同，负阻器件的等效动态导纳则发生变化。同时，由于器件的负阻特性仅是由其伏安特性曲线中的负斜率曲线段所引起的，其偏置点的选取还直接影响着反射放大器的无谐波失真动态范围SFDR和互调失真特性。因此，须综合采用小信号频域稳态分析和大信号谐波平衡分析（或交调波平衡分析）技术来进行电路设计和参数优化，使得所设计的反射放大器在工作频率范围、增益、无失真动态范围等指标方面均满足宽带宽角有源散射单元对有源放大电路的要求。
图3为本实用新型提供的微波暗室测量装置连接关系图，如图3所示，固定在转台3中央垂直放置绝缘支撑杆用于固定待测量的宽带宽角有源散射单元1以及标准散射面2，固定的宽带宽角有源散射单元1中的螺旋天线面垂直于地面，使得螺旋天线的最大辐射方向与地面平行。转台3通过转台控制线与数据处理与控制单元7连接，数据处理与控制单元7控制转台3的转动方向与转动速度。宽带定向发射天线4为高增益对数周期天线，其馈电端口通过低损耗传输线连接矢量网络分析仪6的第一端口，宽带定向接收天线5为高增益对数周期天线，其馈电端口通过低损耗传输线连接矢量网络分析仪6的第二端口。
宽带定向发射天线4和宽带定向接收天线5分别固定在对应的绝缘支撑杆上，宽带宽角有源散射单元1或标准散射面2、宽带定向发射天线4、宽带定向接收天线5的几何中心在同一水平高度。矢量网络分析仪6的第一端口输出扫频信号经过低损耗传输线到达宽带定向发射天线4的馈电端口，由宽带定向发射天线4向宽带宽角有源散射单元1或标准散射面2发射信号，宽带宽角有源散射单元1将接收到信号进过反射放大并向外辐射，宽带定向接收天线5接收宽带宽角有源散射单元1或标准散射面2向外辐射的信号，并将放大后的扫频信号通过低损耗传输线输入矢量网络分析仪6的第二端口。宽带定向发射天线4的最大增益方向与宽带宽角有源散射单元平面1或标准散射面2法线的夹角为
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与/>
之和为定值/>
。数据处理与控制单元7与矢量网络分析仪6的数据传输端口相连，将矢量网络分析仪6测量的传输系数输入数据处理与控制单元7中。
在测量的过程中，首先，在转台的绝缘支撑杆上固定标准散射面，数据处理与控制单元通过数据传输线控制矢量网络分析仪第一端口向发射天线发射扫频信号，同时数据处理与控制单元通过转台控制线控制转台按照一定的角速度沿规定的方向转动。在转台转动的过程中，接收天线接收标准散射面辐射的放大信号，并将其输入矢量网络分析第二端口。在转台转动一圈的过程中，矢量网络分析仪按照一定的角度间隔将不同角度下对应的传输系数通过数据传输端口输入数据处理与控制单元。转台转动一圈之后，测量停止。其次，在转台的绝缘支撑杆上固定待测的宽带宽角有源散射单元，使用与上述相同的流程。在数据处理与控制单元中根据两次测量得到的信号数据以及转台的角度信息计算得到宽带宽角有源散射单元的散射性能。数据处理过程的简要推导计算流程如下：
设被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS为
。利用FDTD等方法计算得到标准散射面的RCS为/>
。/>
表示转台上固定标准散射面，发射天线与标准散射面法线方向夹角为/>
，接收天线与标准散射面法线方向夹角为
时，矢量网络分析仪测量得到的传输系数。/>
表示转台上固定宽带宽角有源散射单元，发射天线与宽带宽角有源散射单元法线方向夹角为/>
，接收天线与宽带宽角有源散射单元法线方向夹角为/>
时，矢量网络分析仪测量得到的传输系数。因此有如下等式：
从而得到被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS为：
图4是本实用新型提供的开放空间测试装置结构连接图，如图4所示，开放空间测试装置中包含：被测宽带宽角有源散射单元和标准散射面及其无人机运载平台11、地面接收处理站13、地面宽带调制信号发射机12。无人机分别将标准散射面和宽带宽角有源散射单元搭载升空至同一点位。位于地面的发射机通过全向天线或低增益定向天线发射宽带调制信号，而地面接收处理站则接收并处理直达波信号和经升空散射体（标准金属球面或平面、宽带宽角有源散射单元）散射而来的散射波信号。
考虑到散射波传播路径衰减可能远大于直达波路径，因此地面接收处理站具有阵列接收天线1301、阵列接收机1302、阵列同步采集单元1303、阵列数字预处理单元1304、超分辨DOA估计单元1306、直达波／散射波分离单元1305、距离多普勒处理单元1307、双站RCS计算单元1308、显示单元1309、与无人机的无线通信单元1310以及无线通信天线1311（即无人机遥控通信单元）。
阵列接收天线1301采用单极子全向天线作为阵元，构成8阵元或16阵元的均匀圆形天线阵，用于接收来自于地面发射机的直达波信号以及来自于宽带宽角有源散射面或标准散射面的散射波信号；阵列接收机1302对阵列接收天线1301接收到的信号进行预处理，其中包括8个或16个性能一致的宽带超外差接收通道，每个接收通道自带本振源，并可通过外部输入参考时钟和同步触发脉冲锁定于同频同相状态；阵列同步采集单元1301对前述阵列接收机输出的多路中频信号进行高精度同步采样量化；阵列数字预处理单元1304对阵列同步采集单元输出的多路数字中频信号进行数字下变频和滤波抽取处理，输出多路的IQ复基带信号；超分辨DOA估计单元1306对前述阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号使用信息论准则估计来波信号的信源个数，并采用多重信号分类算法超分辨率地估计出每个信号的来波方向，包括来波方位角和俯仰角，这些来波方向分别对应于直达波和散射波的方向；直达波/散射波分离单元1305对阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号使用数字波束形成算法，计算出直达波、散射波的IQ复基带信号；距离多普勒处理单元1307对前述直达波/散射波分离单元输出的直达波、散射波IQ复基带信号计算其二维加权模糊函数，并从中取出距离谱的谱峰点所对应的横坐标和纵坐标值，它们分别对应于散射波与直达波的传播行程差值、散射信号相对强度值；双站RCS计算单元1308根据前述距离多普勒处理单元输出的对应于标准散射面的散射信号相对强度
、对应于被测宽带宽角有源散射单元的散射信号相对强度/>
，采用下式计算被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS值：
其中，
是标准散射面的双站RCS值。
将双站RCS计算单元的结果与无人机的无线通信单元1310中无人机下传的位置坐标进行比对，将结果呈现在显示单元1309中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种宽带宽角有源散射单元，其特征在于，包括：宽带宽角天线网络和宽带单端口反射放大器网络；
所述宽带宽角天线网络包括：平面螺旋天线和微带指数渐变巴伦，其中，平面螺旋天线的天线臂馈电点连接微带指数渐变巴伦的平衡端；微带指数渐变巴伦的两个支撑臂分别***平面螺旋天线的两个支撑开口，且两个支撑开口处的平面螺旋天线与微带指数渐变巴伦无电气连接；
所述宽带单端口反射放大器网络包括：阻抗变换网络、负阻器件及直流偏置网络，其中，所述阻抗变换网络的输出端连接负阻器件的正极和直流偏置网络的一端，所述负阻器件的负极和直流偏置网络的另一端接地；
所述微带指数渐变巴伦的非平衡端连接阻抗变换网络的输入端，且其非平衡端传输线的特性阻抗与阻抗变换网络输入端传输线的特性阻抗相同。
2.根据权利要求1所述的宽带宽角有源散射单元，其特征在于，所述负阻器件为隧道二极管、耿氏二极管或雪崩二极管，或者所述负阻器件为具有正反馈回路的双极晶体管或场效应管。
3.根据权利要求1或2所述的宽带宽角有源散射单元，其特征在于，所述阻抗变换网络包括：第一微带线、第一电容、第二微带线、第一电感、第三微带线、第二电容、第二电感、第四微带线以及第三电感；
第一微带线、第一电容、第二微带线、第一电感以及第三微带线顺次依次连接，构成第一串联支路；其中，第一串联支路的输入端为第一微带线的输入端，输出端为第三微带线的输出端；
所述第四微带线和第三电感串联，构成第二串联支路；其中第二串联支路的输入端为第四微带线的输入端，输出端为第三电感的输出端；
所述第二电容与第二电感并联，构成并联支路；且所述并联支路的一端连接第一串联支路的输出端，另一端连接第二串联支路的输入端；所述第一串联支路的输入端构成阻抗变换网络的输入端，第二串联支路的输出端构成阻抗变换网络的输出端。
4.根据权利要求1或2所述的宽带宽角有源散射单元，其特征在于，所述直流偏置网络包括：第四电感、第五微带线、第五电感、第六微带线、第一分压电阻、第二分压电阻、稳压芯片以及直流电压源；
所述第四电感、第五微带线、第五电感、第六微带线以及第一分压电阻依次串联，第四电感的输入端构成直流偏置网络的输入端，
所述第六微带线以及第一分压电阻串联点依次连接第二分压电阻、稳压芯片及直流电源；所述直流电源的负极和第一分压电阻的非串联点均接地。
5.根据权利要求3所述的宽带宽角有源散射单元，其特征在于，所述第一电容为隔直电容，用于隔离直流进入宽带宽角天线网络。
6.一种宽带宽角有源散射单元双站RCS性能的测量装置，其特征在于，包括：宽带定向发射天线、宽带定向接收天线、矢量网络分析仪、数据处理与控制单元、转台、多个绝缘支撑架、标准散射面以及权利要求1至5任一项所述的宽带宽角有源散射单元；
所述多个绝缘支撑架用于支撑宽带定向发射天线、宽带定向接收天线、转台以及宽带宽角有源散射单元或标准散射面；所述标准散射面为尺寸确定的方形或圆形金属平板；所述转台用于承载被绝缘支撑架支撑后的宽带宽角有源散射单元或标准散射面；
所述宽带定向发射天线用于向转台上的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射信号，所述宽带定向接收天线用于接收宽带宽角有源散射单元或标准散射面散射的信号；所述宽带定向发射天线和宽带定向接收天线为高增益对数周期天线；
所述转台上分别固定被测的宽带宽角有源散射单元和标准散射面，在测试过程中转台按照预设角速度旋转；所述宽带宽角有源散射单元中的螺旋天线面垂直于地面，使得螺旋天线的最大辐射方向与地面平行；
所述矢量网络分析仪的第一端口与宽带定向发射天线通过传输电缆连接，其输出的扫频信号通过传输电缆馈送至宽带定向发射天线，由宽带定向发射天线向被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射信号；所述矢量网络分析仪的第二端口连接宽带定向接收天线，接收来自被测有源散射单元或标准散射面的扫频散射信号；
所述数据处理与控制单元与矢量网络分析仪和转台连接，用于控制转台旋转，且对矢量网络分析仪接收的散射信号处理，得到宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数的测量结果。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述矢量网络分析仪的第二端口连接宽带定向接收天线，接收来自被测有源散射单元或标准散射面的扫频散射信号，分别输出对应的传输系数
、/>
；其中，/>
表示宽带定向发射天线的最大增益方向与散射平面法线的夹角，/>
表示宽带定向发射天线的最大增益方向与竖直方向的夹角，/>
表示宽带定向接收天线的最大增益方向与散射平面法线的夹角，/>
表示宽带定向接收天线的最大增益方向与竖直方向的夹角；
被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数采用以下公式计算：
其中，
是标准散射面的双站RCS值。
8.一种宽带宽角有源散射单元双站RCS性能的测量装置，其特征在于，包括：权利要求1至5任一项所述的宽带宽角有源散射单元、标准散射面、无人机运载平台、地面接收处理站、地面宽带调制信号发射机及发射天线；
所述地面接收处理站包括：阵列接收天线和阵列接收机；其中，阵列接收天线采用单极子全向天线作为阵元，阵列接收机包括多个宽带超外差接收通道，每个接收通道自带本振源，并可通过外部输入参考时钟和同步触发脉冲将所有接收通道的本振锁定于同频同相状态；
所述无人机运载平台用于分别运载被测的宽带宽角有源散射单元和标准散射面至开放空间；
所述地面宽带调制信号发射机和发射天线用于向被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面发射宽带调制信号；
所述地面接收处理站用于接收来自于被测的宽带宽角有源散射单元或标准散射面的散射波信号，以及接收直接来自于地面宽带调制信号发射机的直达波信号，以获取宽带宽角有源散射单元的双站RCS参数的测量结果。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述地面接收处理站还包括：阵列同步采集单元、阵列数字预处理单元、超分辨DOA估计单元、波分离单元、距离多普勒处理单元以及双站RCS计算单元；
所述阵列同步采集单元对前述阵列接收机输出的多路中频信号进行同步采样量化；
所述阵列数字预处理单元对前述阵列同步采集单元输出的多路数字中频信号进行数字下变频和滤波抽取处理，输出多路IQ复基带信号；
所述超分辨DOA估计单元对前述阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号进行处理，估计出直达波和散射波的来波方向；
所述波分离单元对阵列数字预处理单元输出的多路IQ复基带信号进行数字波束形成处理，分别输出直达波和散射波的IQ复基带信号；
所述距离多普勒处理单元对前述波分离单元输出的直达波和散射波IQ复基带信号计算其二维加权模糊函数，并从中取出距离谱的谱峰点所对应的横坐标和纵坐标值，以确定散射波与直达波的传播行程差值和散射信号相对强度值；
所述双站RCS计算单元根据超分辨DOA估计单元估计出的信号来波方向和距离多普勒处理单元输出的对应于标准散射面的散射信号相对强度
、对应于被测宽带宽角有源散射单元的散射信号相对强度/>
，其中，/>
、/>
分别表示从宽带定向发射天线入射至散射面的入射波的方位角和俯仰角，/>
、/>
分别表示从散射面入射至地面接收处理站天线阵中心点的散射波的方位角和俯仰角；
采用下式计算被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS值：
其中，
是标准散射面的双站RCS值。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述地面接收处理站还包括：显示单元和无线通信单元；
所述显示单元用于实时显示超分辨DOA估计单元计算的直达波和散射波来波方向的方位角和俯仰角、距离多普勒处理单元输出的直达波与散射波之间的距离多普勒谱以及双站RCS计算单元输出的被测宽带宽角有源散射单元的双站RCS值；
所述无线通信单元用于向无人机运载平台发送位置和姿态控制指令，并接收无人机运载平台实时下传的位置坐标信息。
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|---|---|---|---|
| CN202320998770.4U CN219180768U (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 宽带宽角有源散射单元及其双站rcs性能的测量装置 |
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| CN202320998770.4U CN219180768U (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 宽带宽角有源散射单元及其双站rcs性能的测量装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117538627A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-02-09 | 成都湖山电子科技有限公司 | 一种端口阻抗一致性测量设备与方法 |
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2023
- 2023-04-28 CN CN202320998770.4U patent/CN219180768U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117538627A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-02-09 | 成都湖山电子科技有限公司 | 一种端口阻抗一致性测量设备与方法 |
| CN117538627B (zh) * | 2024-01-08 | 2024-03-12 | 成都湖山电子科技有限公司 | 一种端口阻抗一致性测量设备与方法 |
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