[發(fā)明專利]一種用于黑障區(qū)測控通信的太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811399555.2
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109245828A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 吳秋宇;林長星;范進;汪朝暉;郝鑫;鄧賢進
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H04B10/90
• 分類號: H04B10/90;H04B1/707;H04B1/40
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本發(fā)明公開了一種用于黑障區(qū)測控通信的太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射部分、接收部分、環(huán)形器、天饋系統(tǒng)和模擬對消電路，所述環(huán)形器和模擬對消電路位于發(fā)射部分和接收部分之間，環(huán)形器接天饋系統(tǒng)，發(fā)射部分將發(fā)射射頻信號送入環(huán)形器，經(jīng)過天饋系統(tǒng)向空間輻射，從發(fā)射部分末端定向耦合器耦合出來的部分發(fā)射射頻信號經(jīng)模擬對消電路進入接收部分；該系統(tǒng)安裝于高速飛行器上，工作頻段為高于300GHz的太赫茲頻段，能有效減輕或消除等離子鞘套對測控信號的吸收，實現(xiàn)測控信號對等立體鞘套的穿透能力。

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信技術，尤其是一種用于黑障區(qū)測控通信的太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)。

背景技術

高速飛行器在臨近空間飛行時，由于與大氣層發(fā)生劇烈的摩擦和擠壓，表面溫度激增到三千開爾文以上，引起大氣分子的電離，使大氣分子中繞原子核運動的電子脫離原子核的束縛，形成自由電子，失去電子的大氣分子形成帶正電的離子。自由電子和離子在飛行器表面形成等離子體。此外，由于飛行器本身隔熱材料在高溫燒蝕下電離，周圍電子濃度大幅度上升，形成包圍飛行器的有一定厚度的等離子體，稱為“等離子鞘套”。

等離子鞘套對電磁波信號具有極強的吸收效應，用于飛行器測控的電磁波信號由于被等離子鞘套的吸收、反射，使得飛行器與外界的信號傳輸質(zhì)量下降，甚至完全中斷，即所說的“黑障”現(xiàn)象。飛行器在臨近空間飛行時出現(xiàn)黑障現(xiàn)象的區(qū)域被稱為“黑障區(qū)”，在黑障區(qū)的傳統(tǒng)微波測控手段無法解決信息傳輸?shù)膯栴}。

目前，克服黑障區(qū)無法進行信息傳輸?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：提高用于通信的無線電波載波頻率，凈化飛行器表面放熱材料以減少燒蝕產(chǎn)生的等離子體，提高發(fā)射功率和接收機靈敏度，施加強磁場以改變等離子體的運動模式降低對電磁波產(chǎn)生的損耗，表面噴射親電子材料以吸收電子，改善飛行器的氣動外形，合理選擇天線的窗口位置，數(shù)據(jù)記錄待出黑障區(qū)后重發(fā)，落地后回收數(shù)據(jù)存儲器等等。其中數(shù)據(jù)記錄重發(fā)和存儲器回收是目前主要采用的克服飛行區(qū)黑障區(qū)通信問題的手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述技術缺陷，提出了一種用于黑障區(qū)測控通信的太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)，能有效減輕或消除了等離子鞘套對測控信號的吸收，實現(xiàn)測控信號對等立體鞘套的穿透能力。

一種用于黑障區(qū)測控通信的太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)射部分、接收部分、環(huán)形器、天饋系統(tǒng)和模擬對消電路，所述環(huán)形器和模擬對消電路位于發(fā)射部分和接收部分之間，環(huán)形器接天饋系統(tǒng)，發(fā)射部分將發(fā)射射頻信號送入環(huán)形器，經(jīng)過天饋系統(tǒng)向空間輻射，從發(fā)射部分末端定向耦合器耦合出來的部分發(fā)射射頻信號經(jīng)模擬對消電路進入接收部分；

按照信息的發(fā)送方向，發(fā)射部分依次包括符號映射模塊、直接序列擴頻（DSSS）模塊、成型濾波模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、I/Q混頻器、帶通濾波器（BPF）、功率放大器（PA）、定向耦合器；所述定向耦合器將發(fā)射射頻信號輸出至環(huán)形器，經(jīng)環(huán)形器后由天饋系統(tǒng)向空間輻射，從定向耦合器耦合出來的部分發(fā)射射頻信號經(jīng)過模擬對消電路進入到接收部分；

按照信息的接收方向，接收部分依次包括低噪聲放大器（LNA）、I/Q混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、匹配濾波模塊、同步解擴模塊、解調(diào)判決模塊；從天饋系統(tǒng)接收到的測控信號經(jīng)過環(huán)形器送入低噪聲放大器；然后，低噪聲放大器輸出的信號與模擬對消電路輸出的信號進行信號相加操作，得到對消后的接收信號再進行后續(xù)的數(shù)字信號處理；

所述太赫茲無線收發(fā)系統(tǒng)安裝于飛行器上，飛行器表面安裝有環(huán)狀天線，形成具有環(huán)狀的天線波束，稱為環(huán)狀波束。所述環(huán)狀波束與飛行器的飛行方向呈固定夾角，這樣可使飛行器在飛行過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)時天線波束的特性保持不變。