一种延时组件幅相特性快速补偿电路和方法技术

本发明专利技术提供一种通用化、快速补偿技术，具有补偿速度快，功能可扩展、补偿精度高、成本低廉的特点，应用于有源相控阵雷达射频组件设计，可大幅降低延时组件的设计难度及研制成本，使组件具备较高的延时幅相精度，提高雷达性能指标。

【技术实现步骤摘要】
一种延时组件幅相特性快速补偿电路和方法
本专利技术属于微波
，具体涉及一种射频延时补偿技术。
技术介绍
相控阵雷达中，延时组件用于补偿雷达宽角扫描时产生的孔径渡越时间，兼顾阵面链路收发增益。延时组件的带内幅相特性是核心指标，对雷达阵面波束指向精度有至关重要的影响。随着相控阵雷达口径越来越大，延时组件的数量和延时位数也随之增加。延时组件的延时步进一般以1λ计算，以雷达工作频段中心频率f计算。最大延时量与延时组件的位数相对应，如七位延时组件，则具有27种延时状态，可实现0～127λ的延时，共计128种延时状态。随着延时组件位数的增加，延时态位的数量与最大延时量呈指数型增长。不同延时组件的幅相一致性和延时组件不同延时态位的带内幅相特性日益成为亟待解决的技术难题。采用π型电阻衰减网络设计的延时组件，未考虑延迟切换时幅相精度的补偿，不具备相位补偿功能，无法满足未来相控阵雷达幅相性能指标。采用膜电阻和调相电路进行幅相补偿的四位延时组件，虽然具备幅相补偿功能，但是无法自适应补偿不同延时态位幅相特性，不同组件的幅相一致性也无法保证，且幅相补偿方式对电路制造工艺要求高，补偿方式需不断切割电路并键合金丝，无法满足大批量生产情况下快周期、低成本的要求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种延时组件幅相特性快速补偿电路和方法，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。设定电波长为λ，补偿电路包括：五位电控衰减器、六位电控移相器、1λ/2λ/4λ延时芯片、8λ延时器、16λ延时器、32λ延时器、64λ延时器、控制驱动电路、接收放大器、发射放大器。五位电控衰减器和六位电控移相器放在射频传输主路，是幅相快速补偿的硬件基础，组件处于不同的延时状态时，射频信号均通过电控衰减器和电控移相器，带内幅相特性的差异均通过电控衰减器和电控移相器进行补偿。采集延时器件在不同延时状态的幅相原始数据，采集电控移相器、电控衰减器的当前幅相数据，根据原始数据和当前数据，计算不同延时状态的幅相差值，采用补偿算法，计算不同延时状态下的电控衰减器与电控移相器的补偿码，采用控制驱动电路，根据补偿码，调整电控衰减器和电控移相器至相应衰减移相值，通过算法不断迭代，使延时组件幅相补偿精度达到±0.2dB和±5°，采集幅相补偿后的延时状态幅相值，检测快速幅相补偿结果。五位电控衰减器的衰减步进为0.25dB、0.5dB、1dB、2dB、4dB，衰减范围0dB～7.75dB，通过五位电控衰减器，采用幅度补偿算法，获得0～127λ共128种延时状态幅度数据和0dB～7.75dB共32种衰减状态的幅相数据。根据128种延时状态幅度数据，设定幅度补偿基准态，计算幅度值的差异，根据需补偿的幅度差值，在衰减范围中匹配适合的衰减值，将128种延时状态对应的幅度衰减值，转换为电控衰减器的衰减码，控制驱动电路根据衰减码，在每个延时状态，控制电控衰减器处于不同衰减值，以匹配对应延时器的幅度特性，使0～127λ的幅度特性满足指标范围。六位电控移相器的移相步进为5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°，移相范围0°～354.375°，通过六位电控移相器，采用相位补偿算法，获得0～127λ共128种延时状态相位数据和0°～354.375°共64种移相状态的幅相数据。根据64种移相状态的相位数据，查询128种延时状态对应的衰减码，得到电控衰减器处于不同衰减值时额外引入的相位变化值Δφ0～Δφ127，计算0～127λ延时状态的相位数据，加入额外引入的相位变化值Δφ0～Δφ127，得到0～127λ对应的新相位φ0～φ127。根据φ0～φ127共128种延时状态相位数据，设定相位补偿基准态，计算相位值的差异，根据需补偿的相位差值，在移相范围中匹配适合的移相值，将128种延时状态对应的相位补偿值，转换为电控移相器的移相码，控制驱动电路根据移相码，在每个延时状态，控制电控移相器处于不同移相值，以匹配对应延时器的相位特性，使0～127λ的相位特性满足指标范围。接收状态时，射频信号依次通过1λ/2λ/4λ延时芯片、接收放大器、32λ延时器、64λ延时器、五位电控衰减器、接收放大器、六位电控移相器、8λ延时器、16λ延时器。发射状态时，射频信号依次通过16λ延时器、8λ延时器、六位电控移相器、发射放大器、五位电控衰减器、64λ延时器、32λ延时器、发射放大器、1λ/2λ/4λ延时芯片。控制驱动电路输出信号控制电路中的射频开关和放大器加电，该电路的电元器件排列顺序，主要考虑射频信号的电平稳定和性能指标稳定，例如相位非线性、幅度带内起伏等，保证带内幅相特性处于可补偿范围内。在组件大批量生产情况下，根据统计结果，调整幅相补偿的基准态，在补偿算法中引入定制补偿基准态，重新计算补偿码，若补偿精度要求提高，则替换衰减步进或者移相步进更小的器件，实现更高精度的幅相补偿。本专利技术通过编程算法和硬件器件联动补偿方式，可自动化快速完成幅相补偿；对延时组件全延时态进行自适应补偿，每个延时态位均对应唯一补偿码字进行幅相补偿，因此补偿精度更高，幅度补偿精度可达±0.2dB，相位补偿精度可达±5°；基于电控衰减器、电控移相器和补偿算法，硬件器件均是成熟制造工艺，相较于传统方法，对微波电路制造工艺要求低，补偿过程无需切割电路或键合金丝，节约大量人力和物力成本，缩短组件研制周期；采用的补偿算法功能，可通用于有源相控阵雷达射频组件的幅相补偿，包括TR组件、延时组件等，根据应用需求进行功能扩展，设计方法符合未来雷达智能化设计、阵面自动化补偿的技术发展趋势。附图说明图1是原理框图，图2是射频链路图，图3是衰减器原理图，图4是移相器原理图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。补偿原理如图1所示，采集延时器件在不同延时状态的幅相原始数据，采集电控移相器、电控衰减器的当前幅相数据，根据原始数据和当前数据，计算不同延时状态的幅相差值，采用补偿算法，计算不同延时状态下的电控衰减器与电控移相器的补偿码，采用控制驱动电路，根据补偿码，调整电控衰减器和电控移相器至相应衰减移相值，通过算法不断迭代，使延时组件幅相补偿精度提高，采集幅相补偿后的延时状态幅相值，检测快速幅相补偿结果。延时组件初始状态测试后，可以得到0～127λ共128种延时状态幅度数据，0dB～7.75dB共32种衰减状态的幅度数据，根据0～127λ共128种延时状态幅度数据，设定适合的幅度补偿基准态，假定幅度补偿基准状态为0λ，计算1λ～127λ与0λ幅度值的差异，根据需补偿的幅度差值，在电控衰减器衰减范围0dB～7.75dB中匹配适合的衰减值，将0～127λ共128种延时状态对应的幅度衰减值转换为电控衰减器的衰减码，控制电路根据衰减码在每个延时状态控制电控衰减器处于不同衰减值以匹配对应延时态位的幅度特性，可以保证0～127λ的幅度特性满足指标范围。延时组件初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种延时组件幅相特性快速补偿电路，设定电波长为λ，其特征在于，包括：五位电控衰减器、六位电控移相器、1λ/2λ/4λ延时芯片、8λ延时器、16λ延时器、32λ延时器、64λ延时器、控制驱动电路、接收放大器、发射放大器；五位电控衰减器和六位电控移相器连接在射频传输主路，作为幅相快速补偿的核心器件，电路处于不同的延时状态，射频信号均通过电控衰减器和电控移相器，带内幅相特性的差异均通过电控衰减器和电控移相器进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种延时组件幅相特性快速补偿电路，设定电波长为λ，其特征在于，包括：五位电控衰减器、六位电控移相器、1λ/2λ/4λ延时芯片、8λ延时器、16λ延时器、32λ延时器、64λ延时器、控制驱动电路、接收放大器、发射放大器；五位电控衰减器和六位电控移相器连接在射频传输主路，作为幅相快速补偿的核心器件，电路处于不同的延时状态，射频信号均通过电控衰减器和电控移相器，带内幅相特性的差异均通过电控衰减器和电控移相器进行补偿。


2.根据权利要求1所述的延时组件幅相特性快速补偿电路，其特征在于，所述五位电控衰减器的衰减步进为0.25dB、0.5dB、1dB、2dB、4dB，衰减范围0dB～7.75dB；所述六位电控移相器的移相步进为5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°，移相范围0°～354.375°。


3.根据权利要求1所述的延时组件幅相特性快速补偿电路，其特征在于，所述射频传输主路，包括：接收状态时，射频信号依次通过1λ/2λ/4λ延时芯片、接收放大器、32λ延时器、64λ延时器、五位电控衰减器、接收放大器、六位电控移相器、8λ延时器、16λ延时器；发射状态时，射频信号依次通过16λ延时器、8λ延时器、六位电控移相器、发射放大器、五位电控衰减器、64λ延时器、32λ延时器、发射放大器、1λ/2λ/4λ延时芯片。


4.根据权利要求1所述的延时组件幅相特性快速补偿电路，其特征在于，所述控制驱动电路，包括：采集延时器件在不同延时状态的幅相原始数据，采集电控移相器、电控衰减器的当前幅相数据，根据原始数据和当前数据，计算不同延时状态的幅相差值，采用补偿算法，计算不同延时状态下的电控衰减器与电控移相器的补偿码，调整电控衰减器和电控移相器至相应衰减移相值。


5.一种延时组件幅相特性快速补偿方法，其特征在于，包括：采集延时器件在不同延时状态的幅相原始数据，采集电控移相器、电控衰减器的当前幅相数据，根据原始数据和当前数据，计算不同延时状态的幅相差值，采用补偿算法，计算不同延时状态下的电控衰减器与电控移相器的补偿码，采用控制驱动电路，根据补偿码，调整电控衰减器和电控移相器至相应衰减移相值，通过算法不...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红兵，王辉，林维涛，李树良，王琦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32