[发明专利]一种高隔离度收发共用天线双工器及提高隔离度的方法

摘要

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种高隔离度收发共用天线双工器及提高隔离度的方法。包括一个自适应宽带大功率泄漏干扰抑制系统、与自适应宽带大功率泄漏干扰抑制系统输入端连接的环形器、与自适应宽带大功率泄漏干扰抑制系统输出端连接的耦合器、双工器分别与环形器、天线以及延迟器连接，所述延迟器与耦合器连接。本发明可解决收发共用天线双工器宽带大功率泄漏信号的抑制问题，可保证收发系统正常工作。

主权项

1.一种提高双工器隔离度的方法，其特征在于，基于一种高隔离度收发共用天线双工器，包括环形器、可控延迟器、控制器和自适应泄漏功率抑制系统；环形器与发射通道相联，输出端与可控延迟器相联；环形器从发射通道提取逆流发射信号，通过可控延迟器送入自适应泄漏功率抑制系统，用以产生与接收通道耦合的发射泄漏信号等幅反相的抵消信号，并通过耦合器注入接收通道，实现发射泄漏干扰消除；可控延迟器输入与环形器相联，输出与自适应泄漏功率抑制系统相联；可控延迟器对环形器提取的逆流发射信号进行自适应时延，使泄漏通道与抑制通道间的时延一致；可控延迟器根据发射信号的频段和延迟精度要求，可选用可控电缆延迟线和可控光纤延迟线；在VFH频段可选择延迟精度为ns级的可控电缆延迟线，在UHF以上频段可选用延迟精度可达ps级以内的可控光纤延迟线；控制器输入分别与环形器输出和耦合器输 入端相联，输出与可控延迟器控制端相联；控制器提取逆流发射信号及接收通道耦合的泄漏发射信号，进行自适应延迟量计算，并利用计算的延迟值控制可控延迟器的延迟大小，从而匹配泄漏通道与抑制通道间的时延；控制器可选用C6000系列高速DSP，为保证足够的采样精度，可外置高精度AD；自适应泄漏功率抑制系统包括：移相器、可调衰减器、相关器、合成器和耦合器；移相器的输入与可控延迟器相联，对延迟后的提取发射信号进行90度移相，形成两路正交输出信号，该两路正交输出信号分别与I路可调衰减器和I路相关器以及Q路可调衰减器和Q路相关器相联；I、Q可调衰减器输入与移相器输出相联，输出与合成器相联；可调衰减器实现对输入发射信号的幅值调整，调整量由相关器输出控制；可调衰减器在大功率应用时采用高精度可控步进衰减器，在其他情况采用双极性电调衰减器；I、Q相关器的两个输入分别与移相器输出和耦合器输出相联，其输出与可调衰减器相联；相关器实现移相器输出的发射提取信号和泄漏干扰抑制剩余信号之间的相关运算，并输出运算的相关值控制可调衰减器的衰减量；相关器由模拟乘法器、积分器组成；模拟乘法器的两个输入分别与移相器输出和耦合器输出相联，输出与积分器输入相联；模拟乘法器实现发射提取信号与泄漏干扰抵消剩余信号的相乘运算；由于发射提取信号与发射泄漏信号具有相同的频率成份，相乘运算后将产生直流量和交流量，其中直流量即为相关器需要设法获取的相关值；模拟乘法器根据发射信号的频带可采用MC1954L或AD834或AD835芯片；积分器输入与模拟乘法器输出相联，输出与可调衰减器相联；积分器用于滤除模拟乘法器输出的交流量，保留直流量，即保留相关值；积分器可采用OP77芯片；合成器输入与I、Q可调衰减器输出相联，输出与耦合器相联；合成器实现可调衰减器输出信号的合成，用于抑制接收通道泄漏干扰信号；耦合器输入端与合成器相联，输出与接收通道相联；耦合器实现合成信号与接收通道泄漏干扰信号的抵消；耦合器的接收通道入端信号送入可控延迟器的控制器，用于计算可控延迟器的延迟量，其接收通道出端信号送入I、Q相关器，用于计算相关值；方法基于以下定义：定义接收通道接收到的宽带泄漏信号为其中，i表示宽带泄漏信号中的第i个频率分量，取值范围1～N；s_i是泄漏信号第i个频率分量的幅值；ω_i为泄漏信号角频率；t′是泄漏通道的时延，γ_i是泄漏信号相位；由环形器提取的发射信号直接经过移相器后的两路信号为其中，g_i是第i个频率分量的幅值；ω_i为角频率；α_i是初相位；上述信号加权合成输出可表示为A(t)＝W₁G_I(t)+W₂G_Q(t)     (3)其中W₁和W₂分别表示加权值；经过耦合器的输出剩余信号为其中D(t)为接收到的远端发射的微弱有用信号；由于泄漏通道的时延随环境和温度因素会随机变化，在环形器后插入自适应可控延迟器，追踪泄漏通道的时延变化，自适应调节抑制通道的时延，使泄漏通道和抑制通道的时延相匹配，使α_i＝ω_it+γ_i，剩余信号为当W₁＝‑s_i/g_i，W₂＝0，泄漏信号被完全抵消，远端发送的有用信号被正常接收；只要采用合适的延迟匹配方法，满足α_i＝ω_it+γ_i，再通过可调衰减器的幅值自适应控制，即可实现宽大泄漏信号的有效抑制；由于W₂＝0，理论上只需要一路相关器和可调衰减器即可；但时延完全匹配，在实际中难以实现，为进一步提高泄漏信号的抑制水平，采用两路相关器和可调衰减器可以进一步提高时延匹配的精度；可控延迟器可实现变化延时的自适应匹配，其自适应调整可由控制器采用LMSTDE自适应时延计算法实现：其中，S(n‑M)是从耦合器提取的接收泄漏信号采样离散值，M表示采样时延；G(n)为环形器提取发射信号采样离散值的抽头延迟列矩阵，w(n)是自适应时延计算法中的加权值，为一列矢量，w^T(n)表示其转置；e(n)表示接收泄漏信号与提取发射信号抽头延迟加权值之差；式(6)第二式为权值迭代方程，μ为权值迭代步长因子；只要迭代因子μ选取合适，自适应时延计算法收敛，e(n)→0，权值w(n)达到最优权值w_opt(n)，从其中检测出峰值即为延时的估计量，用以控制可控延迟器的延迟大小；具体包括下步骤：步骤1，由环形器获取小部分由双工器逆流返回的发射信号，该获取信号一路通过可控延迟器后，送入移相器，另一路送入数字控制器；步骤2，可控延迟器实现泄漏通道和抑制通道间的时延匹配，用于对提取的发射信号进行时延，用以提高宽带泄漏信号的抑制效果；步骤3，系统运行中受到环境和温度的影响，信号通过泄漏通道和抑制通道的时延会随时间发生变化，为了实现宽带泄漏信号的有效抑制，采用数字控制器对该变化的时延进行准确计算，并控制可控延迟线对泄漏通道和抑制通道的时延进行精确匹配；数字控制器接收来自环形器的发射提取信号以及来自耦合器入端的泄漏信号，通过LMSTDE自适应时延计算法，计算出抑制通道对泄漏通道的延迟差，调节可控延迟器对抑制通道的时延进行实时调整，实现泄漏通道和抑制通道间的时延匹配；步骤4，采用环形器提取逆流的发射信号，可以避免采用耦合器提取发射信号造成发射信号损失的问题，但人为增大了提取发射信号的时延，为避免泄漏干扰抑制系统对泄漏信号跟踪发散，在双工器和耦合器间插入以延迟器；步骤5，移相器对自适应延迟器输出的发射提取信号90度移相，输出为两路正交信号，分别送入I可调衰减器、I相关器和Q可调衰减器、Q相关器；步骤6，I、Q两路可调衰减器对两路输入信号进行幅值调整后，由合成器实现两路信号的合成，再由耦合器注入接收通道实现与泄漏信号的抵消；步骤7，抵消后的剩余信号由耦合器提取并送入I、Q两路相关器与来自移相器的两路参考提取信号进行相关运算；步骤8，由相关器的相关运算值控制可调衰减器的衰减量大小和正负，实现对其输入信号的幅值调整；步骤9，在延迟匹配精度较高时，也可以只采用一路可调衰减器和相关器实现泄漏信号的抑制；步骤10，自适应时延调整环节与自适应泄漏功率抑制环节可以互换位置，与原系统等效；原系统的自适应时延调整环节在计算时延时要将自适应泄漏功率抑制环节功率信号传输时延计入算法，位置互换后的自适应时延环节在计算时延时不需要计入该时延。