一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法技术

本发明专利技术涉及一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法，它包括阵列天线单元、T/R组件、数字式移相器、变频组件和移频移相器；移频移相器用于计算所需的发射/接收信号初始相位和频率的补偿值，完成对信号的补偿，保证每一路信号等幅等相位输出；变频组件用于对补偿后的发射/接收信号进行频率搬移，将输出信号搬移到视频频段进行传输；数字式移相器用于对每一路发射信号进行相位再一次补偿，或者对每一路接收信号进行相位第一次补偿；T/R组件用于与阵列天线单元连接，进行信号的收发。本发明专利技术极大扩展了雷达的瞬时宽带，与传统延时线技术相比具有体积小、延时精度高、效率高以及成本可控等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法
本专利技术涉及通信雷达
，尤其涉及一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法。
技术介绍
随着航空、航天技术的高速发展，现代雷达面临这电子电磁干扰、反辐射导弹威胁、超低空突防以及目标飞行器高超音速隐性技术等四大关键威胁；这就对现代雷达的抗干扰能力提出了较强的要求，因此，大瞬时宽带相控阵雷达就应运而生，其具有探测距离远、更高的测距测角精度和分辨率等优势；但是，大瞬时宽带相控阵雷达由于存在孔径效应以及波束空间色散等问题，目前采用传统常规技术实现大瞬时宽带设计，需要引入时延技术进行宽带扩展，而常用的时延技术包括有真时延（TTD）技术、模拟延时线技术、光纤延时技术以及采用聚酰亚胺波导光学延时线技术等；但是，这些时延技术普遍存在延时效率低下、延时精度有限、体积大以及成本高等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法，解决了相控阵雷达孔径渡越时间以及波束空间色散等问题。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：它包括阵列天线单元以及与阵列天线单元连接的多个子阵；每个子阵包括多个通道，每个通道包括依次连接的T/R组件、数字式移相器、变频组件和移频移相器；所述移频移相器用于计算所需的发射/接收信号初始相位和频率的补偿值，完成对信号的补偿，保证每一路信号等幅等相位输出；所述变频组件用于对补偿后的发射/接收信号进行频率搬移，将输出信号搬移到视频频段进行传输；所述数字式移相器用于对每一路发射信号进行相位再一次补偿，或者对每一路接收信号进行相位第一次补偿；所述T/R组件用于接收阵列天线单元的信号到所述数字式移相器进行相位第一次补偿，或者发射经过所述数字式移相器进行相位再一次补偿后的信号到阵列天线单元。所述移频移相器包括控制字单元，以及依次连接的频率累加器、相位寄存器、相位累加器、ROM查找表、数模转换器和低通滤波器；所述控制字单元分别连接频率累加器、相位累加器和数模转换器，用于完成对输出信号频率、相位以及幅度的控制；参考时钟分别连接驱动所述相位寄存器、ROM查找表和数模转换器。所述控制字单元包括频率控制字、相位控制字和幅度控制字；所述频率控制字用于对完成频率控制的输出信号传输到频率累加器进行累加；所述相位控制字用于对完成相位控制的输出信号传输到相位累加器进行累加；所述幅度控制字用于对完成幅度控制的输出信号传输到数模转换器。在参考时钟的驱动下，相位累加器和频率累加器按照设置好的相位控制字和频率控制字进行线性累加，其输出作为正弦查找表地址，对ROM查找表进行寻址，将相位信息转换成幅度信息，然后通过数模转换器将数字信号转换成模拟信号后，通过低通滤波器平滑处理输出正弦波信号。一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵的控制方法，所述控制方法包括正常发射模式和正常接收模式，所述正常发射模式包括：S1、调取暗室发射校准模式下预先校准存储的数据，通过移频移相器计算出所需要的发射信号初始相位和频率的补偿值，完成对信号的补偿，保证每一路信号为等幅等相位输出；S2、对补偿后的信号进行频率搬移，将输出信号搬移到射频频段进行传输；S3、通过数字式移相器对每一路发射信号进行相位再一次补偿，以消除器件不一致性以及通道间不一致性带来的相位误差；S4、通过T/R组件里面的衰减器对幅度进行调整，保证幅度一致性，通过放大器进行信号放大后将信号馈电给阵列天线单元将信号辐射出去；所述正常接收模式为正常发射模式的信号逆向传输。所述计算出所需要的发射信号初始相位和频率的补偿值包括：所述控制方法还包括步骤S0：暗室发射校准模式和暗室接收校准模式；所述暗室发射校准模式和暗室接收校准模式包括：对不同频点不同扫描角度下频率和相位偏移量预先进行校准，并将相应的偏移量提前存储在FLASH里面，作为正常发射模式和正常接收模式下补偿的基准值进行调用和补偿。根据参考时钟、频率控制字FTW和移频移相器的频率控制字位宽M，计算的输出信号频率；根据相位控制字POW和移频移相器的相位控制字位宽P，计算初始信号相位；将存储在FLASH里面的补偿基准值和计算得到额定输出信号频率与相位进行求和运算，进而得到发射信号初始相位跟频率的补偿值。本专利技术具有以下优点：一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法，采用移频移相技术，可有效解决相控阵雷达孔径渡越时间以及波束空间色散等问题，极大扩展了雷达的瞬时宽带，与传统延时线技术相比具有体积小、延时精度高、效率高以及成本可控等优势。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为移频移相器结构示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。大瞬时宽带相控阵雷达在进行大范围角度电扫描时，由于存在孔径效应以及波束空间色散等问题，使得在不同频率下波束在空间合成不一致，无法实现宽带信号发射波束的空间合成，且存在波束指向偏移等问题。波束空间色散现象指天线波束指向随扫描频率的改变而在空间摆动，天线波束指向偏移角度可表述为：（1）式中，为雷达信号中心频率，为信号瞬时宽带，为天线波束扫描角度。相控阵天线中由于大口径原因，使得目标回波信号到达天线端射阵两端信号存在时间差，称为孔径渡越时间。（2）式中，N为相控阵天线阵元数，d为天线单元间距，c为电磁波传播速度，L为相控阵天线有效口径。当孔径渡越时间大于信号宽带的倒数时，发射时，阵列天线两端辐射信号不能同时到达目标方向，接收时，信号不能进行有效合成，使得进行脉冲压缩后主瓣宽度展宽，距离分辨率降低，如不采取有效措施，很难实现大扫描角度下的大瞬时宽度性能。孔径渡越时间对瞬时宽带限制为（3）如图1所示，本专利技术包括天线罩、阵列天线单元、T/R组件、数字式移相器（DPS）、变频组件以及移频移相器等。通过分组融合将n（n≥1）个子通道组成一个子阵，然后再由M个子阵组成整个宽带系统，如此采用模块化设计，可以便于后期模块故障检测、故障模块快速定位和替换，在进行故障模块替换和查找时由于每个模块具有唯一识别的ID号，因此能够很方便快速的定位故障模块，大大提高了后期设备维护效率等。其中，每个通道包括T/R组件、数字式移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：它包括阵列天线单元以及与阵列天线单元连接的多个子阵；每个子阵包括多个通道，每个通道包括依次连接的T/R组件、数字式移相器、变频组件和移频移相器；/n所述移频移相器用于计算所需的发射/接收信号初始相位和频率的补偿值，完成对信号的补偿，保证每一路信号等幅等相位输出；/n所述变频组件用于对补偿后的发射/接收信号进行频率搬移，将输出信号搬移到视频频段进行传输；/n所述数字式移相器用于对每一路发射信号进行相位再一次补偿，或者对每一路接收信号进行相位第一次补偿；/n所述T/R组件用于接收阵列天线单元的信号到所述数字式移相器进行相位第一次补偿，或者发射经过所述数字式移相器进行相位再一次补偿后的信号到阵列天线单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：它包括阵列天线单元以及与阵列天线单元连接的多个子阵；每个子阵包括多个通道，每个通道包括依次连接的T/R组件、数字式移相器、变频组件和移频移相器；
所述移频移相器用于计算所需的发射/接收信号初始相位和频率的补偿值，完成对信号的补偿，保证每一路信号等幅等相位输出；
所述变频组件用于对补偿后的发射/接收信号进行频率搬移，将输出信号搬移到视频频段进行传输；
所述数字式移相器用于对每一路发射信号进行相位再一次补偿，或者对每一路接收信号进行相位第一次补偿；
所述T/R组件用于接收阵列天线单元的信号到所述数字式移相器进行相位第一次补偿，或者发射经过所述数字式移相器进行相位再一次补偿后的信号到阵列天线单元。


2.根据权利要求1所述的一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：所述移频移相器包括控制字单元，以及依次连接的频率累加器、相位寄存器、相位累加器、ROM查找表、数模转换器和低通滤波器；
所述控制字单元分别连接频率累加器、相位累加器和数模转换器，用于完成对输出信号频率、相位以及幅度的控制；
参考时钟分别连接驱动所述相位寄存器、ROM查找表和数模转换器。


3.根据权利要求2所述的一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：所述控制字单元包括频率控制字、相位控制字和幅度控制字；所述频率控制字用于对完成频率控制的输出信号传输到频率累加器进行累加；所述相位控制字用于对完成相位控制的输出信号传输到相位累加器进行累加；所述幅度控制字用于对完成幅度控制的输出信号传输到数模转换器。


4.根据权利要求3所述的一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵，其特征在于：在参考时钟的驱动下，相位累加器和频率累加器按照设置好的相位控制字和频率控制字进行线性累加，累加结果输出作为正弦查找表地址，对ROM查找表进行寻址，将相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄刚，杜成兵，阳安源，米本廷，
申请(专利权)人：成都雷通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51