[发明专利]一种甚低频无源相位合成网络

说明书

技术领域

本发明涉及长波导航、甚低频通信、雷电测试定位、地震监测等领域的甚低频多路接收的相位合成技术。

背景技术

在通信领域，甚低频是远程通信的最有效通信手段。大量的实验证明，由于受发射、接收位置、传播路径、太阳辐射、昼夜、季节、气候以及水文条件等诸多因素的影响，甚低频通信传播参数分布存在明显差异，会导致接收端在不同地域、不同时间和不同频率的收信效果明显不同。为了提供良好的接收效果需要采用阵列化接收方式，采用何种相位合成网络不引入或恶化前端信号噪声成为主要关切问题。

在长波导航领域，随着科技的发展，人类活动范围也越来越广阔，相应的对位置、导航和时间信息的需求也越来越高，位置、导航和授时的概念也从一些术语快速成为大众关心的基础信息。远程导航是其中的一项支撑系统，该系统采用了甚低频工作频段，新型用户小型化阵列接收终端的信号相位合成技术是其中的瓶颈环节。

在地震监测领域，地震是危害很大大的自然灾害，地震发生时震源会向大气中辐射有明显特征的甚低频信号，在许多重要目标监测点安装了许多检测设备。针对雷电探测系统的天馈与接收前端的设计由正交环天线和电场天线两部分组成。不同的阵列天线及接收单元通道面临甚低频信道的相位合成问题。

在雷电监测领域，雷电是自然界频繁发生的一种高强度电磁脉冲现象，因其影响面积大，受到气象、电力、铁路、石油、航空等诸多部门的广泛关注。雷电流及其雷电电磁脉冲是雷电参数的主要内容。从频域看，则主要在甚低频端。大气电场和雷电地闪磁场探测采用平板天线接收大气电场信号、正交环形天线接收雷电脉冲磁场信号,雷电监测设备需要将多路传感单元拾取的信号进行有效信号合成，信号移相合成成为技术瓶颈。

在以上各个领域均有图1所示的多信道极低噪声相位合成的具体工程技术问题，图2中虚线框示意出了合成网络的具体位置。现有技术中，针对甚低频相位合成网络可采取的手段有如图3、图5所述的方式。图3所示的有源移相方式易恶化信噪比且带宽有限。图5所示的数字移相方式同样易引入了较高的量化噪声。由于甚低频波长长，外界噪声干扰严重，使用频带相对带宽较宽，使得传统频段(如U、V、L等)传递函数的构建无法实现甚低频段的宽倍频程无源移相。

目前，国内文献中尚未有甚低频无源相位合成网络的技术报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种甚低频无源相位合成网络，给出了0度和90度无源相位合成网络的基本架构和实现方法，可在10KHz到40KHz频段内自动完成两路正交模拟信号的移相及合成，实现了两路90度相差同频甚低频信号在经过网络后达到0度或180度相差合成的目的。本发明的工作带宽大于4个倍频程，两路输入阻抗50欧姆，合成输出阻抗50欧姆，插入损耗平均3.5dB，实现简便，易于调试，易于级联，有助于低噪声或极低噪声阵列化前端通道相位无源合成设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种甚低频无源相位合成网络，包括甚低频输入口、甚低频输出口、无源移相功能块和无源合成功能块；两个甚低频各接收一路信号，分别传输至一个无源移相功能块进行移相，两个无源移相功能块的输出通过无源合成功能块实现合成。

所述的两个无源移相功能块中，一个无源移相功能块包括电感L1、L2和电容C1、C2，另一个无源移相功能块包括电感L5、L6和电容C3、C4，所述的无源合成功能块包括电感L3、L4和电容C5、C6；第一路信号输入至L1，L1和L2相串联，连接至C1和C2并联一端，并与L3和L4相串联连接到输出芯线端，C1和C2并联另一端连至输出皮线端；第二路信号输入至C3和C4并联一端，C3和C4并联另一端连接至L5和L6串联一端，并与C5、C6并联网一端相连接，L5和L6串联另一端连至输出皮线端，C5、C6并联另一端连接到输出芯线端。

所述的电感L1＝L2＝L3＝L4＝100uH，L5＝0.5mH，L6＝1mH，其中L1、L3、L5为可调电感，给出的标称值为调试上限范围；所述的电容C1＝C2＝30000Pf，C3＝C5＝100000Pf，C4＝C6＝200000Pf，其中C1、C3、C5为可调电容，给出的标称值为调试上限范围。

若干个无源移相功能块两两为一组，将偶数个输入信号通过级联进行移相合并，得到一个输出信号。

本发明的有益效果是：

第一、甚低频无源相位合成网络相位合成效果良好，参见表1所示的频率、相位及相位差数据；

表1频率及相位合成表