远距离大功率微波功率传输系统引导信标零中频提取方法

本发明涉及微波功率传输领域，尤其涉及一种远距离大功率微波功率传输系统引导信标零中频提取方法。

背景技术：

1、现有空间太阳能电站方案中，已有分散-独立-汇聚空天太阳能电站方案即dic-asps方案，其中dic为disperse independence convergence的缩写，asps为aerospacesolar power station的缩写。该方案涉及远距离大容量连续无线功率传输技术，其微波功率传输依靠波束回溯阵列实现：设置引导信标，各阵元提取引导信标的相位信息并发射相位共轭的功率波束，使功率波束自动回溯指向引导信标方向。

2、dic-asps的基本原理已公开，但其工程化实现存在困难。空间太阳能电站的微波功率传输需要大规模相控阵。由于单个功放功率有限，每个阵元需采用微波功率合成技术。

3、实现上述方案的瓶颈在于引导信标信号的提取。单元发射功率为kw量级即60dbm，接收引导信标信号电平为-90dbm量级，二者相差150db即10的15次方倍；强大的发射功率进入引导信标信号接收机，将导致接收机阻塞或损毁；引导信标信号提取电路需大于10db的信噪比，因此收发隔离度应大于150db加10db即160db。

4、针对上述收发隔离问题，申请人已在先申请了公开号为cn119995707a、名称为远距离大容量微波功率传输系统中引导信标的提取方法的发明专利申请。该在先申请把160db的收发隔离度指标分散到双频天线、振幅相位对消模块、输入带通滤波器，由各部分独立完成分配的指标，再用电子电路汇聚一体，共同实现至少160db的收发隔离度：双频天线提供至少30db隔离度，振幅相位对消模块提供至少60db隔离度，带通滤波器对发射频率提供大于70db衰减。

5、但是，按照该在先申请实现的地面演示验证系统仅有16个阵元，阵元收发电路均为模拟微波电路，共轭处理在微波频段完成，体积重量大，难以芯片化；按该技术实现大规模空间相控阵存在困难。因此需要一种把共轭处理移到基带完成的引导信标零中频提取方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种远距离大功率微波功率传输系统引导信标零中频提取方法。在申请人在先申请已实现的至少160db收发隔离度的基础上，采用零中频技术把共轭处理移到基带完成，使阵元收发电路便于芯片化，从而支撑大规模空间相控阵的工程实现。

2、为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种远距离大功率微波功率传输系统引导信标零中频提取方法，包括如下步骤：

3、s1，以相控阵中心阵元作为中心参考阵元，认定其接收引导信标信号的相位为0；其余各阵元的双频天线接收引导信标信号，其中一路通过带通放大（m）的输出和带通放大（中）的输出进行混频，另一路通过带通放大（m）的输出和带通放大（中）经过90度移相后的输出进行混频，混频差频分量落在基带；其中带通放大（中）为中心参考阵元的一路信号；

4、s2，对两路混频输出分别进行低通滤波，滤除混频产生的高频项，仅保留基带分量，得到同相分量与正交分量，为第m路接收的引导信标信号相对于中心参考阵元的相位差；同相分量与正交分量以两路模拟电压形式保存对应阵元的相对相位；在基带用运放电路对正交分量取反，得到取反后的正交分量，同相分量与取反后的正交分量共同构成共轭复分量，为虚数单位，实现相对相位翻转；

5、s3，将同相分量与同相参考信号相乘，将取反后的正交分量与正交参考信号相乘，两路乘积由相加器相加合成；合成信号经倍频与带通放大变换为相位共轭发射信号，将相位共轭发射信号馈入双频天线发射端发射，同相参考信号与正交参考信号的频率与引导信标信号频率相同，实现功率波束朝引导信标信号来波方向回溯。

6、上述技术方案优选的，所述s1包括，中心参考阵元选取相控阵的几何中心阵元，将其接收引导信标信号经带通放大后的输出作为全阵相位基准并认定其相位为0，其余各阵元分别与该中心参考阵元比相，所得相位均为相对于中心参考阵元的相对相位。

7、上述技术方案优选的，所述s1中同相参考信号为中心参考阵元接收引导信标信号经带通放大后的输出，所述正交参考信号由该输出经90度移相器移相得到，同相参考信号与正交参考信号频率相同、幅度相等且相位彼此正交。

8、上述技术方案优选的，所述s2中低通滤波将混频产生的2倍频项滤除，仅保留基带分量，所得同相分量表征为对应阵元相对相位的余弦，所得正交分量表征为对应阵元相对相位正弦的取反。

9、上述技术方案优选的，所述s2中取共轭在基带由运放电路完成，同相分量直通保持不变，正交分量经运放电路反相放大，得到取反后的正交分量，同相分量与取反后的正交分量共同构成共轭后的复分量。

10、上述技术方案优选的，所述s3相加器的一个输入为同相分量与同相参考信号的乘积，另一个输入为取反后的正交分量与正交参考信号的乘积，相加器将两路乘积相加合成，合成信号的频率与引导信标信号频率相同，其相对相位与接收引导信标信号的相对相位大小相等、符号相反。

11、上述技术方案优选的，所述s1引导信标信号频率为2.9ghz，所述倍频为2倍频，将相加器合成的相对相位取反的2.9ghz信号变换为5.8ghz信号，再经带通放大抑制杂散并提升功率，得到5.8ghz相位共轭发射信号，馈入双频天线的5.8ghz发射端。

12、上述技术方案优选的，所述s1双频天线包括抛物面反射面、安装在反射面中心线的金属管以及固定在金属管上的两套振子，两套振子分别工作于2.9ghz接收频率与5.8ghz发射频率且极化彼此正交，接收振子连接引导信标信号接收端，发射振子连接相位共轭发射信号的发射端。

13、上述技术方案优选的，还包括振幅相位对消模块，其设置于双频天线的大功率发射端与引导信标信号接收端之间，由耦合器从发射信号中耦合取样，经衰减器与移相器调整取样信号的振幅与相位，使其与收发窜扰信号振幅相等、相位相反而互相对消，所述双频天线提供至少30db隔离度，所述振幅相位对消模块提供至少60db隔离度，所述带通滤波器对发射频率提供大于70db衰减，所述振幅相位对消模块与双频天线、带通滤波器共同实现至少160db的收发隔离度。

14、上述技术方案优选的，所述s1带通滤波器中心频率为2.9ghz，插入损耗小于1db，对5.8ghz发射频率的衰减大于70db；其余各阵元的零中频提取电路多路并行设置，各路共用同一中心参考阵元提供的同相参考信号与正交参考信号，该方案免去本振合成器。因此，本技术通过共用中心参考信号实现全阵统一相位基准，由此扩展适用于大规模阵元阵列。

15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

16、在已实现的至少160db收发隔离度基础上，把相位共轭从微波频段移至基带由运放完成，阵元收发电路便于芯片化；其余各阵元的零中频提取电路多路并行设置，各路共用同一中心参考阵元提供的同相参考信号与正交参考信号，便于向大规模阵元阵列扩展。

17、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。