多模态场对消耦合干扰抑制方法

1.本发明涉及无线通信系统电磁兼容技术领域，具体涉及一种多模态场对消耦合干扰抑制方法。


背景技术：

2.随着无线通信系统的发展，信息传输设备数量急剧增加，在一定空间范围内往往存在多种电磁波发射和接收设备，共址发射天线产生的电磁波通过空间辐射耦合至临近的接收天线，产生辐射耦合干扰，严重影响收信机正常工作。
3.由于发信机或收信机工作状态改变、收发天线之间的辐射耦合信道特性改变等原因，收发天线之间的辐射耦合干扰通常具有多模态和时变的特性。这一特点对收发天线的辐射耦合干扰抑制技术提出了很高的要求。提出一种辐射耦合干扰抑制技术解决收发天线间多模态和时变辐射耦合干扰是无线通信系统电磁兼容领域的一个关键问题。
4.干扰对消技术作为一种收发天线之间耦合干扰抑制手段，被广泛应用于解决共址无线通信系统电磁兼容问题。干扰对消的本质即利用等幅反相对消原理，从干扰天线提取干扰信号的样本（参考信号）并进行处理，使之与被干扰天线接收到的空间耦合干扰信号等幅反相对消，以抑制收发天线之间的耦合干扰。
5.现有的传统干扰对消装置通常采用耦合器在发射天线前端对干扰信号进行参考取样，在电路域采用模拟或数字电路对参考信号进行处理。经过处理的参考信号与接收天线接收到的空间耦合干扰信号在接收天线后端通过合路器进行等幅反相对消。传统工作于电路域的干扰对消装置在发射天线前端需要参考取样耦合器，在被接收天线后端需要合路器，具有结构复杂、成本高等缺点。除此之外，在发射天线前端设置参考取样耦合器提取部分发射功率，降低了发信机的性能。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种多模态场对消耦合干扰抑制方法，能够无源地抑制收发天线间同时或分时存在的多模态辐射耦合干扰，通用性强，结构简单，成本低。
7.为实现上述目的，本发明所设计的多模态场对消耦合干扰抑制方法，在发信机的发射天线和收信机的接收天线之间设置多模态场对消装置，所述多模态场对消装置内设有至少一个单模态场对消装置，所述单模态场对消装置通过空间耦合被动地接收所述发射天线的电磁波，产生散射场，并通过空间耦合至所述接收天线，产生第一感应场，这条电磁波传播路径定义为场对消路径，所述第一感应场与所述发射天线直接通过空间耦合在所述接收天线上产生的第二感应场在所述接收天线处等幅反相对消，所述发射天线直接通过空间耦合在所述接收天线上产生第二感应场的这条电磁波传播路径定义为收发耦合干扰路径。
8.优选地，所述单模态场对消装置用于特定地抑制所述发射天线和接收天线之间的单一模态的辐射耦合干扰。
9.优选地，所述多模态场对消装置中的所述单模态场对消装置拆分或组合使用，分别用于抑制不同模态或多模态的辐射耦合干扰。
10.优选地，所述多模态场对消装置连有自适应控制系统，用于实现对时变多模态耦合干扰的实时自适应抑制，所述自适应控制系统包括反馈单元、自适应控制电路和控制单元，所述反馈单元连接所述接收天线的后端，提取剩余干扰信号，并反馈给所述自适应控制电路，通过自适应算法，控制设在所述单模态场对消装置中的控制单元，使所述单模态场对消装置的散射特性自适应地调整，实现闭环控制。
11.优选地，所述控制单元加载于所述单模态场对消装置中，能够重构所述单模态场对消装置的散射特性，所述控制单元包括开关二极管、变容二极管、微机电开关、微流体或介质流体中的一种或多种的组合，并通过相应的控制方法实现。
12.优选地，所述单模态场对消装置包括介质板和印刷在所述介质板上的电导体。
13.优选地，所述单模态场对消装置包括介质板和印刷在所述介质板上的电导体，所述控制单元包括二极管和二极管控制电路，所述二极管焊接在所述电导体上，通过所述二极管控制电路对所述二极管的状态进行控制，所述二极管控制电路与所述自适应控制电路相连，当所述二极管状态发生变化时，所述单模态场对消装置的散射特性发生变化，通过所述自适应控制电路，实时地对所述二极管的状态进行控制，从而实时地控制所述单模态场对消装置的散射特性，实现闭环控制。
14.本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、对发信机发射功率无衰减，相对于传统在电路域进行干扰对消的方法，场对消方法无需从发射天线前端进行干扰信号的取样，而是通过被动接收发射天线辐射的电磁波完成干扰信号的取样，因此对发射信号的功率无衰减；2、结构简单，因无需从发射天线前端进行取样，因此场对消方法在发射端无需参考取样耦合器，传统在电路域进行干扰对消，需在接收天线后端采用合成器进行等幅反相对消，场对消方法中等幅反相对消发生在接收天线端，因此无需合成器，具有结构简单的特点；3、具有抑制多模态耦合干扰的功能，多模态场对消装置由若干单模态场对消装置构成，能够抑制收发天线间多模态耦合干扰；4、具有抑制时变耦合干扰的功能，通过采用自适应控制系统，能够自适应的抑制收发天线间的时变耦合干扰。
附图说明
15.图1为单模态场对消耦合干扰抑制方法示意图；图2为多模态场对消耦合干扰抑制方法示意图；图3为自适应场对消耦合干扰抑制方法示意图；图4为共平台收发贴片天线系统场对消耦合干扰抑制方法示意图；图5为共址收发单极子天线系统场对消耦合干扰抑制方法示意图；图6为单模态场对消装置中的控制单元的结构示意图；图7为图6中单模态场对消装置和控制单元的爆炸图。
16.图中各部件标号如下：
发信机1、发射天线2、收信机3、接收天线4、多模态场对消装置5、单模态场对消装置6、反馈单元7、自适应控制电路8、控制单元9、介质板10、电导体11、二极管12、二极管控制电路13、平面介质板14。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
18.实施例1如图1所示，一种单模态场对消耦合干扰抑制方法，发射天线2和接收天线4之间通过收发耦合干扰路径产生耦合，发射天线2因此对接收天线4造成干扰，并在接收天线4处产生第二感应场，在发信机1的发射天线2和收信机3的接收天线4之间设置一个单模态场对消装置6，单模态场对消装置6通过空间耦合被动地接收发射天线2的电磁波，产生散射场，并通过空间耦合至接收天线4，产生第一感应场，第一感应场与第二感应场在接收天线4处等幅反相对消，在场域实现了发射天线2和接收天线4的耦合干扰抑制。
19.实施例2如图2所示，一种多模态场对消耦合干扰抑制方法，发射天线2和接收天线4之间通过收发耦合干扰路径产生耦合，发射天线2因此对接收天线4造成干扰，并在接收天线4处产生第二感应场，在发信机1的发射天线2和收信机3的接收天线4之间设置多模态场对消装置5，多模态场对消装置5内设有三个单模态场对消装置6，单模态场对消装置6通过空间耦合被动地接收发射天线2的电磁波，产生散射场，并通过空间耦合至接收天线4，产生第一感应场，第一感应场与第二感应场在接收天线4处等幅反相对消，在场域实现了发射天线2和接收天线4的耦合干扰抑制。本实施例中，每一种单模态场对消装置6特定地抑制一种或多种收发天线间耦合干扰，三个单模态场对消装置6并行工作，用于抑制收发天线间多模态耦合干扰。
20.实施例3如图3所示，一种多模态场对消耦合干扰抑制方法，发射天线2和接收天线4之间通过收发耦合干扰路径产生耦合，发射天线2因此对接收天线4造成干扰，并在接收天线4处产生第二感应场，在发信机1的发射天线2和收信机3的接收天线4之间设置多模态场对消装置5，多模态场对消装置5内设有三个单模态场对消装置6，单模态场对消装置6通过空间耦合被动地接收发射天线2的电磁波，产生散射场，并通过空间耦合至接收天线4，产生第一感应场，第一感应场与第二感应场在接收天线4处等幅反相对消，在场域实现了发射天线2和接收天线4的耦合干扰抑制。本实施例中，每一种单模态场对消装置6特定地抑制一种或多种收发天线间耦合干扰，三个单模态场对消装置6并行工作，用于抑制收发天线间多模态耦合干扰。
21.另外，多模态场对消装置5连有自适应控制系统，自适应控制系统包括反馈单元7、自适应控制电路8和控制单元9，反馈单元7连接接收天线4的后端，提取剩余干扰信号，并反馈给自适应控制电路8，通过自适应算法，控制设在单模态场对消装置6中的控制单元9，使单模态场对消装置6的散射特性自适应地调整，实现对时变耦合干扰的实时自适应抑制，实现闭环控制。
22.本实施例中，控制单元9加载于单模态场对消装置6中，能够重构单模态场对消装
置6的散射特性，控制单元9为开关二极管，在其它实施例中，也可以为变容二极管、微机电开关、微流体或介质流体中的一种或多种的组合，并通过相应的控制方法实现。
23.实施例4如图4所示，一种共平台收发贴片天线系统场对消耦合干扰抑制方法，发射天线2和接收天线4集成在平面介质板14上，发射天线2通过收发耦合干扰路径对接收天线4产生干扰。多模态场对消装置5位于发射天线2和接收天线4之间，集成在平面介质板14上。反馈单元7位于接收天线4后端，通过自适应控制电路8与多模态场对消装置5中的控制单元9相连。通过联合使用反馈单元7、自适应控制电路8和控制单元9，能够在接收天线4后端实时检测剩余干扰信号的大小，并对多模态场对消装置5进行自适应地调整，使剩余干扰信号最小化，实现闭环控制。
24.实施例5如图5所示，一种共址收发单极子天线系统场对消耦合干扰抑制方法，收发单极子天线共址放置，其中发射天线2为可重构天线，能够根据需求在两种发射状态间进行切换，因此发射天线2对接收天线3通过收发耦合干扰路径产生两种不同模态的干扰。多模态场对消装置5位于发射天线2和接收天线4之间。多模态场对消装置5由两个单模态场对消装置6构成，分别用于抑制收发天线间的不同模态的耦合干扰。反馈单元7位于接收天线4后端，通过自适应控制电路8与多模态场对消装置5中的控制单元9相连。通过联合使用反馈单元7、自适应控制电路8和控制单元9，能够在接收天线4后端实时检测不同模态的剩余干扰信号的大小，并对多模态场对消装置5进行自适应地调整，使不同模态的剩余干扰信号最小化，实现闭环控制。
25.在上述实施例中，单模态场对消装置6如图6和图7所示，包括介质板10和印刷在介质板10上的电导体11，控制单元9包括二极管12和二极管控制电路13，二极管12焊接在电导体11上，通过二极管控制电路13对二极管12的状态进行控制，二极管控制电路13与自适应控制电路8相连，当二极管12状态发生变化时，单模态场对消装置6的散射特性发生变化，通过自适应控制电路8，实时地对二极管12的状态进行控制，从而实时地控制单模态场对消装置6的散射特性，实现闭环控制。
26.在上述实施例中，如仅采用单模态场对消装置6，则本方法能够实现开环的单模态耦合干扰抑制，适用于收发耦合干扰具有单模态特性，收发耦合干扰信道较为稳定的情况，如采用多模态场对消装置5，则本方法能够实现开环的多模态耦合干扰抑制，适用于收发耦合干扰信道较为稳定的情况，如采用单模态场对消装置6及自适应控制系统，则本方法能够实现自适应的单模态耦合干扰抑制，适用于收发耦合干扰具有单模态特性，收发耦合干扰信道时变的情况，如采用多模态场对消装置5，并针对部分单模态场对消装置5应用自适应控制系统，则本方法能够实现部分单模态耦合干扰的自适应抑制，适用于部分模态下的收发耦合干扰信道时变的情况。
27.上述多模态耦合干扰包括但不限于收发天线间多种频率同时耦合干扰，收发天线间多种极化方式同时耦合干扰，收发天线间不同传输路径耦合干扰，收发天线间耦合干扰在多个频率间进行切换，收发天线间耦合干扰在多种极化方式间进行切换等。
28.本发明通过设计一种具有特定电磁波散射特性的多模态场对消装置5，能够无源地抑制收发天线间同时或分时存在的多模态辐射耦合干扰，通过引入反馈控制环路，能够
自适应地抑制收发天线间时变辐射耦合干扰，相对于传统在电路域进行干扰对消的方法，场对消方法无需从发射天线2前端进行干扰信号的取样，而是通过被动接收发射天线2辐射的电磁波完成干扰信号的取样，因此对发射信号的功率无衰减；因无需从发射天线2前端进行取样，因此场对消方法在发射端无需参考取样耦合器，传统在电路域进行干扰对消，需在接收天线4后端采用合成器进行等幅反相对消，场对消方法中等幅反相对消发生在接收天线4端，因此无需合成器，具有结构简单的特点。