一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法技术

本发明专利技术提供一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法，包括：以弗里斯传输公式为依据，拟定干扰抑制需求。设计空间取样天线/阵。以取样天线覆盖理论、干扰抑制需求、自适应旁瓣抑制算法为依据，拟定空间取样天线单元的设计指标。采用极化切换、调整的方式，以较少的通道数量实现取样覆盖水平、垂直线极化。评估空间取样天线/阵。采用空间取样算法，导入干扰源特征、干扰耦合特性、被干扰机理以及空间取样天线/阵的方向图，以对消前后的信干噪比之比作为干扰抑制比，验证空间取样天线的性能是否满足干扰抑制需求。本发明专利技术提出了卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计的一般方法，可在各种他扰对消空间取样天线设计中广泛应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法


[0001]本专利技术属于取样天线
，更具体地，涉及一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法。

技术介绍

[0002]空间取样天线是指安装于主天线周围的小型化天线单元或者阵列，在空间中对干扰源进行取样，用于干扰对消装置的自适应调整和合成对消。由于每一个取样天线都对应一个信号处理通道，取样天线数量越多，则对消处理系统越复杂。特别是对于Ku频段的卫通天线，射频传输衰减大，取样天线与下变频模块间的连线应尽可能短，无疑增加了空间取样模块的复杂度。与此同时，ku频段卫通接收覆盖垂直/水平线极化，为实现取样天线在满足对干扰源有效覆盖时数量尽可能少的目标，传统对称波束的天线结构将不再适用，具有椭圆波束的天线将显著降低取样天线的通道数量。截止本专利技术提交前，暂未发现相关公开报道。
[0003]国内外卫星通信干扰和抗干扰技术既相对独立又相互统一，随着干扰技术蓬勃发展，抗干扰技术也呈现多元化发展态势。世界各国军事卫通系统面对不同类别的干扰，均综合采用多种抗干扰措施。卫通抗干扰技术的本质均是针对信号本身、信号载体、信号传播方式三个方面特性进行改善，最终实现降低信号输出/输入端的干信比，提高系统的稳定性和可靠性。其中，天线抗干扰技术是最直接的空域抗干扰方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法，旨在解决现有空间取样天线无法满足实际环境的需求的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法，包括如下步骤：根据弗里斯传输公式，确定主天线接收到的干扰信号功率，并基于所述主天线接收到的干扰信号功率和背景噪声功率的差值确定干扰抑制需求；所述弗里斯传输公式用于计算从干扰天线到主天线或取样天线的接收功率；基于取样天线单元个数、远场任一点取样天线覆盖个数、主天线旁瓣增益、可对消的干扰源个数、水平波束宽度以及垂直波束宽度之间的关系，确定取样天线单元的设计指标；将取样天线单元设计为极化方式包括水平极化和垂直极化两种方式，两种极化方式具有开关切换功能，且水平极化天线和垂直极化天线空间上下放置，以避免波束相互遮挡；根据所述取样天线单元的设计指标和取样天线单元的结构参数指标，将主天线和取样天线单元组成阵列，并评估主天线和取样天线单元的干扰对消性能，当最终设计出的取样天线对应的系统干扰抑制比大于所述干扰抑制需求时，则实现了主天线和取样天线单
元的干扰对消，完成对取样天线的设计。
[0006]在一个可选的示例中，根据弗里斯传输公式，进入接收天线的功率P
r0
为：P
r0
=P
t
+G
t
+G
r
+20
·
log
10
(λ/4πr)
‑
C其中，P
t
为发射功率，G
t
、G
r
分别为发射天线、接收天线的增益，r为两天线间距离，λ为波长，C为总衰减；所述干扰抑制需求ICR0定义为主天线接收到的干扰信号功率P
main,c
与背景噪声功率P
main,n
的差值：ICR0=P
main,c
‑
P
main,n
其中，所述干扰信号功率P
main,c
根据P
r0
确定。
[0007]在一个可选的示例中，所述取样天线单元个数、远场任一点取样天线覆盖个数、主天线旁瓣增益、可对消的干扰源个数、水平波束宽度以及垂直波束宽度之间的关系，具体为：取样天线单元方位角公式为：N
·
θ
H
≥M；取样天线单元增益公式为：10
·
log
10
[4π/(θ
E
θ
H
)]+10log
10
M≥G
s
；其中，θ
H
为水平3dB波束宽度，θ
E
为垂直3dB波束宽度，K为可对消的干扰源个数，N 为取样单元天线个数，M为远场任一点取样天线覆盖个数，G
s
为主天线旁瓣增益；K≤M≤N。
[0008]在一个可选的示例中，当θ
H
≤2π，取样天线为定向天线，单元天线方位波束角θ
H
的最小取值下边界为2π
·
M/N，为使得远场任意一点由M个取样天线单元合成后的增益都大于G
s
，θ
H
的最大取值上边界为4π
·
M/(10
Gs/10
·
θ
E
)。
[0009]在一个可选的示例中，当θ
H
=2π，取样天线为全向天线，并有：N≥M≥0.5
·
10
Gs/10
·
θ
E
；针对需要对消的干扰源个数K，为实现远场任意一点都位于M个取样天线单元天线的主波束范围内，取样单元天线个数N下边界为M；为使得远场任意一点由M个取样天线单元天线合成后的增益都大于G
s
，M的取值下边界为
⌊
0.5
·
10
Gs/10
·
θ
E
⌋
。
[0010]在一个可选的示例中，所述取样天线单元包括两个辐射贴片、两个介质板、T形功分器、小短探针、L型天线支架以及SMA馈电探针；所述T形功分器置于一个介质板上面，两个辐射贴片置于第二个介质板上不同的区域；所述SMA馈电探针穿过下侧的介质板，并通过下侧介质板上面的T形功分器，分成幅值相等、相位相同的两路信号；所述两路信号通过小短探针向上侧介质板上的两个辐射贴片馈电；所述SMA馈电探针的针头安装于L型天线支架上；当T型功分器的两个输出端口沿两个辐射贴片组阵方向的下边缘馈电时，则激励起辐射贴片的TM01模式，该模式的电磁波向远场辐射时为垂直极化；当两个辐射贴片分别沿各自馈电探针中心位置逆时针旋转90
°
度，获得水平极化取样天线；将垂直极化、水平极化取样天线的输出端连入射频电子开关，并通过控制射频电子开关，以选择与主天线极化一致的垂直极化或者水平极化取样天线，进而取得高质量的干扰信号，用于干扰对消。
[0011]在一个可选的示例中，所述介质板的尺寸为39mm
×
30mm
×
1.5mm。
[0012]在一个可选的示例中，取样天线最优权值W0为：W0=R
CA
‑1·
R
CM
‑1·
W
q
其中，R
CA
为取样天线接收信号的协方差矩阵，R
CM
为取样天线与主天线接收信号的协方差矩阵，上标
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信地面站干扰对消空间取样天线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：根据弗里斯传输公式，确定主天线接收到的干扰信号功率，并基于所述主天线接收到的干扰信号功率和背景噪声功率的差值确定干扰抑制需求；所述弗里斯传输公式用于计算从干扰天线到主天线或取样天线的接收功率；基于取样天线单元个数、远场任一点取样天线覆盖个数、主天线旁瓣增益、可对消的干扰源个数、水平波束宽度以及垂直波束宽度之间的关系，确定取样天线单元的设计指标；将取样天线单元设计为极化方式包括水平极化和垂直极化两种方式，两种极化方式具有开关切换功能，且水平极化天线和垂直极化天线空间上下放置，以避免波束相互遮挡；根据所述取样天线单元的设计指标和取样天线单元的结构参数指标，将主天线和取样天线单元组成阵列，并评估主天线和取样天线单元的干扰对消性能，当最终设计出的取样天线对应的系统干扰抑制比大于所述干扰抑制需求时，则实现了主天线和取样天线单元的干扰对消，完成对取样天线的设计。2.根据权利要求1所述的干扰对消空间取样天线设计方法，其特征在于，根据弗里斯传输公式，进入接收天线的功率P
r0
为：P
r0
=P
t
+G
t
+G
r
+20
·
log
10
(λ/4πr)
‑
C其中，P
t
为发射功率，G
t
、G
r
分别为发射天线、接收天线的增益，r为两天线间距离，λ为波长，C为总衰减；所述干扰抑制需求ICR0定义为主天线接收到的干扰信号功率P
main,c
与背景噪声功率P
main,n
的差值：ICR0=P
main,c
‑
P
main,n
其中，所述干扰信号功率P
main,c
根据P
r0
确定。3.根据权利要求1所述的干扰对消空间取样天线设计方法，其特征在于，所述取样天线单元个数、远场任一点取样天线覆盖个数、主天线旁瓣增益、可对消的干扰源个数、水平波束宽度以及垂直波束宽度之间的关系，具体为：取样天线单元方位角公式为：N
·
θ
H
≥M；取样天线单元增益公式为：10
·
log
10
[4π/(θ
E
θ
H
)]+10log
10
M≥G
s
；其中，θ
H
为水平3dB波束宽度，θ
E
为垂直3dB波束宽度，K为可对消的干扰源个数，N 为取样单元天线个数，M为远场任一点取样天线覆盖个数，G
s
为主天线旁瓣增益；K≤M≤N。4.根据权利要求3所述的干扰对消空间取样天线设计方法，其特征在于，当θ
H
≤2π，取样天线为定向天线，单元天线方位波束角θ
H
的最小取值下边界为2π
·
M/N，为使得远场任意一点由M个取样天线单元合成后的增益都大于G
s
，θ
H
的最大取值上边界为4π
·
M/(10
Gs/10
·
θ
E
)。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗康，孟进，王青，何方敏，杨凯，李斌，刘宏波，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：