1和差極化方式不同導(dǎo)致跟蹤相位突變的理論分析周陽輝講義教材

和差極化方式不同導(dǎo)致

跟蹤相位突變的理論分析1問題的引出

921-07任務(wù)中，衛(wèi)通首次使用60oE星圓極化B轉(zhuǎn)發(fā)器。出現(xiàn)如下問題：和差通道均切換為B極化模式，方位和俯仰中始終有一路信號極性反相。和差通道極化方式不一致的模式，隨著地理位置的變化，相位值發(fā)生了改變。三個問題亟待原理上的推導(dǎo)：我船模擬接收機對B極化模式校相，兩軸誤差信號反相原因。采用數(shù)字接收機跟蹤B極化模式正常，它和模擬接收機有何區(qū)別？和差通道極化方式不一致時，相位值發(fā)生突變的原因。

當θ足夠小時，天線偏離的大小可以近似表示為θ，我們可以得到方位和俯仰的誤差電壓可以分別表示為：方位誤差信號UAZ=Kjθcosφ，（2.1）俯仰誤差信號UEL=Kjθsinφ，（2.2）其中Kj為相應(yīng)的增益調(diào)節(jié)系數(shù)。2.2差模跟蹤原理單脈沖單信道跟蹤原理，主要利用了饋源波導(dǎo)中主模和差模電磁場的天線方向圖。更確切地說，差模跟蹤利用了天線偏離角度θ極小時，和信號激起的主模幅度基本不變化，差模信號幅度線性正比于偏離角度θ，且以角度φ作為極性特性。和差信號可以表示為：

EΣ=bcosωt（2.3）EΔ=bμθcos(ωt+φ+γ)（2.4）2.3單通道接收機單通道跟蹤接收機將差信號經(jīng)過調(diào)制或混頻等變換，抑制掉原有頻率分量。然后將和、差信號加在一起，通過一個通道傳輸、變換、解調(diào)，形成單通道接收機。優(yōu)點：是合成后的信號在一個通道內(nèi)傳輸，和信號和差信號傳輸時同樣放大、同樣變頻、產(chǎn)生同樣時延。(和、差信號的相對相移不變)3問題分析3.1坐標系和公式的重新建立

大部分參考書使用的和差信號表達式。不具有一般性。崗位人員初步推導(dǎo)時，利用上述表達式，無法突破理論局限，找不出相位變化的原因。圖4是我們重建的復(fù)平面大地坐標系，它將信標的極化變化狀態(tài)完整的表達出來。圖4饋源喇叭接收信標矢量分解圖

由此我們可以得到線極化信標和分解的兩圓極化信標的表達式分別為：E線

=bcosωtejΦ

（3.1）E左圓

=be-jωtejβ1

（3.2）E右圓

=bejωtejβ2

（3.3）3.2理論分析3.2.1兩軸極性相反的原因在合路網(wǎng)絡(luò)前的和差信號分別為：

EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.4）

EΔ=kbμθcos(-ωt+φ+β1+γ2)（3.5）差信號經(jīng)過方波調(diào)制后與和信號相加，合成后的信號放大、變頻、鎖相后，變?yōu)轭l率ω1t的中頻信號。

鎖相環(huán)將頻率、相位鎖定于和信號，得到用于解調(diào)的參考源輸出信號。

經(jīng)過移相和反相后的參考源標準信號信號分別為：

U1(t)=cos(ω1t–β1–γ1+γ）

U2(t)=–sin(ω1t–β1–γ1+γ)

其中，前項相乘，一項為直流項，一項為高頻分量，均不含有誤差信號，因此可以方便的濾除；后兩項相乘，并濾除高頻分量為

kbμθcos(φ+γ+γ2-γ1），將γ=γ1-γ2代入，由此可得：

U1(t)×(EΣ+EΔ)=kbμθcosφ×C(t)同理：濾除高頻分量和直流項后，U2(t)×(EΣ+EΔ)=–kbμθsinφ×C(t)

解出的信號再進入同步檢波器，濾除方波可得：方位誤差信號UAZ=kbμθcosφ俯仰誤差信號UEL=-kbμθsinφ

大多數(shù)數(shù)字接收機，它的每一路都有移相器，或者反相器，可以智能的實現(xiàn)信號極性的反轉(zhuǎn)，大衛(wèi)通模擬接收機只有一個可調(diào)移相器，這導(dǎo)致它不能分別調(diào)整兩軸相位。

針對此缺陷，921-07任務(wù)中我們設(shè)計了如下方案：原輸出為：俯仰誤差信號UEL=-kbμθsinφ（3.13）方位誤差信號UAZ=kbμθcosφ（3.14）首先將接收機送至ＡＣＵ的模擬誤差信號Ua，Ue的接線互換，兩軸的誤差信號轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

UEL=kbμθcosφ（3.15）

UAZ=-kbμθsinφ（3.16）然后通過接收機相位值的調(diào)整，即減小90°來完成到正確狀態(tài)的轉(zhuǎn)換得到：UEL=kbμθcos（φ-90°）=kbμθsinφ（3.17）UAZ=-kbμθsin（φ-90°）=kbμθcosφ（3.18）3.2.2相位突變的原因使用和差通道極化方式不一樣的模式校相時，和信號選B極化，差信號選A極化，在合路網(wǎng)絡(luò)前的和差信號分別為：EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.19）EΔ=kbμθcos(ωt+φ+β2+γ2)（3.20）推理過程如上，最后得到：γ是移相器移相值，移相時必須滿足：γ=β1+β2+γ1+γ2=2Φ+γ1+γ2

由上可知，接收機的移相值不但與和差通道的相位差有關(guān)，還與線極化信標的極化有關(guān)。由于極化角隨著地理位置的變化而變化，造成模擬接收機相位突變。3.2.3理論和實測數(shù)據(jù)誤差的原因極化角計算公式為，在江陰碼頭Φ=55o，在突變點Φ’=83o，由式3.23可以得到相位突變理論值γ?γ’=2（Φ–Φ’）=2（83-55）=56o，與實測相位變化值有24o左右的誤差。

對于這一誤差，有人認為屬于系統(tǒng)誤差。我們認為遺漏了一項變量是理論與實測不符的重要原因。當旋向不同的和差信號進入后，它們的相位差是反向變化，這比同向變化的雙通道接收機的性能惡化更嚴重。圖6是和差通道相位差的簡易示意圖，圖6和差通道相位差示意圖

將Δγ因數(shù)代入公式3.19、3.20可得到：EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1+Δγ）EΔ=kbμθcos(ωt+φ+β2+γ2+Δγ)

所以：γ=2Φ+γ1+γ2+2Δγγ1、γ2因為路程較短，電纜較少，可認為近似不變。合路后端的相位由于電纜較長（天線到機房）、設(shè)備較多、運算環(huán)節(jié)較多