一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置及方法，针对在星间链路中，由于卫星的高速相对移动，受时空条件约束，使得星间链路具有通信时间短，传输数据量大的特点，本发明专利技术的太赫兹波由于传输速率高在短时间中可以传递大量的信息，其对准过程不需要机械条件的物理对准，仅依靠导频波入射即可诱导发射波束反向传输，实现通信过程的实时对准，确保了通信的可持续性。采用本发明专利技术可以使太赫兹通信节点间接入变得相对容易，而且系统不必采用太赫兹频段旋转关节或快速数控移相器等获取困难的部组件，可以解决太赫兹波束跟踪困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置及方法
本专利技术涉及一种通信方法和装置，特别涉及一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置及方法，属于数据通信

技术介绍
在星间链路中，由于卫星的高速相对移动，使得星间链路具有通信时间短，传输数据量大的特点。太赫兹波由于传输速率高在短时间中可以传递大量的信息因此非常适用于星间通信。目前由于太赫兹功率器件匮乏，通常采用高增益天线或天线阵来补偿太赫兹发射和接收功率的不足，这样会使得太赫兹波束非常的窄，因此接收和发射天线的对准就成了一个较大的问题。现有的对准系统一般都是人工观测接收信号强度并调节机械对准装置来完成对准，但是机械调节只能针对距离较近的收发系统，同时对于移动的收发系统无能为力。后又有研究者提出了一种基于单脉冲闭环跟踪的方法的太赫兹空间对准方法，该系统跟踪精度较高，但是需要伺服器进行机械偏转对准因此对准速度较慢，同时该对准系统结构较复杂，需要两级对准；因此也不适用与星间链路的高速时时通信。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：针对现有太赫兹通信跟踪对准技术的不足，提出一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置及方法，有效的克服了现有太赫兹通信系统难以对准，不能对目标进行时时跟踪的缺陷。解决了太赫兹跟踪对准过程需要人参与交互的繁琐和长周期的问题，解决了传统跟踪需要机械伺服配合，使得波束扫描速度和精度之间矛盾的问题。降低了系统的复杂度，提升了系统可靠性。本专利技术解决的技术方案为：一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，包括：太赫兹发射天线阵(1)、太赫兹接收天线阵(2)、多个太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹接收天线阵(2)接收到外部的入射波束，太赫兹接收天线阵(2)中的每个阵元将入射波束送至对应的太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹相位共轭单元(3)，对入射波束先通过共轭混频进行下变频，下变频后的信号分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；另一路对下变频后的信号先进行低噪声放大、再对放大后的信号进行相位补偿，将相位补偿后的信号作为一次本振信号，进行混频，同时将一次本振信号的相位信息传递到混频后的信号中，将一次本振信号的混频信号，再进行太赫兹上变频，太赫兹上变频后的信号通过对应的太赫兹发射天线阵(1)的天线单元发送至外部，太赫兹上变频后的信号携带一次本振信号的相位信息，太赫兹上变频后的信号的相位与入射波束的相位共轭，太赫兹接收天线阵(2)的每个天线单元入射波束的相位与太赫兹发射天线阵(1)对应的天线单元的相位共轭，实现了波束回溯。太赫兹发射天线阵(1)中天线单元(11)的天线单元数量与太赫兹接收天线阵(2)的天线单元(21)数量相等。太赫兹发射天线阵(1)选用喇叭天线阵。每个太赫兹相位共轭单元(3)，包括：太赫兹共轭本振源(31)、共轭混频器(32)、中频相位移相器(34)、中频共轭混频本振源(35)、太赫兹上变频器(36)、上变频本振(37)、中频共轭混频器(38)、中频混频器(39)；太赫兹共轭本振源(31)产生第一路本振信号送至共轭混频器(32)，共轭混频器(32)将太赫兹共轭本振源(31)产生本振信号的谐波与太赫兹接收天线阵(2)的天线单元送来的入射波束进行共轭混频，实现下变频，得到中频信号，将该中频信号功分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；另一路中频信号送至中频相位移相器(34)，中频相位移相器(34)对中频信号进行相位补偿，使得太赫兹相位共轭单元(3)输出信号的相位与入射波束的相位共轭；将相位补偿后的中频信号送至中频混频器(39)；中频共轭混频本振源(35)产生第二路本振信号送至中频共轭混频器(38)；中频共轭混频器(38)将外部的基带信号与第二路本振信号进行共轭混频，产生射频信号送至中频混频器(39)，中频混频器(39)将中频相位移相器(34)输出的信号与中频共轭混频器(38)输出的射频信号进行混频，产生的射频信号送至太赫兹上变频器(36)，上变频本振(37)产生第三路本振信号送至太赫兹上变频器(36)，太赫兹上变频器(36)将第三路本振信号与中频混频器(39)产生的射频信号混频(中频混频器(39)输出的射频信号接入(36)的中频输入)，输出射频信号，该射频信号的相位与共轭混频器(32)接收的太赫兹接收天线阵(2)的天线单元送来的入射波束的相位共轭，将太赫兹上变频器(36)输出的射频信号送至对应的太赫兹发射天线阵(1)中的天线单元。每个太赫兹相位共轭单元(3)还包括：正交模耦合器(33)，当使用正交模耦合器(33)时，太赫兹发射天线阵(1)和太赫兹接收天线阵(2)共用一个天线阵；太赫兹接收天线阵(2)的天线单元接收的入射波束通过正交模耦合器(33)送至共轭混频器(32)；太赫兹上变频器(36)输出的射频信号通过正交模耦合器(33)送至对应的太赫兹发射天线阵(1)中的天线单元发射至外部，正交模耦合器(33)实现了收发的极化隔离。另一路中频信号通过低噪声放大器进行功率放大后进入中频相位移相器(34)。(提高中频相位移相器(34)输出信号的频率，从而提高)中频混频器(39)产生的射频信号为双边带信号，对中频混频器(39)产生的射频信号先进行低噪声放大后，再进行带通滤波，得到需要的射频频带，将带通滤波后的信号送至太赫兹上变频器(36)。太赫兹上变频器(36)输出的射频信号为双边带信号，对太赫兹上变频器(36)输出的射频信号进行带通滤波后，送至送至对应的太赫兹发射天线阵(1)中的天线单元或通过正交模耦合器(33)送至对应的太赫兹发射天线阵(1)中的天线单元进行发射。中频相位移相器(34)工作于中频频率，用于补偿通道相位误差.一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯方法，步骤如下：(1)太赫兹接收天线阵(2)接收到外部的入射波束，太赫兹接收天线阵(2)中的每个阵元将入射波束送至对应的太赫兹相位共轭单元(3)；(2)太赫兹相位共轭单元(3)，对入射波束先通过共轭混频进行下变频；(3)对步骤(2)下变频后的信号分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；(4)在步骤(3)进行的同时，对步骤(2)下变频后的信号的另一路对下变频后的信号先进行低噪声放大、再对放大后的信号进行相位补偿，(5)将相位补偿后的信号作为一次本振信号，进行混频，同时将一次本振信号的相位信息传递到混频后的信号中，将一次本振信号的混频信号，再进行太赫兹上变频，(6)太赫兹上变频后的信号通过对应的太赫兹发射天线阵(1)的天线单元发送至外部，太赫兹上变频后的信号携带一次本振信号的相位信息，太赫兹上变频后的信号的相位与入射波束的相位共轭，太赫兹接收天线阵(2)的每个天线单元单元入射波束的相位与太赫兹发射天线阵(1)对应的天线单元的相位共轭，实现了波束回溯。本专利技术的相比于现有技术的有益效果在于：(1)本专利技术具有通信速率高的特点，相较于传统采用微波通信的星间链路；本专利技术采用太赫兹波通信因此具有极高的通信速率；可以在短时间内传输大量的信息。(2)本专利技术具有太赫兹波实时对准的特优点，相较于采用机械对准和负载的数字处理对准，本专利技术采用模拟电路实现来波的相位共轭，并将共轭波同发射天线阵发射，由于相位共轭波可以自动在来波方向实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，其特征在于包括：太赫兹发射天线阵(1)、太赫兹接收天线阵(2)、多个太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹接收天线阵(2)接收到外部的入射波束，太赫兹接收天线阵(2)中的每个阵元将入射波束送至对应的太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹相位共轭单元(3)，对入射波束先通过共轭混频进行下变频，下变频后的信号分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；另一路对下变频后的信号先进行低噪声放大、再对放大后的信号进行相位补偿，将相位补偿后的信号作为一次本振信号，进行混频，同时将一次本振信号的相位信息传递到混频后的信号中，将一次本振信号的混频信号，再进行太赫兹上变频，太赫兹上变频后的信号通过对应的太赫兹发射天线阵(1)的天线单元发送至外部，太赫兹上变频后的信号携带一次本振信号的相位信息，太赫兹上变频后的信号的相位与入射波束的相位共轭，太赫兹接收天线阵(2)的每个天线单元单元入射波束的相位与太赫兹发射天线阵(1)对应的天线单元的相位共轭，实现了波束回溯。

【技术特征摘要】
1.一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，其特征在于包括：太赫兹发射天线阵(1)、太赫兹接收天线阵(2)、多个太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹接收天线阵(2)接收到外部的入射波束，太赫兹接收天线阵(2)中的每个阵元将入射波束送至对应的太赫兹相位共轭单元(3)；太赫兹相位共轭单元(3)，对入射波束先通过共轭混频进行下变频，下变频后的信号分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；另一路对下变频后的信号先进行低噪声放大、再对放大后的信号进行相位补偿，将相位补偿后的信号作为一次本振信号，进行混频，同时将一次本振信号的相位信息传递到混频后的信号中，将一次本振信号的混频信号，再进行太赫兹上变频，太赫兹上变频后的信号通过对应的太赫兹发射天线阵(1)的天线单元发送至外部，太赫兹上变频后的信号携带一次本振信号的相位信息，太赫兹上变频后的信号的相位与入射波束的相位共轭，太赫兹接收天线阵(2)的每个天线单元单元入射波束的相位与太赫兹发射天线阵(1)对应的天线单元的相位共轭，实现了波束回溯。2.根据权利要求1所述的一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，其特征在于：太赫兹发射天线阵(1)中天线单元(11)的天线单元数量与太赫兹接收天线阵(2)的天线单元(21)数量相等。3.根据权利要求1所述的一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，其特征在于：太赫兹发射天线阵(1)选用喇叭天线阵。4.根据权利要求1所述的一种基于双共轭混频的太赫兹通信波束回溯装置，其特征在于：每个太赫兹相位共轭单元(3)，包括：太赫兹共轭本振源(31)、共轭混频器(32)、中频相位移相器(34)、中频共轭混频本振源(35)、太赫兹上变频器(36)、上变频本振(37)、中频共轭混频器(38)、中频混频器(39)；太赫兹共轭本振源(31)产生第一路本振信号送至共轭混频器(32)，共轭混频器(32)将太赫兹共轭本振源(31)产生本振信号的谐波与太赫兹接收天线阵(2)的天线单元送来的入射波束进行共轭混频，实现下变频，得到中频信号，将该中频信号功分为两路，一路对下变频后的信号进行解调，解调出入射波束携带的信息；另一路中频信号送至中频相位移相器(34)，中频相位移相器(34)对中频信号进行相位补偿，使得太赫兹相位共轭单元(3)输出信号的相位与入射波束的相位共轭；将相位补偿后的中频信号送至中频混频器(39)；中频共轭混频本振源(35)产生第二路本振信号送至中频共轭混频器(38)；中频共轭混频器(38)将外部的基带信号与第二路本振信号进行共轭混频，产生射频信号送至中频混频器(39)，中频混频器(39)将中频相位移相器(34)输出的信号与中频共轭混频器(38)输出的射频信号进行混频，产生的射频信号送至太赫兹上变频器(36)，上变频本振(37)产生第三路本振信号送至太赫兹上变频器(36)，太赫兹上变频器(36)将第三路本振信号与中频混频器(39)产生的射频信号混频，输出射频信号，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠博，李小军，朱舸，禹旭敏，谭庆贵，蒋炜，梁栋，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61