基于諧波反饋的太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)及發(fā)射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太赫茲雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及太赫茲雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域中的一種 基于諧波反饋的太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)及發(fā)射方法。本發(fā)明采用高速現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FieldProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA)實(shí)現(xiàn)諧波反饋的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，對(duì)太赫茲雷達(dá) 發(fā)射信號(hào)進(jìn)行非線性失真補(bǔ)償，以解決太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)中功率放大器的線性放大范 圍受約束的問題，并提高太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)的性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 在太赫茲雷達(dá)通信系統(tǒng)中，由于要獲得足夠的作用距離，需要增加發(fā)射機(jī)的發(fā)射 功率，從而引起功率放大器的工作點(diǎn)接近飽和區(qū)，這就使得功率放大器的輸出信號(hào)產(chǎn)生了 非線性失真，會(huì)導(dǎo)致太赫茲雷達(dá)信號(hào)帶內(nèi)失真和帶外譜擴(kuò)展，降低發(fā)射機(jī)的性能。
[0003]太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)中的功率放大器一般采用耿氏二極管，耿氏二極管的輸出 功率可達(dá)到50毫瓦，但其輸出效率只能達(dá)到15%左右?，F(xiàn)有的太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)的發(fā) 射功率至少為10毫瓦，在經(jīng)過(guò)多級(jí)倍頻放大之后很難達(dá)到發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，并且容易使 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，對(duì)后續(xù)的信號(hào)處理帶來(lái)一定程度的影響。在 此背景下，對(duì)太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)中功率放大器的非線性補(bǔ)償技術(shù)的研宄也備受關(guān)注， 已成為太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004] 富士通株式會(huì)社申請(qǐng)的專利"失真補(bǔ)償裝置和功率放大器裝置"（專利申請(qǐng)?zhí)?200910002658. 5,公開號(hào)CN101499781A)中公開了一種失真補(bǔ)償裝置和功率放大器裝置。 該專利申請(qǐng)的主要裝置有：自適應(yīng)失真補(bǔ)償單元、自適應(yīng)均衡器、存儲(chǔ)器以及控制單元，該 裝置利用自適應(yīng)的算法對(duì)非線性失真電路信號(hào)進(jìn)行非線性補(bǔ)償。該專利申請(qǐng)公開的設(shè)備和 方法存在的不足是，對(duì)信號(hào)進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)姆秶^小，其自適應(yīng)均衡器是通過(guò)數(shù)字濾波 器實(shí)現(xiàn)的，而太赫茲雷達(dá)信號(hào)是高頻率大帶寬的信號(hào)，普通數(shù)字濾波器很難達(dá)到要求，由此 導(dǎo)致基于普通數(shù)字電路的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)在太赫茲雷達(dá)這種高頻率、大帶寬信號(hào)處理的場(chǎng) 合難以廣泛應(yīng)用。
[0005] 電子科技大學(xué)申請(qǐng)的專利"一種預(yù)失真處理方法和裝置"（專利申請(qǐng)?zhí)?201110075953. 0,公開號(hào)CN102271106A)中公開了一種基于反饋回路的數(shù)字預(yù)失真方法和 裝置。該專利申請(qǐng)的裝置包括預(yù)處理單元、主預(yù)失真單元、下行調(diào)制鏈路、功率放大器、反饋 回路，還包括主預(yù)失真單元切換開關(guān)、功率放大器切換開關(guān)、控制單元，主預(yù)失真單元切換 開關(guān)和主預(yù)失真單元并聯(lián)，功率放大器切換開關(guān)與功率放大器并聯(lián)，反饋回路由上行解調(diào) 鏈路和副預(yù)失真單元串聯(lián)而成。該專利申請(qǐng)的方法通過(guò)在反饋回路中加入預(yù)失真處理，使 反饋信號(hào)得到補(bǔ)償，消除反饋回路造成的失真。該專利申請(qǐng)公開的設(shè)備和方法存在的不足 是，與功率放大器相連硬件電路實(shí)現(xiàn)相對(duì)較復(fù)雜，不能達(dá)到太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)的發(fā)射 功率要求，能處理的信號(hào)帶寬不夠大，且對(duì)雷達(dá)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)男Ч幻?顯，在太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)中所引起的非線性失真對(duì)后續(xù)的信號(hào)處理依然明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出基于諧波反饋的太赫茲雷達(dá) 信號(hào)發(fā)射機(jī)及發(fā)射方法，本發(fā)明采用高速現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FieldProgrammableGate Array，F(xiàn)PGA)實(shí)現(xiàn)諧波反饋的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)中功率 放大器的非線性補(bǔ)償。
[0007] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] 技術(shù)方案一：
[0009] -種基于諧波反饋的太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括：雷達(dá)信號(hào)生成模 塊、時(shí)鐘控制模塊、數(shù)字預(yù)失真模塊、數(shù)字上變頻模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、混頻模塊、太赫茲倍 頻功率放大模塊、諧波反饋模塊以及雷達(dá)天線；各模塊之間通過(guò)總線連接；其中，
[0010] 所述雷達(dá)信號(hào)生成模塊，用于產(chǎn)生基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)低通濾 波；并產(chǎn)生本振信號(hào)；
[0011] 所述時(shí)鐘控制模塊，用于產(chǎn)生固定的時(shí)鐘周期，控制基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)的輸 入和輸出；
[0012] 所述數(shù)字預(yù)失真模塊，用于對(duì)低通濾波后的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行非線性補(bǔ) 償，獲得非線性補(bǔ)償信號(hào)；
[0013] 所述數(shù)字上變頻模塊，用于將非線性補(bǔ)償信號(hào)的頻率上調(diào)到高一級(jí)頻段的信號(hào)， 得到數(shù)字雷達(dá)中頻信號(hào)；
[0014] 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將數(shù)字雷達(dá)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬線性調(diào)頻信號(hào)；
[0015] 所述混頻模塊，用于調(diào)制模擬線性調(diào)頻信號(hào)的中心頻率，得到射頻信號(hào)；
[0016] 所述太赫茲倍頻功率放大模塊，用于將射頻信號(hào)進(jìn)行多級(jí)倍頻和功率放大，得到 功率放大后的太赫茲雷達(dá)信號(hào)；
[0017] 所述諧波反饋模塊，用于提取功率放大后的太赫茲雷達(dá)信號(hào)中的諧波信號(hào)，并將 諧波信號(hào)功率反饋給數(shù)字預(yù)失真模塊；
[0018] 所述雷達(dá)天線，用于發(fā)射功率放大后的太赫茲雷達(dá)信號(hào)。
[0019] 技術(shù)方案二：
[0020] 一種基于諧波反饋的太赫茲雷達(dá)信號(hào)發(fā)射方法，基于上述基于諧波反饋的太赫茲 雷達(dá)信號(hào)發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括以下步驟：
[0021] (1)產(chǎn)生信號(hào)：
[0022] la)將雷達(dá)信號(hào)生成模塊生成的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字低通濾波，得到 低通濾波后的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)；
[0023] lb)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，數(shù)字預(yù)失真模塊接收低通濾波后的基帶數(shù)字線性 調(diào)頻信號(hào)，對(duì)低通濾波后的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)的基帶頻譜數(shù)據(jù)，即基帶正交數(shù)字信號(hào)， 進(jìn)行兩倍抽取，分別得到基帶正交數(shù)字信號(hào)的實(shí)部信號(hào)和基帶正交數(shù)字信號(hào)的虛部信號(hào)。
[0024] (2)初始化非線性補(bǔ)償權(quán)系數(shù)：
[0025] 2a)計(jì)算初始化的非線性補(bǔ)償權(quán)系數(shù)，將其送入權(quán)系數(shù)更新模塊；
[0026]2b)權(quán)系數(shù)更新模塊將初始化的非線性補(bǔ)償權(quán)系數(shù)傳輸?shù)綌?shù)字預(yù)失真計(jì)算模塊。
[0027] (3)獲得非線性補(bǔ)償信號(hào)：
[0028] 3a)數(shù)據(jù)預(yù)失真計(jì)算模塊將已接收到基帶正交數(shù)字信號(hào)的實(shí)部信號(hào)和基帶正交數(shù) 字信號(hào)的虛部信號(hào)作為第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)；
[0029] 3b)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，將第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)得到 第二個(gè)通道的數(shù)據(jù)，第二個(gè)通道的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)得到第三個(gè)通道的數(shù)據(jù)，第 三個(gè)通道的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)得到第四個(gè)通道的數(shù)據(jù)，第四個(gè)通道的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一 個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)得到第五個(gè)通道的數(shù)據(jù)；
[0030] 3c)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，按照下式，獲得5個(gè)通道預(yù)補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)：
[0031]
[0032] 其中，xm(n)表示五個(gè)通道中第m個(gè)通道預(yù)補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)，n表示雷達(dá)信號(hào)生成模塊 生成的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，x (n-m+1)表示五個(gè)通道中第m個(gè)通道的數(shù)據(jù)，K 表示對(duì)第m個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目偞螖?shù)，K為大于等于3的正整數(shù)，wmk表示對(duì)五個(gè)通道 中第m個(gè)通道進(jìn)行第k次補(bǔ)償?shù)臋?quán)系數(shù)，k取值范圍為1~K之間的正整數(shù)，| *|表示對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行求模操作；
[0033] 3d)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，按照下式，獲得5個(gè)通道的補(bǔ)償數(shù)據(jù)：
[0034] ym(n) = x (n-m+1) xm(n)
[0035] 其中，ym(n)表示五個(gè)通道中第m個(gè)通道的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，n表示雷達(dá)信號(hào)生成模塊 生成的基帶數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，x (n-m+1)表示五個(gè)通道中第m個(gè)通道的數(shù)據(jù)， xm(n)表示五個(gè)通道中第m個(gè)通道預(yù)補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)；
[0036] 3e)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，按照下式，獲得非線性補(bǔ)償信號(hào)：
[0037]
[0038] 其中，y(n)表示非線性補(bǔ)償信號(hào)，n表示雷達(dá)信號(hào)生成模塊生成的基帶數(shù)字線性 調(diào)頻信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，M表示通道總個(gè)數(shù)。
[0039] (4)獲得數(shù)字雷達(dá)中頻信號(hào)：
[0040]4a)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，數(shù)字預(yù)失真模塊將非線性補(bǔ)償信號(hào)送到多相濾波 模塊；多相濾波模塊對(duì)接收到的非線性補(bǔ)償信號(hào)，進(jìn)行多相濾波操作，得到高速率信號(hào)；再 對(duì)高速率信號(hào)進(jìn)行兩倍抽取，得到高速率信號(hào)的虛部信號(hào)和實(shí)部信號(hào)；
[0041] 4b)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，半相濾波模塊接收高速率信號(hào)的虛部信號(hào)，對(duì)它進(jìn) 行低通濾波，得到濾波后的高速率信號(hào)的虛部信號(hào)；
[0042] 4c)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，移位模塊接收高速率信號(hào)的實(shí)部信號(hào)，將其進(jìn)行向 右移位，移位的位數(shù)為高速率信號(hào)的虛部信號(hào)的位數(shù)，得到移位后的高速率信號(hào)的實(shí)部信 號(hào)；
[0043] 4d)在時(shí)鐘控制|旲塊的控制下，將濾波后的尚速率彳目號(hào)的虛部彳目號(hào)和移位后的尚 速率信號(hào)的實(shí)部信號(hào)，傳輸給數(shù)字正交變換逆過(guò)程模塊；數(shù)字正交變換逆過(guò)程模塊將移位 后的高速率信號(hào)的實(shí)部信號(hào)乘以-1，與濾波后的高速率信號(hào)的虛部信號(hào)相加，得到高速率 的雷達(dá)數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)；
[0044] 4e)在時(shí)鐘控制模塊的控制下，將高速率的雷達(dá)數(shù)字線性調(diào)頻信號(hào)送到二進(jìn)制碼 轉(zhuǎn)換模塊，得到數(shù)字雷達(dá)中頻信號(hào)。
[0045] (5)獲得射頻信號(hào)：
[0046] 5a)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字雷達(dá)中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為模擬線性調(diào)頻信 號(hào)；
[0047] 5b)混頻模塊將模擬線性調(diào)頻信號(hào)與本振信號(hào)進(jìn)行混頻，得到射頻信號(hào)。
[0048] (6)倍頻放大：