CN103592637A - 一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法及装置，方法包括如下步骤：建立一个基于FPGA的状态控制模块；在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，以同步信号为纽带，建立起数字阵列模块和脉冲矢量网络分析仪之间的同步关系；在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中，后经过归一化运算、相差运算得到发射通道相位一致性指标。本发明通过构建同步机制和引入多通道相参测试实现了数字阵列模块发射通道相位一致性测试；同时，优化了发射信号的传输路径，降低通道的插入损耗和改善阻抗匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，以及一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置。
背景技术
数字阵列雷达是一种收发均采用数字波束形成技术的全数字化相控阵雷达。较之传统相控阵雷达，数字阵列雷达具有其无法比拟的优点，如动态范围大、容易实现多波束、低损耗、低副瓣、低角测高精度高、可制造性强、系统任务可靠性高等。因此，数字阵列雷达的应用前景非常广阔。数字阵列模块是数字阵列雷达最重要和数量最多的基本单元，
数字阵列模块是一个微波数字混合的多通道雷达发射/接收模块，整体呈现光纤化、数字化和集成化的鲜明特点，在功能上相当于传统相控阵雷达的模拟T/R组件、移相器、阵面前端、频率源分机、接收分机以及一部分数字信号处理分机的综合。由于采用了基于DDS的波形产生技术和精确幅相控制技术、基于DDC的多通道数字化接收技术、集成化一体化收发通道设计技术和高速大容量数据传输技术等大量新技术和新工艺，无论从技术体制的角度，还是从实现方式的角度来看，数字阵列模块都是T/R组件领域的一次跨越和革命。
与模拟T/R组件相比，数字阵列模块在发射通道的输出信号类型、发射通道输入信号类型、状态控制实现方式、移相实现方式以及T/R通道数目等多个方面都有较大的不同。
发射通道相位一致性是数字阵列模块测试的重要指标，它是进行发射波束合成的重要参考和依据。那么，具体到与发射通道相位一致性测试来说，数字阵列模块与模拟T/R组件相关的不同主要体现在：
1）数字阵列模块发射通道没有模拟射频输入信号，只是通过光纤传输波形数据和命令
2）数字阵列模块发射通道不再利用移相器进行移相，而是在基带信号产生阶段进行数字移相，移相精度更高，对测试仪器的要求也就更高。
3）数字阵列模块自身也没有同步信号输入/输出
数字阵列模块是一个全新的事物，其相关的测试方法都在研究摸索过程中。而对于模拟T/R组件发射通道相位一致性测试是利用脉冲矢量网络分析仪在传输模式下直接进行测试的方法。具体来讲，脉冲矢量网络分析仪为被测模拟T/R组件提供脉冲调制模式的激励信号，而输出的多通道发射信号经开关网络的切换后分别输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道。在传输测试模式下测试每一路发射信号与激励信号相比的相频特性，然后将其中一条相频曲线作为参考曲线，其它测试曲线与之进行相差运算即为模拟T/R组件发射通道间相位一致性测试指标。需要说明的是，在测试过程中，由于激励信号和发射信号均为脉冲调制信号，那么必然涉及到同步的问题，但因为激励信号是脉冲矢量网络分析仪自身产生的，因此利用内同步的方式即可实现，而且不需要复杂的仪器状态设置。
与传统模拟T/R组件不同，数字阵列模块发射通道由于没有输入模拟射频激励信号，那么就无法利用脉冲矢量网络分析仪的传输模式进行测试。另外，数字阵列模块的发射通道输出信号为脉内复杂调制信号，那么在测试过程中就必须保证发射信号和脉冲矢量网络分析仪建立同步关系，但是因为数字阵列模块不需要脉冲矢量网络分析仪输入激励信号，那么模拟T/R组件测试过程中所采用的内同步模式就无法采用。综上所述，模拟T/R采用的直接利用脉冲矢量分析仪传输模式实现发射通道相位一致性的测试方法不再适用于数字T/R组件。
发明内容
本发明的任务在于提供一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，以及一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置。
其技术解决方案是：
一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，包括如下步骤：
a建立一个状态控制模块，状态控制模块包括FPGA、光模块与DAC芯片；FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块，而数字阵列模块再通过开关网络连接脉冲矢量网络分析仪，二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口；
b在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系；
c在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
上述步骤a中，将脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机来使用，用于同时完成至少4路发射信号的测试。
在施行上述步骤b、c的过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。
上述步骤c中，同步信号和发射信号之间的延时是通过数字示波器进行测试获得的。
上述步骤b还包括：将发射信号衰减后直接送入脉冲矢量网络分析仪接收机中混频器的RF通道，用以绕开前面板的定向耦合器，降低通道的插入损耗，并改善阻抗匹配。
一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，包括：
第一单元，用于建立一个状态控制模块，状态控制模块包括FPGA、光模块与DAC芯片；FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块，而数字阵列模块再通过开关网络连接脉冲矢量网络分析仪，二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口；
第二单元，用于在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系；
第三单元，用于在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
上述第一单元，脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机，用于同时完成至少4路发射信号的测试。
上述第二、第三单元，在测试过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。
上述第三单元，同步信号和发射信号之间的延时是通过数字示波器进行测试获得的。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明通过构建同步机制和引入多通道相参测试实现了数字阵列模块发射通道相位一致性测试。数字阵列模块工作状态控制过程中需要利用光纤传输大量的状态数据和命令，这可以通过一个基于FPGA的状态控制模块来完成，这一状态控制模块在其它指标测试过程中也是必不可少的。在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光纤对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，从而状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，这路脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，这样数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪就建立了同步关系。
本发明通过构建同步信号的方式实现数字阵列模块发射信号和脉冲矢量网络分析仪之间的同步关系，为发射通道相位一致性测试创造了条件；同时，优化了发射信号的传输路径，直接送入脉冲矢量网络分析仪接收机中混频器的RF通道，降低通道的插入损耗和改善阻抗匹配。另外，充分利用了脉冲矢量网络分析仪的相参接收机测试功能，由于中频通道ADC位数高达16位，因而测试精度非常高；并可以同时实现4路发射信号的测试，测试效率高。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：
图1为本发明一种实施方式的原理示意框图。
具体实施方式
结合图1，一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，包括如下步骤：
a建立一个状态控制模块1，状态控制模块包括FPGA101、光模块102与DAC芯片103。FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块2，而数字阵列模块再通过开关网络3连接脉冲矢量网络分析仪4；二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口。
b在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系。
c在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
优选地，上述步骤a中，将脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机来使用，用于同时完成至少4路发射信号的测试。在本发明中，由于不需要脉冲矢量网络分析仪输出激励信号，因此，它不工作在传输测试模式下，而其接收机为一个多通道相参接收机，其实反倒非常适合应用在数字阵列模块发射通道测试中，因此，将其作为一台多通道相参接收机来使用，并且由于目前的脉冲矢量网络分析仪至少有4个接收机通道，它可以同时完成至少4路发射信号的测试，测试效率较之传输模式下只能同时完成一路发射信号大大提高。
优选地，在施行上述步骤b、c的过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。在测试过程中，将脉冲矢量网络分析仪的信号源关断，目的是避免源信号泄露对测试的影响
优选地，上述步骤c中，同步信号和发射信号之间的延时是通过高性能数字示波器进行测试获得的。
优选地，上述步骤b还包括：将发射信号衰减后直接送入脉冲矢量网络分析仪接收机中混频器的RF通道，用以绕开前面板的定向耦合器。这样做的目的，是为了缩短信号传输路径，降低通道的插入损耗和改善阻抗匹配。
一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，包括：
第一单元，其用于：建立一个状态控制模块，状态控制模块包括FPGA、光模块与DAC芯片；FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块2，而数字阵列模块再通过开关网络3连接脉冲矢量网络分析仪4；二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口。
第二单元，其用于：在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系。
第三单元，其用于：在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
优选地，上述第一单元，脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机，用于同时完成至少4路发射信号的测试。
优选地，上述第二、第三单元，在测试过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。
优选地，上述第三单元，同步信号和发射信号之间的延时是通过数字示波器进行测试获得的。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，其特征在于包括如下步骤：
a建立一个状态控制模块，状态控制模块包括FPGA、光模块与DAC芯片；FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块，而数字阵列模块再通过开关网络连接脉冲矢量网络分析仪，二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口；
b在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系；
c在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
2.根据权利要求1所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，其特征在于：上述步骤a中，将脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机来使用，用于同时完成至少4路发射信号的测试。
3.根据权利要求1所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，其特征在于：在施行上述步骤b、c的过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。
4.根据权利要求1所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，其特征在于：上述步骤c中，同步信号和发射信号之间的延时是通过数字示波器进行测试获得的。
5.根据权利要求1所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试方法，其特征在于：上述步骤b还包括：将发射信号衰减后直接送入脉冲矢量网络分析仪接收机中混频器的RF通道，用以绕开前面板的定向耦合器，降低通道的插入损耗，并改善阻抗匹配。
6.一种数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，其特征在于包括：
第一单元，其用于：建立一个状态控制模块，状态控制模块包括FPGA、光模块与DAC芯片；FPGA一是通过光模块连接数字阵列模块，而数字阵列模块再通过开关网络连接脉冲矢量网络分析仪，二是通过DAC连接脉冲矢量网络分析仪外部同步脉冲输入端口；
第二单元，其用于：在时钟信号的上升沿，状态控制模块通过光模块对数字阵列模块的工作状态进行控制，同时传输同步信号数据给状态控制模块中的DAC芯片，使状态控制模块输出一路与数字阵列模块工作状态同步的脉冲信号，将状态控制模块输出的脉冲信号作为脉冲矢量网络分析仪的脉冲同步输入信号，在数字阵列模块和脉冲矢量网络网络分析仪之间建立起同步关系；
第三单元，其用于：在开关网络的切换下，多路发射信号同时输入至脉冲矢量网络分析仪接收机通道中；设置脉冲矢量网络分析仪工作在相参接收机模式，选择脉冲触发和外部同步源，根据同步信号和发射信号之间的延时设置延迟时间，完成脉冲矢量网络分析仪的功能和状态设置；在发射通道相位一致性测试过程中，将其中一个接收机通道作为参考通道，其它通道与之进行相减的相位归一化运算，然后除参考通道外的发射通道进行移相，再次与参考通道进行相差运算，所得的相位差值即是发射通道相位一致性指标。
7.根据权利要求6所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，其特征在于：上述第一单元，脉冲矢量网络分析仪作为一台多通道相参接收机，用于同时完成至少4路发射信号的测试。
8.根据权利要求6所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，其特征在于：上述第二、第三单元，在测试过程中，关闭脉冲矢量网络分析仪的信号源。
9.根据权利要求6所述的数字阵列模块发射通道相位一致性测试装置，其特征在于：上述第三单元，同步信号和发射信号之间的延时是通过数字示波器进行测试获得的。
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