一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器制造技术

本发明专利技术涉及一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器，包括宽带射频鉴相网络、宽带平方率检波电路、可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路；宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器、两个正交混合耦合器组成；宽带平方率检波电路对鉴相网络的输出进行平方率检波，检波后的低频信号会经过可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器的差分放大、偏置调节、增益调节最终即可得到宽带模拟复相关器两宽带输入信号之间的复相关值。本发明专利技术实现一种大带宽、高精度、高灵敏度、小体积、结构简单、低成本、可数控调节输出信号增益与偏置的宽带模拟复相关器，对干涉式综合孔径成像系统实现高精度复相关量的测量具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器
本专利技术涉及一种用于干涉式综合孔径成像、采用射频鉴相网络和平方率检波器的宽带模拟复相关器，适用于干涉测量中两信号之间复相关量的测量。
技术介绍
毫米波辐射成像具有全天时全天候的工作能力，可以提供红外光学探测器所不能提供的特殊信息，因而在遥感、军事、安防领域获得了广泛的应用。传统的毫米波辐射成像体制是实孔径扫描成像。然而，在这种体制下，提高图像分辨率只能通过增加天线的物理孔径来实现，这将限制辐射计在对载荷质量及尺寸有很高要求的机载及星载中的应用，而且由于大天线的惯性较大，其机械扫描也较为困难。为了解决机械扫描的问题，可以利用相控阵技术实现波束的电扫描，但其受制于较小的可用扫描角范围、高旁瓣、主波束展宽以及附加损耗等诸多因素。其它可用的实孔径天线技术如焦平面，则为了取得高分辨率而需要较高的费用。20世纪80年代末，干涉式综合孔径技术被应用到对地观测辐射成像系统，从而产生了干涉式综合孔径辐射成像体制，为提高微波辐射计的空间分辨率提供了一条有效途径。综合孔径辐射计通过对一组小孔径天线接收的信号进行干涉测量来实现大孔径天线的观测效果，其空间分辨率取决于天线单元间的最大距离，从而避免了使用大天线，降低了辐射计的体积和重量。干涉式综合孔径成像仪使用一组小天线构成一个天线阵列，通过对天线阵列中任意两个天线接收到的信号进行复相关运算后，可以得到一组相关值。这组相关值被称为可视度函数。根据范西泰特-策尼克(VanCittert-Zernike)定理，可视度与被观测视场中的亮温分布成傅里叶变换关系。因此，干涉式综合孔径成像仪的测量过程，主要是一组信号进行复相关运算的过程。为了达到较高的空间分辨率，实用的干涉式综合孔径成像仪的通道数量较多，系统复杂度较高。由于干涉式综合孔径成像仪需要对天线阵中所接收的任意两个信号进行复相关运算，因此，系统中包含的相关器数量与接收通道数量的平方成正比，二维干涉式综合孔径成像仪的相关器规模往往非常大。此外，干涉式综合孔径成像仪的测量灵敏度与接收信号带宽的平方根成反比，为了得到较高的成像灵敏度，干涉式综合孔径成像仪往往需要较大的相关器带宽。干涉式综合孔径成像仪的最终性能指标不仅取决于单个复相关器的基本性能参数而且取决于各复相关器通道之间性能参数的一致性。因此，大带宽、高一致性、高性能的复相关系统的研制是干涉式综合孔径成像仪的一项关键技术，对系统性能有很大影响。本专利技术采用了宽带射频鉴相网络结合宽带平方率检波电路的结构来实现宽带模拟复相关器，该结构适合于需要大带宽，高灵敏度的成像应用场景，该方案结构简单、成本低廉，避开了传统模拟复相关器需要使用高成本宽带模拟乘法器的需求。此外，该专利技术所提出的宽带模拟复相关器结构由于使用了可数控调节输出增益与偏置的电路形式，可以较为方便的调节复相关器的输出特性，这对需要大量高一致性模拟复相关器的干涉式综合孔径成像系统而言非常有利。该复相关器的输入端口与输出端口分别位于复相关器的两侧，采用此种形式非常便于系统集成应用。国内的中国科学院空间科学与应用研究中心研制了两款用于全极化微波辐射计的模拟复相关器。这两款模拟复相关器采用了传统的乘法型结构和传统的加法型结构，但上述模拟复相关器的工作频率范围分别为1.2-1.6GHz和0.5-1GHz，并不能够满足大带宽的应用场景需求，并且体积庞大，系统复杂，不利于系统集成应用。国外的模拟复相关器在针对需要大量复相关器的应用场景也存在一定的缺点。美国CaliforniaInstituteofTechnology的StephenPadin等人研制了一种应用于宇宙微波背景成像系统的宽带模拟相关器。该成像系统射频前端的工作频率范围为26-36GHz，中频为2-12GHz的信号，中频信号再分别经过10个混频滤波网络进而得到10个1-2GHz的信号，随后这些信号再利用乘法器进行相关运算。上述结构较为复杂，体积庞大，不利于系统集成应用。英国剑桥大学Cavendish实验室的C.M.Holler等人研制了一种用于射电干涉测量的宽带模拟复相关器，该复相关器的工作带宽为6-12GHz，并应用于ArcminuteMicrokelvinImager(AMI)当中。但是该复相关器的信号输入与输出形式并不利于系统集成化、小型化。台湾天文与天体物理研究所的DerekY.Kubo，Chao-TeLi等人研制出一种宽带模拟相关器，用于ArrayforMicrowaveBackgroundAnisotropy(AMiBA)。该系统采用13单元的天线阵列，系统中频为2-18GHz。天线接收到的信号下变频到中频以后，经过3级中频功分网络输入到相关器模块中做相关运算。该系统中的相关器仅适合于需要较少复相关器的应用场景。韩国光州科学技术院研制了工作于W波段的全极化微波辐射计用于斯托克斯参数的测量，该辐射计通过使用2-4GHz的模拟复相关器进行相关运算，但是该复相关器的体积较为庞大。德国埃斯林根应用科学大学设计了用于185-275GHz射电干涉测量的宽带模拟复相关器原型样机。该复相关器工作于2-20GHz，并将输入信号分为16个子通道进行相关运算。为了工作于较高的工作频率，该复相关器采用了定制的高性能乘法器芯片，研发成本高昂。美国马里兰大学天文系的A.I.Harris设计了用于微波频谱分析仪的宽带模拟相关器。该模拟相关器的3dB带宽为4000MHz，但是受限于机械结构的限制，该相关器不适合于需要较多相关器单元的应用中。美国陆军研究实验室的RyanChristopherToonen博士及其团队，设计并实现了超宽带干涉式辐射计，用于介观实验中检测量子统计涨落。该设备中的模拟相关器覆盖8-18GHz工作频率范围，且采用模块化设计，可以通过替换相应模块改变其工作频带。该相关器方案适合于需要较少相关器单元的应用。AMI联盟研制了覆盖13.9-18.2GHz的弧分微开尔文成像仪。该成像仪采用了带宽6GHz的模拟复相关器，并将带宽6GHz的信号分为8个0.75GHz的子频段进行复相关运算。该复相关器也只适合于需要较少相关器单元的应用。综上所述，目前国内外所研制的模拟复相关器并不能够满足大带宽、小体积、高一致性、便于系统集成、低成本的需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大带宽、小体积、高一致性、高精度、低成本、便于系统集成、可数控调节输出信号特性的干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器。本专利技术的技术解决方案是：一种用于干涉式综合孔径成像的宽带模拟复相关器，包括宽带射频鉴相网络、宽带平方率检波电路和可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路子系统；其中宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器以及两个正交混合耦合器组成；宽带平方率检波电路由宽带平方率检波器和多级低通滤波器构成；可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路子系统对宽带平方率检波电路的输出信号进行差分放大并控制输出信号的增益以及偏置，可数控调节输出增益与偏置的两个差分放大器分别输出复相关器两输入信号之间复相关量的实部信号以及虚部信号，随后可通过采集并分析上述信号来评估复相关器两输入信号之间的复相关量。其中宽带射频鉴相网络的两个信号输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器，其特征在于：包括宽带射频鉴相网络、宽带平方率检波电路、可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路；所述宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器及正交混合耦合器A和B组成，宽带射频鉴相网络的两个信号输入端均位于复相关器的一侧，两输入信号经由射频信号传输线分别馈入90°功分器和0°功分器，90°功分器和0°功分器分别对两输入信号进行90°功分和0°功分，功分后的四个信号经由正交混合耦合器A和B进行移相以及功率合成并送入宽带平方率检波电路进行检波处理；宽带平方率检波电路由宽带平方率检波器和多级低通滤波器构成，宽带平方率检波电路A和B分别位于宽带射频鉴相网络的两侧，输入到宽带平方率检波电路的信号首先经由宽带平方率检波器进行平方率检波，随后多级低通滤波器对宽带平方率检波器的输出信号进行低通滤波以获取所需的低频信号分量；可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路位于复相关器的另一侧，对宽带平方率检波电路A和B的输出信号进行差分放大，并控制输出信号的增益以及偏置；可数控调节输出增益与偏置的差分放大器A和B分别输出复相关器两输入信号之间复相关量的实部信号以及虚部信号，可通过采集并分析上述信号来评估复相关器两输入信号之间的复相关量。...

【技术特征摘要】
1.一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器，其特征在于：包括宽带射频鉴相网络、宽带平方率检波电路、可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路；所述宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器及正交混合耦合器A和B组成，宽带射频鉴相网络的两个信号输入端均位于复相关器的一侧，两输入信号经由射频信号传输线分别馈入90°功分器和0°功分器，90°功分器和0°功分器分别对两输入信号进行90°功分和0°功分，功分后的四个信号经由正交混合耦合器A和B进行移相以及功率合成并送入宽带平方率检波电路进行检波处理；宽带平方率检波电路由宽带平方率检波器和多级低通滤波器构成，宽带平方率检波电路A和B分别位于宽带射频鉴相网络的两侧，输入到宽带平方率检波电路的信号首先经由宽带平方率检波器进行平方率检波，随后多级低通滤波器对宽带平方率检波器的输出信号进行低通滤波以获取所需的低频信号分量；可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路位于复相关器的另一侧，对宽带平方率检波电路A和B的输出信号进行差分放大，并控制输出信号的增益以及偏置；可数控调节输出增益与偏置的差分放大器A和B分别输出复相关器两输入信号之间复相关量的实部信号以及虚部信号，可通过采集并分析上述信号来评估复相关器两输入信号之间的复相关量。2.根据权利要求1所述的一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器，其特征在于：所述宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器以及正交混合耦合器A和B组成，这四个器件成十字形。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗俊刚，胡岸勇，王超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11