空间功率合成技术的合成效率问题研究

工程实践及应用技术空间功率合成技术的合成效率问题研究江志浩,蔡德荣,王孜(解放军91635部队,北京102249)摘要:在电子对抗领域,空间功率合成技术因其能够突破功率器件的制约得到强大的干扰功率,已成为研究的热点。介绍了空间功率合成系统的基本原理和主要技术,分析了影响空间功率合成效率的主要因素,通过计算机仿真进一步分析了AWCN 信道条件下载波相位误差和包络时延误差对空间功率合成效率的影响,进而分析了信号相干带宽与合成效率的关系,最后根据仿真结果对采用空间功率合威技术的通信对抗系统给出了初步的系统构成,并给出了相位调整和时延调整2个关键模块实现方法。关键词:电子对抗;空间功率合成;合威效率;时延;相位中圖分类号: TN914文献标识码: A文章编号: 1003 -3114(2008)02-54-3Research on Combined Eficiency of SpatialPower-combining TechniqueJIANG Zhi-hao, CAI De- rong, WANG Zi(91635 Unit of PLA, Bejig 102249 ,China)Abstract: The spatial power combining technique becomes one of the focuses in electronic countermesure area, because it can obtainhigher power by breaking retricts of power devices .The paper introduces the spatial power-combining technique and analyzes the main factorsaffecting the combined eficiency ,the eficiency of the AWCN envionment under the inluence of carier-hase-eror and envelope delay erorand the relationship of combined eficiency and signal coherent bandwidth. Finally it gives a preliminary ystem constitution of a communicationcountempeasures system using the spatial power-combining technique and an implement method of the two key modules of phase regulator anddelay regulator.Key words:counterpeasures ; spatil power- combining technique ;combined eficiency ;delay ;phase对合成效率的影响，并对对抗系统的构成给出了初0引言步构想。当前在通信千扰领域主要采用固态功率合成技1空间功率 合成理论术的传统单站式干扰机,但是受到高压电源和高功率器件等因素的制约很难突破功率限制,因此采用.设某发射天线位于自由空间,天线输入功率为空间功率合成技术的多站分布式对抗方式越来越受Pr,增益为Gy,则在距离天线L处的最大辐射方向到重视。所谓空间功率合成技术是指利用多个天线的场强幅度[3]为:单元发射频率相同、相位符合特定关系的电磁波,使IEI= L 60PrGr(v/m),(1)之在空间传播过程中相互叠加合成,从而在一定方向上形成电磁波束的技术1.2。采用空间功率合成若接收天线增益为Gr,且接收天线与电波极技术的多站分布式对抗系统在突破功率限制的同化、负载阻抗相匹配,根据弗利斯(Fris)传输方时,还能够克服传统单站波束质心精确对准对抗阵程[4] ,接收天线最大输人功率PR为:地,很容易被精确定位,隐蔽性差的缺点。为了能够Pn= (A)P.GrGn。在工程实践中更好地指导分布式通信对抗系统的设计,本文重点分析了在空间功率合成中影响合成效对天线阵而言,距离天线阵为L的A处的辐射率的主要因素,并通过计算机仿真研究了这些因素场是组成该系统的各阵元天线辐射场的矢量叠加[4)。假设天线阵中各阵元天线具有相同的规格,收稿日期:2007-08-22且中国煤化工输入功率均为Pr,作者简介:江志春(1981-),男,助理工程师,硬士研究生。主要研究方向:敷字卫星通信技术。YHCNMHG二元i天线的初始相54Radio Communications TechnologyVol.34 No.2 2008位为ζ,则阵元天线i发射的信号在该处的场强E2计算机仿真及合成效率分析为4:根据空间功率合成的定义,当各阵元发射信号式中,F(0,p)为各阵元天线自身的方向性函数, E.频率相同、阵元发射信号能够在合成目标点实现同相叠加时,实现最佳空间功率合成。根据接收天线为电场强度振幅，由式(1)知,E_=、60PrGr,k为人射功率和场强的关系,当N个阵元辐射功率完成波程因子。假设各阵元天线均精确对A处,且各阵最佳空间功率合成时,即η=1,合成功率为单个阵元天线具有相同极化,则A处的场强叠加可表示元时人射功率的N2倍,合成效率最高。为:为了指导工程实践,本文在AWGN信道条件ε=pB=pE. eiem，下,分别研究了正弦信号和调制信号的合成效率问式中,N为阵元个数。若A处在阵元远场区,各阵题。对正弦信号而言,本文在一定信噪比条件下仿元与A处距离相对于各阵元之间的距离均为大值，真分析了不同阵元时,各阵元信号到达合成目标处的相位误差(假设相位误差服从高斯分布)与合成效所以对振幅而言可认为:率的关系,仿真结果如图1 (a)所示;对调制信号而言,本文以10元阵为例,在上述信道条件下,且载波因此,式(2)可以表示为:相位误差为零时,仿真分析了不同带宽信号时信号E= E-Eelie-州。.的包络时延误差(假设包络时延服从高斯分布)与合由文献[S]可知,在接收天线负载阻抗和信号波成效率的关系,仿真结果如图1(b)所示。长一定的条件下,接收天线的人射功率与该天线所正弦信号的N元合成效睾0010元阵调制信号含成效率在处场强振幅的平方成正比。因此,根据式(3)有:; 80|日量N=1000+60MHZ1E12= |EAten|=资4(N+2.2 coe(O0,)(4)20N02040608010020406080100式中,O0y=0-g,i=1,",N,j=1,N,j≠i,分相位的均方根误差deg包络时延的均方根误差/ns别为阵元i与阵元j发射信号场强在接收天线处的(a)正弦信号的合成效率问题(b) 单载波调制信号的合成效率问题相位差,θ;=ζ;- kL,i=1,,N,为阵元i辐射信圈1空间功辜合成的合 成效率影响号场强在A处的相位。根据式(4),令:分析图1,可以得出一个结论,在空间功率合成d|EI _.二sin(0),中窄带信号的合成效率仅与各阵元发射信号到达合GAO =告心一a 2 =1=1-.N.;-1.,.N;iAjo因此,当sin(O;)=0,即当O0;=0 i=1,*,成目标处的相位误差有关系,相位误差越小合成效率越高,宽带信号的合成效率和载波相位误差与信N;j=1,-, N;i≠j时式(4)有最大值→N2 ,也就.号的包络时延误差均有关系,载波相位误差越小、包是说当所有阵元发射信号的场强在A处同相叠加络时延误差越小,- -定带宽内的合成效率越高。时,合成场强振幅最大，且此时在A处的电磁波合从合成目标处观测各阵元发射信号,不难发现，成场强为单个阵元辐射场强的N倍,此时该处接收其信道特性近似为一个多径随参信道。以图1(b)天线的人射功率为单个阵元时人射功率的N2倍。为例,当包络时延的均方根误差为or=10 ns时,该信道相干带宽B。x 1/2mo, = 15.9 MHzl6],而此时，令n=(N+2.2 co(O))/N,称η为空间功合成效率随着信号带宽的增加而降低,信号带宽越率合成的合成效率[1] ,该参数是波程L; 和天线相位大中国煤化工E--定带宽内的合ζ;的函数。成效|Y片CN M H G络时延误差τ是2008年苇34卷第2期无线电通信技术55工程实践及应用技术一-空间功率合成中的一项重要指标。包络时延误差τx() _x(n) .多相滤波器决定相干带宽B。,信号带宽B.满足B,