空间分布单元的相位同步系统

摘要

本发明公开了一种空间分布单元的相位同步系统。包括主、从收发信机；主收发信机包括频率合成器、上变频器、合路器、相位比较器、模数转换器、单片机和无线发射模块。从收发信机包括分路器、上变频器、移相器、数模转换器、单片机和无线接收模块。主收发信机向从收发信机发射信号，并接收从收发信机的反馈信号，比较得到发射信号和反馈信号的相位差，将此相位差数字调制后发射给从收发信机；从收发信机接收主收发信机的发射信号，再将此信号反馈发射回主收发信机，然后根据接收到的相位差信息对接收信号进行移相。本发明实现主、从收发信机输出的信号同频同相，不随两者相对距离的变化而变化。本发明可用于波束成形、精确测距、卫星同步通信等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及无线电传输系统，尤其是涉及一种空间分布单元的相位同步系统。

背景技术

对于微波系统，系统间的同步情况决定系统中各个成员工作时钟的关系，所以系统间的相位同步决定着系统间协同工作性能。近些年来，随着卫星编队、双战（或多站）合成孔径雷达等技术的发展，微波系统所应用的领域不断扩大，系统的结构越来越复杂，大规模系统间的协同工作越来越多，这使得微波系统间同步的重要性更加突出。

当前同步系统对整个通信系统的性能影响和系统设计在数字和模拟方面都有深入的研究。在数字通信系统方面，DSB、VSB、QAM、QPSK、OFDM等系统的同步提取结构已很成熟。对于模拟系统中的相位同步，锁相环技术可以很好地实现相位同步，这种方法在相控阵雷达应用中比较常见。其中一种典型的相控阵雷达的相位控制就是由一个参考源发射一个参考信号，由各个雷达发射单元接收这个参考信号，并且经过锁相环或者频率合成技术产生发射波形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间分布单元的相位同步系统，该系统中的空间分布单元输出的信号相位同步，并且相位同步不随单元相对位置的变化而变化。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括主收发信机和从收发信机；其中：

在主收发信机中，两路频率合成器的输出端都分为两路，一路接入合路器输入端，另一路接入上变频器的输入端，合路器将这两个频率的信号经天线发射至从收发信机，并连接至分路器的输入端，上变频器输出端分为两路，一路接相位比较器的输入端，另一路作为主收发信机的输出；相位比较器的输出端经模数转换器ADC、单片机MCU输出数据经无线收发模块发射至从收发信机的无线收发模块；

在从收发信机中，分路器的两个输出端连接至另一上变频器的两个输入端，另一上变频器的输出端分为两路，一路作为反馈信号发射回主收发信机，并连接至相位比较器的另一个输入端，另一路接至移相器的输入端；另一无线收发模块的输出数据经另一单片机MCU、数模转换器DAC接移相器压控端；移相器的输出作为从收发信机的输出。

所述的移相器为模拟移相器，移相范围为-180°～+180°。

所述的两块无线收发模块选用集成多通道嵌入式无线收发模块。

本发明具有的有益效果是：

本发明中单元间通信收发不同频率，实现了信道隔离，减小了发射信号和反馈信号间的干扰，提高系统稳定性和精确度。通过不断检测主从单元信号的相位差，利用数字反馈的方式，实时调节从单元输出信号的相位，将因距离而产生的相位差及系统固有的相位干扰进行了补偿，使得主从输出信号同频同相，且不随距离的变化而变化。本发明体积小，重量轻，具有便于携带安装的特点。可用于波束成形、精确测距、卫星同步通信等研究应用领域。

附图说明

图1是本发明实现的原理框图。

图2是频率合成器原理图。

图3是上变频器原理图。

图4是合路器原理图。

图5是分路器原理图。

图6是相位比较器原理图。

图7是模数转换器原理图。

图8是数模转换器原理图。

图9是移相器原理图。

图10是单片机原理图。

图11是无线收发模块与单片机连接原理图。

图中：1、频率合成器，2、频率合成器，3、合路器，4、上变频器，5、相位比较器，6、模数转换器ADC，7、单片机MCU，8、无线收发模块，9、分路器，10、上变频器，11、移相器，12、数模转换器DAC，13、单片机MCU，14、无线收发模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明系统包括主收发信机和从收发信机；其中：

在主收发信机中，两路频率合成器1、2的输出端都分为两路，一路接入合路器3输入端，另一路接入上变频器4的输入端，合路器3将这两个频率的信号经天线发射至从收发信机，并连接至分路器9的输入端，上变频器4输出端分为两路，一路接相位比较器5的输入端，另一路作为主收发信机的输出；相位比较器5的输出端经模数转换器ADC6、单片机MCU7输出数据经无线收发模块8发射至从收发信机的无线收发模块14。

在从收发信机中，分路器9的两个输出端连接至另一上变频器10的两个输入端，另一上变频器10的输出端分为两路，一路作为反馈信号发射回主收发信机，并连接至相位比较器5的另一个输入端，另一路接至移相器11的输入端；另一无线收发模块14的输出数据经另一单片机MCU13、数模转换器DAC12接移相器11压控端；移相器11的输出作为从收发信机的输出。

主收发信机向从收发信机发射信号，从收发信机通过上变频从接收信号中得到有用信号，并将此信号反馈发射回主收发信机；在主收发信机比较得到发射信号和反馈信号的相位差，并对此相位差进行“除2”处理，将处理后的数据数字调制后发射给从收发信机；从收发信机根据接收到的相位差信息对上变频得到的有用信号进行移相，从而实现主从收发信机输出信号同频同相。

基于有用信号由主信机发射至从信机然后再经从信机反馈回主信机的情形，相位比较器5两个输入信号的相位差为单程距离引起的相位差的两倍，“除2”处理消除了该影响。同时该处理还包括了相位模糊度的判定。

所述的合路器3将主收发信机不同频率的信号合成一路发射。

所述的移相器11为模拟移相器，移相范围：0°，360°。

所述的两个频率综合电路1、2选用锁相环芯片搭建。

所述的无线收发模块7、13选用集成多通道嵌入式无线收发模块。

如图2所示，所述的两个频率合成器1、2均由ADI公司的芯片ADF4360-9搭建。

如图3所示，所述的两个上变频器4、10均由MINICIRCUITS公司的ADE-11X芯片及其外围电容，电感等元件。

如图4所示，所述的合路器3选用MINICIRCUITS公司的ADP-2-10-75M+芯片。

如图5所示，所述的分路器9选用MINICIRCUITS公司的ADP-2-10-75M+芯片。

如图6所示，所述的相位比较器5包括ADI公司的AD8302芯片及其外围电阻、电容等元件。

如图7所示，所述的模数转换器ADC6选用ADI公司的AD7277芯片。

如图8所示，所述的数模转换器DAC12选用ADI公司的AD5310芯片。

如图9所示，所述的移相器11包括SKYWORKS公司的PS088-315芯片及其外围电容等元件。

如图10所示，所述的两个单片机MCU7、13包括ATMEL公司的ATmega88芯片及其外围电容、晶振等元件。

如图11所示，所述的无线收发模块8、14均选用深圳科灵通科技公司的DT290无线收发模块。该模块的RXD与单片机TXD相连，TXD与单片机RXD相连，EN端接收来自单片机的高电平。

本发明的具体运行方案：

如图1所示，在主收发信机，设两个频率综合器1、2产生的单频信号分别为：f₁∠Q₁、f₂∠Q₂（Q₁,Q₂为初相）。两信号均分为两路，一路f₁∠Q₁、f₂∠Q₂经合路器由天线发射出去。另一路f₁∠Q₁、f₂∠Q₂经上变频器4后为f₁+f₂∠Q₁+Q₂，此即为主收发信机的输出信号，记为：f₀∠Q₀=f₁+f₂∠Q₁+Q₂。假设主从收发信机之间的距离为L，两信号由于距离而产生的相位差分别为：φ₁＝2πf₁L/v_p，φ₂＝2πf₂L/v_p（其中v_p为信号的传播速度），则从收发信机接收到的两信号分别为f₁∠Q₁-φ₁、f₂∠Q₂-φ₂，f₁∠Q₁-φ₁与f₂∠Q₂-φ₂经另一上变频器10混频后为f₁+f₂∠Q₁+Q₂-φ₁-φ₂，即为f₀∠Q₀-φ₀（φ₀=φ₁+φ₂，等于频率为f₀的信号传输L距离后产生的相位滞后），该信号经传输空间L反馈回主收发信机时为f₀∠Q₀-2φ₀。在主收发信机，反馈信号f₀∠Q₀-2φ₀与主收发信机的输出信号f₀∠Q₀在相位比较器进行相位比较，相位比较器输出与两信号相位差2φ₀成比例的直流电压，将该直流电压经模数转换器ADC6采样的数据在单片机MCU7中进行“除2”处理（包括相位模糊处理），使得到的数据为传输距离L引起的相位差φ₀成比例的直流电压值，再将该数据经无线收发模块8发送至从收发信机。在从收发信机，另一无线收发模块14接收相位差信息后，经另一单片机MCU13和数模转换器DAC12进行还原，数模转换器DAC12输出的直流电平控制移相器11的相移。这样，就可将主从收发信机输出信号的相位差补偿掉，实现主从输出信号同频同相，且不随两者相对距离的变化而变化。