[发明专利]一种用多模喇叭天线发射的微波空间调制方法

权利要求书

1.一种用多模喇叭天线发射的微波空间调制方法，其特征在于它包括下列步骤：

(1)选择多模喇叭天线三个通道的激励模，计算三个通道的方向图函数；

选用矩形孔径多模方式喇叭天线，三通道，是指和通道∑、H面差通道ΔH及E面差通道ΔE，三个通道发射模式为：

和通道∑，发射模TE₁₀，TE₃₀，TE₁₂/TM₁₂，方向图函数F₁为

F1=F1(α,β)=11-(k30/3){[sin(πu)πu+k12πusin(πu)π2-(πu)2]cos(πv)1-4v2-3k30sin(πu)πucos(πv)9-4v2}---(1)]]>

其中α是方位角，β是仰角，参量u=bλcosβ,]]>v=aλsinαsinβ,]]>矩形孔径长边a＝2.1λ，宽边b＝1.9λ，λ为波长，相对增益k30=0.4exp(jπ6),]]>相对增益k12=0.85exp(-j5π36),]]>计算结果表明F₁是复数，F₁＝|F₁|exp(jθ)，存在一个随方位角和仰角变化的相位滞后量θ；

H面差通道ΔH，发射模式TE₂₀，TE₂₂/TM₂₂，方向图函数F₂为

F2=F2(α,β)=0.38[sin(πu)1-4u2+k22πusin(πu)π2-(πu)2]sin(πv)1-4v2---(2)]]>

其中相对增益k₂₂＝0.67，计算结果表明F₂是实数；

E面差通道ΔE，发射模式TE₁₁/TM₁₁和TE₁₃/TM₁₃，方向图函数F₃为

F3=F3(α,β)=1.5[usin(πu)1-4u2+k13ucos(πu)9-4u]cos(πv)1-4v2---(3)]]>

其中相对增益k₁₃＝0.5，计算结果表明F₃也是实数；

式(2)和式(3)中的α、β、u、v的含义与式(1)中的α、β、u、v的含义相同；

(2)设计微波空间调制的信号星座与空间调制关系，

利用上述步骤(1)所述的和通道∑，H面差通道ΔH，E面差通道ΔE同时发射，在空间干涉后形成的微波信号为r(t)＝Xcosωt+Ysinωt，ω为发射载波角频率，X和Y为等效基带信号的两个正交分量，写成基带复信号为Z＝X+jY，设发射信号一帧一帧地发射，一帧内分三个时隙，第n帧的三个时隙六个等效基带正交分量构成的信号矢量为S(n)＝[X(1，n)Y(1，n)X(2，n)Y(2，n)X(3，n)Y(3，n)]^T，天线方向图函数构成的矢量为H＝[|F₁|cosθ|F₁|sinθF₂ F₃]^T，所设计的调制矩阵为A(n)，信号矢量的关系满足：

     S(n)＝A(n)H          (4)

通信信息调制的差分关系为：A(n)=BanA(n-1)---(5)]]>

A(1)=0110100101-10100-10110100-1]]>B=010000-10000000010000-10000000010000-10]]>

其中A(1)为初始矩阵，B为信号矢量旋转的变换矩阵，a_n为待传送的通信信息，a_n＝0，1，2，3；r(t)的信号相位ψ(i，n)差分变化关系为

ψ(i，n)＝ψ(i，n-1)+0.5πa_n，i＝1，2，3；       (6)

令第n帧的第i时隙发射的等效基带复信号为Z(i，n)＝X(i，n)+jY(i，n)，X(i，n)，Y(i，n)是第n帧的第i时隙等效基带信号的两个正交分量，则由(1)和(2)式可导出天线方向图参数的空间调制关系为：

Z(1，n)-Z(3，n)＝2F₃j           (7)

Z(3，n)-Z(2，n)＝2F₂            (8)

|Z(1，n)+Z(2，n)|＝|2F₁|        (9)

即：第n帧内第一时隙与第三时隙的信号矢量差与方向图函数F₃成正比；第n帧内第三时隙与第二时隙的信号矢量差与方向图函数F₂成正比；第n帧内第一时隙与第二时隙的信号矢量和与方向图函数绝对值|F₁|成正比；所以是一种利用发射信号矢量和或矢量差来调制空间信息的空间调制；另外，由公式(4)和(5)描述的信号矢量共有12种状态，第n帧内发射三个不等振幅不同初相的信号矢量Z(1，n)，Z(2，n)，Z(3，n)，第n+1帧根据a_n+1的大小将第n帧三个信号矢量旋转角后得新的三个信号矢量，所以12种状态可以看成由三个正方形的QPSK星座组成，一帧中三个时隙每个时隙发送其中一个QPSK信号矢量；

(3)形成每个通道的激励信号，通过多模喇叭天线发射，

利用上述步骤(2)所述的初始矩阵A(1)，对待传送的信息码a_n，形成调制矩阵为A(n)，再利用(11)式的关系决定c_jk(i，n)，则和通道∑，H面差通道ΔH，E面差通道ΔE三个通道中第j通道第n帧第i时隙的激励信号为：

s_j(i，n，t)＝c_j1(i，n)cosωt+c_j2(i，n)sinωt，其中ω为发射载波角频率   (10)

A(n)=c11(1,n)c12(1,n)c21(1,n)c31(1,n)c12(1,n)-c11(1,n)c22(1,n)c32(1,n)c11(2,n)c12(2,n)c21(2,n)c31(2,n)c12(2,n)-c11(2,n)c22(2,n)c32(2,n)c11(3,n)c12(3,n)c21(3,n)c31(3,n)c12(3,n)-c11(3,n)c22(3,n)c32(3,n),---(11)]]>

其中i，j，k，n均是正整数，c_jk(i，n)是第n帧的第i时隙编码矩阵中第j行，第k列的元素。