一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及射頻仿真天線信噪比【技術(shù)領(lǐng)域】,公開一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,所述裝置包括:射頻仿真天線陣列饋電通道,所述射頻仿真天線陣列饋電通道中設(shè)置有開關(guān)濾波器組,開關(guān)濾波器組控制端的控制電路中設(shè)置有碼字轉(zhuǎn)換板,碼字轉(zhuǎn)換板與外設(shè)的計(jì)算機(jī)輸出頻率碼端相連。本實(shí)用新型能夠在全頻段上調(diào)平并降低射頻仿真天線陣列基底噪聲信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)改善其最大信噪比一致性的目的。經(jīng)過實(shí)踐測量,本實(shí)用新型能夠?qū)⒆畲笮旁氡纫恢滦愿纳?0dB,同時(shí)可以保證諧波抑制達(dá)到-40dBc。
【專利說明】一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001]
[0002] 本實(shí)用新型涉及射頻仿真天線信噪比【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種改善射頻仿真天線 陣列最大信噪比一致性裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 射頻仿真天線陣列是射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于將信號(hào)環(huán)境模 擬分系統(tǒng)產(chǎn)生的射頻信號(hào)輻射至微波暗室中,并在射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制 下,通過控制射頻信號(hào)的幅度、相位,模擬雷達(dá)等目標(biāo)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0004] 射頻仿真天線陣列最大信噪比決定了射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)能夠工作的動(dòng)態(tài)范圍,是 射頻仿真天線陣列重要指標(biāo)之一。射頻仿真天線陣列不同頻點(diǎn)上的最大信噪與最大輸出功 率和基底噪聲密切相關(guān)。
[0005] 射頻仿真天線陣列最大輸出功率主要受限于饋電通道中功率放大器的最大輸出 功率。在功率放大器工作頻段內(nèi),不同頻點(diǎn)上的最大輸出功率差別不大,因此射頻仿真天線 陣列不同頻點(diǎn)上的最大信噪比的一致性主要取決于基底噪聲。
[0006] 由噪聲理論可知,射頻仿真天線陣列的基底噪聲與饋電通道的增益成正比,饋電 通道的增益與通道中所用器件的傳輸特性密切相關(guān)。當(dāng)射頻仿真天線陣列尺寸較大時(shí),其 饋電通道中將會(huì)使用長同軸射頻電纜。由于射頻仿真天線陣列工作頻段較寬,饋電通道中 的長同軸電纜的傳輸特性在不同頻點(diǎn)上各不相同,表現(xiàn)為低頻段損耗小、高頻段損耗大,這 一特性使得饋電通道的增益呈現(xiàn)低頻段高、高頻段低的特點(diǎn),從而導(dǎo)致饋電通道低頻段的 基底噪聲明顯高于高頻段的基底噪聲,其低頻段產(chǎn)生的基底噪聲甚至可以淹沒射頻仿真天 線陣列傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)。
[0007] 所述半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng):把數(shù)學(xué)模型、物理效應(yīng)模型與實(shí)際的系統(tǒng)聯(lián)系在一起 組成的仿真系統(tǒng),用于開展仿真試驗(yàn)或進(jìn)行相關(guān)研究。
[0008] 所述射頻仿真天線陣列:主要由射頻饋電通道、控制計(jì)算機(jī)和球面天線陣列組成, 工作時(shí),射頻通道在控制計(jì)算機(jī)控制下將射頻信號(hào)按一定的幅度和相位饋送到天線陣列各 個(gè)輻射單元,模擬雷達(dá)等目標(biāo)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。
[0009] 所述基底噪聲:有源電子設(shè)備由于電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲,經(jīng)過射頻饋電通道 的傳輸、放大,在其輸出端產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。最大信噪比:指射頻仿真天線陣列全頻段上各 個(gè)頻點(diǎn)上的最大輸出信號(hào)功率與基底噪聲功率的比值。最大輸入功率:指饋電通道工作在 最大輸出功率狀態(tài)時(shí),饋電通道輸入端口的輸入功率。最大信噪比一致性:指射頻通道各個(gè) 頻點(diǎn)上最大信噪比的差值。
[0010] 目前有多種技術(shù)可用于改善射頻仿真天線陣列的最大信噪比一致性,但采用這些 技術(shù)會(huì)降低射頻仿真天線陣列的諧波抑制,而過高的諧波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生虛假目標(biāo),影響仿真 試驗(yàn)結(jié)果。
[0011] 與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)方案如下
[0012] 在射頻仿真天線陣列饋電通道中加均衡器可以改善射頻仿真天線陣列最大信 噪比一致性,而且均衡器為無源器件,具有無需供電、成本較低、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn),但是需 要根據(jù)射頻仿真天線陣列的基底噪聲曲線調(diào)整均衡器的傳輸特性,而且諧波抑制只能達(dá) 到-15dBc。
[0013] 在射頻仿真天線陣列饋電通道中加均衡放大器和衰減器的方法也可以改善射頻 仿真天線陣列的最大信噪比一致性,但是均衡放大器為有源器件,會(huì)引入額外噪聲,改善效 果不明顯;同時(shí)該方法同樣無法有效抑制諧波信號(hào)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型的目的在于提供一種改善射頻仿真天線陣 列最大信噪比一致性方法及裝置。本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)的常規(guī)思路,將現(xiàn)有成熟微波器件 巧妙組合起來,可以在全頻段上調(diào)平并降低射頻仿真天線陣列基底噪聲信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)改 善其最大信噪比一致性的目的。經(jīng)過實(shí)踐測量,通過本方案可以將最大信噪比一致性改善 30dB,同時(shí)可以保證諧波抑制達(dá)到-40dBc。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0016] 一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,包括:射頻仿真天線陣列饋 電通道,所述射頻仿真天線陣列饋電通道中設(shè)置有開關(guān)濾波器組,開關(guān)濾波器組控制端的 控制電路中設(shè)置有碼字轉(zhuǎn)換板,碼字轉(zhuǎn)換板與外設(shè)的計(jì)算機(jī)輸出頻率碼端相連。
[0017] 一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,所述射頻仿真天線陣列饋電 通道由程控衰減器通過移相器功放與電子開關(guān)組成,位于功放與電子開關(guān)間連接有開關(guān)濾 波器組;開關(guān)濾波器組設(shè)置在第二級(jí)功放輸出端。
[0018] 一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,所述開關(guān)濾波器組由兩個(gè)多 路電子開關(guān)、帶通濾波器和衰減器組成,位于兩個(gè)多路電子開關(guān)間連接有若干個(gè)由帶通濾 波器和衰減器串聯(lián)組成的濾波衰減電路;
[0019] 其中,多路電子開關(guān)切換時(shí)間為0. lys ;其帶外抑制為-30dBc,帶內(nèi)平坦度為 ±3dB。
[0020] -種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,所述碼字轉(zhuǎn)換板由輸入接 口、FPGA、電源模塊和輸出接口組成,輸入接口通過FPGA模塊與輸出接口相連,輸出接口通 過數(shù)據(jù)線與開關(guān)濾波器組的兩個(gè)多路電子開關(guān)相連。
[0021] 一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,所述碼字轉(zhuǎn)換板的輸入端口 為標(biāo)準(zhǔn)的LVDS接收電路。
[0022] 由于采用如上所述的技術(shù)方案,本發(fā)明具有如下優(yōu)越性:
[0023] 本實(shí)用新型通過在射頻仿真天線陣列饋電通道中增加開關(guān)濾波器組,調(diào)平了基底 噪聲曲線,同時(shí)通過增大輸入信號(hào),使不同頻點(diǎn)上的最大輸出功率保持基本相同,從而實(shí)現(xiàn) 改善最大信噪比一致性的目的。同時(shí)通過選擇合適的帶通濾波器工作帶寬,可以保證諧波 信號(hào)位于帶通濾波器工作頻帶之外,利用帶通濾波器的帶外抑制將諧波信號(hào)濾除。適用 于調(diào)平射頻仿真天線陣列全頻段上的基底噪聲曲線,亦可以推廣應(yīng)用于其他寬帶射頻系統(tǒng) 中??梢愿鶕?jù)射頻仿真天線陣列的基底噪聲曲線進(jìn)行靈活調(diào)整,并能將射頻仿真天線陣列 最大信噪比一致性改善30dB,同時(shí)能夠保證諧波抑制指標(biāo)達(dá)到_40dBc。改善了射頻仿真 天線陣列最大信噪比一致性技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng),具有利用成熟的微波器件進(jìn)行巧妙組合的搭 建,開發(fā)周期短。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1是改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置的框圖;
[0025] 圖2開關(guān)濾波器組安裝位置示意圖;
[0026] 圖3加裝開關(guān)濾波器組基底噪聲改善效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028] 如圖1、2、3所示,一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,包括:射頻 仿真天線陣列饋電通道,所述射頻仿真天線陣列饋電通道中設(shè)置有開關(guān)濾波器組,開關(guān)濾 波器組控制端的控制電路中設(shè)置有碼字轉(zhuǎn)換板,碼字轉(zhuǎn)換板與外設(shè)的計(jì)算機(jī)輸出頻率碼端 相連。
[0029] 所述射頻仿真天線陣列饋電通道由程控衰減器通過移相器功放與電子開關(guān)組成, 位于功放與電子開關(guān)間連接有開關(guān)濾波器組。
[0030] 所述開關(guān)濾波器組由兩個(gè)多路電子開關(guān)、帶通濾波器和衰減器組成,位于兩個(gè)多 路電子開關(guān)間連接有若干個(gè)由帶通濾波器和衰減器串聯(lián)組成的濾波衰減電路。
[0031] 所述碼字轉(zhuǎn)換板由輸入接口、FPGA、電源模塊和輸出接口組成,輸入接口通過FPGA 模塊與輸出接口相連,輸出接口通過數(shù)據(jù)線與開關(guān)濾波器組的兩個(gè)多路電子開關(guān)相連。
[0032] 工作時(shí)采用在射頻仿真天線陣列饋電通道中加裝開關(guān)濾波器組,并在控制電路中 增加碼字轉(zhuǎn)換板的措施,調(diào)平射頻仿真天線陣列的基底噪聲曲線,
[0033] 利用開關(guān)濾波器組調(diào)平射頻仿真天線陣列基底噪聲曲線,并通過增大輸入信號(hào)使 饋電通道的最大輸出功率基本保持一致,從而實(shí)現(xiàn)改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致 性的目的,同時(shí)可以保證饋電通道的諧波抑制達(dá)到_40dBc ;
[0034] (一)碼字轉(zhuǎn)換板
[0035] 碼字轉(zhuǎn)換板的輸入端口采用標(biāo)準(zhǔn)的LVDS接收電路,接收由射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)通 過LVDS發(fā)送的控制信號(hào)。射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)在發(fā)送射頻脈沖2μ s前發(fā)出控制信號(hào),控制 信號(hào)中不僅含有頻率碼,還有脈沖代碼、脈沖功率等信息。碼字轉(zhuǎn)換板接收到控制信號(hào)后, 通過接口模塊轉(zhuǎn)換成FPGA能夠接收的LVTTL信號(hào)。由FPGA提取出頻率碼,根據(jù)帶通濾波 器的帶通范圍將其轉(zhuǎn)換成多路電子開關(guān)控制字,并對(duì)控制字進(jìn)行鎖存。鎖存時(shí)間為2 μ S減 碼字轉(zhuǎn)換板處理時(shí)間和電子開關(guān)控制時(shí)間,以確保電子開關(guān)控制時(shí)間與外部系統(tǒng)控制時(shí)間 同步。FPGA發(fā)出的控制字經(jīng)過輸出接口模塊轉(zhuǎn)換后,變成TTL接口電壓,從而控制電子開關(guān) 進(jìn)行切換。
[0036] (二)開關(guān)濾波器組
[0037] 開關(guān)濾波器組由電子開關(guān)、帶通濾波器、衰減器組成。電子開關(guān)切換時(shí)間為 0. 1 μ s。帶通濾波器的中心頻率以及帶寬根據(jù)實(shí)際需要確定,其帶外抑制為_30dBc,帶內(nèi)平 坦度為±3dB。相鄰兩個(gè)濾波器之間的頻點(diǎn)相互銜接,同時(shí)根據(jù)射頻仿真天線陣列基底噪聲 曲線確定衰減器的衰減量,使得帶通濾波器的帶內(nèi)基底噪聲降至設(shè)計(jì)要求。
[0038] 開關(guān)濾波器組中的電子開關(guān)在相同控制字的控制下實(shí)現(xiàn)同步切換,使射頻信號(hào)通 過與其頻率相對(duì)應(yīng)的帶通濾波器和衰減器,帶通濾波器濾除了帶外的基底噪聲信號(hào);同時(shí) 衰減器衰減濾波器帶內(nèi)基底噪聲,使帶內(nèi)基底噪聲信號(hào)降低至可以接受的大小。
[0039] 假設(shè)帶通濾波器帶內(nèi)基底噪聲為X(dBm),濾波器、兩個(gè)電子開關(guān)總插損為Y(dB), 改造后的基底噪聲為Z (dBm),則該支路所用衰減器的衰減量為X-Y-Z (dB)。
[0040] 在射頻仿真天線陣列饋電通道中增加開關(guān)濾波器組后,增加了額外的插損,降低 了通道增益,使射頻仿真天線陣列的最大輸出功率減小,同時(shí)改變了通道中功放的工作狀 態(tài)。在最大輸入功率狀態(tài)下,功率放大器不再工作于飽和狀態(tài),此時(shí)可以提高饋電通道的輸 入信號(hào)功率,使功率放大器再次飽和,饋電通道輸出功率達(dá)到最大。
[0041] 通過在射頻仿真天線陣列饋電通道中增加開關(guān)濾波器組調(diào)平了基底噪聲曲線,同 時(shí)通過增大輸入信號(hào),使不同頻點(diǎn)上的最大輸出功率保持基本相同,從而實(shí)現(xiàn)改善最大信 噪比一致性的目的。
[0042] 設(shè)計(jì)濾波器時(shí),將濾波器的帶寬不大于其中心頻率的兩倍,可以保證諧波信號(hào)位 于帶通濾波器工作頻帶之外,利用帶通濾波器的帶外抑制將諧波信號(hào)濾除。
[0043] 外部接口包括射頻接口和控制接口
[0044] (1)射頻接口,采用標(biāo)準(zhǔn)陰型SMA接口,電壓駐波比2:1,最大輸入功率30dBm。
[0045] (2)控制接口,外部控制計(jì)算機(jī)與碼字轉(zhuǎn)換板之間采用標(biāo)準(zhǔn)的LVDS接口。
[0046] 內(nèi)部接口,電子開關(guān)與碼字轉(zhuǎn)換板之間采用標(biāo)準(zhǔn)TTL接口,低電壓為0. 2V,高電壓 為4. 6V。低電壓有效。
[0047] 圖2為某射頻仿真天線陣列饋電通道中開關(guān)濾波器組的加裝位置示意圖。從改善 射頻仿真天線陣列基底噪聲的角度考慮,開關(guān)濾波器組安裝位置越靠近通道末端改善效果 越好。但是從圖中可以看出饋電通道在末端通過開關(guān)分成很多支路,如果安裝的位置越靠 后,所需的開關(guān)濾波器組數(shù)量越多,成本越高??紤]到第三級(jí)功放產(chǎn)生的基底噪聲對(duì)最大信 噪比一致性影響最小,同時(shí)為有效控制改造成本,確定開關(guān)濾波器組安裝在第二級(jí)功放輸 出端。通過上述增加開關(guān)濾波器組的方法,可以有效降低射頻仿真天線陣列基底噪聲,其效 果如圖3。
【權(quán)利要求】
1. 一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,其特征是:包括:射頻仿真天 線陣列饋電通道,所述射頻仿真天線陣列饋電通道中設(shè)置有開關(guān)濾波器組,開關(guān)濾波器組 控制端的控制電路中設(shè)置有碼字轉(zhuǎn)換板,碼字轉(zhuǎn)換板與外設(shè)的計(jì)算機(jī)輸出頻率碼端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,其特征 是:所述射頻仿真天線陣列饋電通道由程控衰減器通過移相器功放與電子開關(guān)組成,位于 功放與電子開關(guān)間連接有開關(guān)濾波器組;開關(guān)濾波器組設(shè)置在第二級(jí)功放輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,其特征 是:所述開關(guān)濾波器組由兩個(gè)多路電子開關(guān)、帶通濾波器和衰減器組成,位于兩個(gè)多路電子 開關(guān)間連接有若干個(gè)由帶通濾波器和衰減器串聯(lián)組成的濾波衰減電路; 其中,多路電子開關(guān)切換時(shí)間為〇. 1μ s ;其帶外抑制為-30dBc,帶內(nèi)平坦度為±3dB。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,其特征 是:所述碼字轉(zhuǎn)換板由輸入接口、FPGA、電源模塊和輸出接口組成,輸入接口通過FPGA模塊 與輸出接口相連,輸出接口通過數(shù)據(jù)線與開關(guān)濾波器組的兩個(gè)多路電子開關(guān)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善射頻仿真天線陣列最大信噪比一致性裝置,其特征 是:所述碼字轉(zhuǎn)換板的輸入端口為標(biāo)準(zhǔn)的LVDS接收電路。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK203909501SQ201420228765
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】傅亦源, 馬孝尊, 肖本龍, 劉鵬軍, 王立冬, 柏仲干, 馬賽 申請(qǐng)人:中國人民解放軍63892部隊(duì)