1和差极化方式不同导致跟踪相位突变的理论分析周阳辉讲义教材

和差极化方式不同导致

跟踪相位突变的理论分析1问题的引出

921-07任务中，卫通首次使用60ºE星圆极化B转发器。出现如下问题：和差通道均切换为B极化模式，方位和俯仰中始终有一路信号极性反相。和差通道极化方式不一致的模式，随着地理位置的变化，相位值发生了改变。三个问题亟待原理上的推导：我船模拟接收机对B极化模式校相，两轴误差信号反相原因。采用数字接收机跟踪B极化模式正常，它和模拟接收机有何区别？和差通道极化方式不一致时，相位值发生突变的原因。

当θ足够小时，天线偏离的大小可以近似表示为θ，我们可以得到方位和俯仰的误差电压可以分别表示为：方位误差信号UAZ=Kjθcosφ，（2.1）俯仰误差信号UEL=Kjθsinφ，（2.2）其中Kj为相应的增益调节系数。2.2差模跟踪原理单脉冲单信道跟踪原理，主要利用了馈源波导中主模和差模电磁场的天线方向图。更确切地说，差模跟踪利用了天线偏离角度θ极小时，和信号激起的主模幅度基本不变化，差模信号幅度线性正比于偏离角度θ，且以角度φ作为极性特性。和差信号可以表示为：

EΣ=bcosωt（2.3）EΔ=bμθcos(ωt+φ+γ)（2.4）2.3单通道接收机单通道跟踪接收机将差信号经过调制或混频等变换，抑制掉原有频率分量。然后将和、差信号加在一起，通过一个通道传输、变换、解调，形成单通道接收机。优点：是合成后的信号在一个通道内传输，和信号和差信号传输时同样放大、同样变频、产生同样时延。(和、差信号的相对相移不变)3问题分析3.1坐标系和公式的重新建立

大部分参考书使用的和差信号表达式。不具有一般性。岗位人员初步推导时，利用上述表达式，无法突破理论局限，找不出相位变化的原因。图4是我们重建的复平面大地坐标系，它将信标的极化变化状态完整的表达出来。图4馈源喇叭接收信标矢量分解图

由此我们可以得到线极化信标和分解的两圆极化信标的表达式分别为：E线

=bcosωtejΦ

（3.1）E左圆

=be-jωtejβ1

（3.2）E右圆

=bejωtejβ2

（3.3）3.2理论分析3.2.1两轴极性相反的原因在合路网络前的和差信号分别为：

EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.4）

EΔ=kbμθcos(-ωt+φ+β1+γ2)（3.5）差信号经过方波调制后与和信号相加，合成后的信号放大、变频、锁相后，变为频率ω1t的中频信号。

锁相环将频率、相位锁定于和信号，得到用于解调的参考源输出信号。

经过移相和反相后的参考源标准信号信号分别为：

U1(t)=cos(ω1t–β1–γ1+γ）

U2(t)=–sin(ω1t–β1–γ1+γ)

其中，前项相乘，一项为直流项，一项为高频分量，均不含有误差信号，因此可以方便的滤除；后两项相乘，并滤除高频分量为

kbμθcos(φ+γ+γ2-γ1），将γ=γ1-γ2代入，由此可得：

U1(t)×(EΣ+EΔ)=kbμθcosφ×C(t)同理：滤除高频分量和直流项后，U2(t)×(EΣ+EΔ)=–kbμθsinφ×C(t)

解出的信号再进入同步检波器，滤除方波可得：方位误差信号UAZ=kbμθcosφ俯仰误差信号UEL=-kbμθsinφ

大多数数字接收机，它的每一路都有移相器，或者反相器，可以智能的实现信号极性的反转，大卫通模拟接收机只有一个可调移相器，这导致它不能分别调整两轴相位。

针对此缺陷，921-07任务中我们设计了如下方案：原输出为：俯仰误差信号UEL=-kbμθsinφ（3.13）方位误差信号UAZ=kbμθcosφ（3.14）首先将接收机送至ＡＣＵ的模拟误差信号Ua，Ue的接线互换，两轴的误差信号转变为：

UEL=kbμθcosφ（3.15）

UAZ=-kbμθsinφ（3.16）然后通过接收机相位值的调整，即减小90°来完成到正确状态的转换得到：UEL=kbμθcos（φ-90°）=kbμθsinφ（3.17）UAZ=-kbμθsin（φ-90°）=kbμθcosφ（3.18）3.2.2相位突变的原因使用和差通道极化方式不一样的模式校相时，和信号选B极化，差信号选A极化，在合路网络前的和差信号分别为：EΣ=kbcos（-ωt+β1+γ1）（3.19）EΔ=kbμθcos(ωt+φ+β2+γ2)（3.20）推理过程如上，最后得到：γ是移相器移相值，移相时必须满足：γ=β1+β2+γ1+γ2=2Φ+γ1+γ2

由上可知，接收机的移相值不但与和差通道的相位差有关，还与线极化信标的极化有关。由于极化角随着地理位置的变化而变化，造成模拟接收机相位突变。3.2.3理论和实测数据误差的原因极化角计算公式为，在江阴码头Φ=55o，在突变点Φ’=83o，由式3.23可以得到相位突变理论值γ−γ’=2（Φ–Φ’）=2（83-55）=56o，与实测相位变化值有24o左右的误差。

对于这一误差，有人认为属于系统误差。我们认为遗漏了一项变量是理论与实测不符的重要原因。当旋向不同的和差信号进入后，它们的相位差是反向变化，这比同向变化的双通道接收机的性能恶化更严重。图6是和差通道相位差的简易示意图，图6和差通道相位差示意图

将Δγ因数代入公式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因为路程较短，电缆较少，可认为近似不变。合路后端的相位由于电缆较长（天线到机房）、设备较多、运算环节较多