CN208479585U - 一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，包括依次连接的驱动与控制电路、射频输入电路、功率合成电路，所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，所述驱动与控制电路分别与多路所述通道延迟电路连接，多路所述通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接。本实用新型附加多波束合成、高精度和宽带的功能，提高了传统相阵雷达的扫描精度，且射频输入电路中多级级联实现超大数量目标的跟踪与识别，使雷达具备更优秀的抗干扰能力与特殊目标的识别能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频微波与雷达天线技术领域，具体的说，是一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器。
背景技术
移相器是控制信号相位变化的控制元件，广泛地应用于雷达系统、微波通信系统和测量系统。依据不同的定义方法和不同的应用环境，移相器可以划分为不同的种类，大致分为相位移相器和延迟移相器。常规延迟移相器对射频微波信号的可调精度不高，且不能进行多波束合成和宽带的调试。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，为解决上述问题，本实用新型的延迟移相器主要由射频输入电路、功率合成电路、驱动与控制电路三个部分组成，该延迟移相器附加多波束合成、高精度和宽带的功能，提高了传统相阵雷达的扫描精度，且射频输入电路中多级级联实现超大数量目标的跟踪与识别，使雷达具备更优秀的抗干扰能力与特殊目标的识别能力。
本实用新型通过下述技术方案实现：一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，包括依次连接的驱动与控制电路、射频输入电路、功率合成电路，所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，所述驱动与控制电路分别与多路所述通道延迟电路连接，多路所述通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述通道延迟电路包括依次连接的低噪声放大器、开关延迟电路、数控衰减器；所述开关延迟电路包括多组依次连接的延迟移相单元；所述延迟移相单元包括延迟线、分别连接于所述延迟线两端的两个单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的型号为HMC194MS8；所述低噪声放大器连接所述开关延迟电路的第一组延迟移相单元，所述开关延迟电路的最后一组延迟移相单元与数控衰减器连接，所述数控衰减器与功率合成电路连接。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述功率合成电路包括多个合路器，所述合路器为二合一合路器；每两路通道延迟电路的输出端与一个二合一合路器连接，每两个合路器的输出端与一个二合一合路器连接。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述驱动与控制电路包括FPGA芯片、自检模块、DC/DC电路，所述FPGA芯片、DC/DC电路分别与自检模块连接；所述FPGA芯片分别与每个单刀双掷开关和数控衰减器连接。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，还包括输出补偿电路，所述输出补偿电路包络依次连接的温度补偿衰减电路、输出反向放大器，所述温度补偿衰减电路连接功率合成电路的输出端。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述延迟线为微带延迟线、带状延迟线、左手延迟线、缺陷地延迟线、电缆延迟线、LTCC延迟线、光线延迟线、身体波延迟线中的一种或多种。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述FPGA芯片的型号为XC6SLX16-2CSG2251；所述FPGA芯片还连接有外围电路，所述外围电路包括分别与FPGA芯片连接的复位电路、晶振电路、指示灯电路、flash电路。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述输出反向放大器的型号为NL27WZ04。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述自检模块的型号为LT6100，所述CD/CD电路采用型号为LTM4624的芯片。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述低噪声放大器的型号为MAG-30889，所述数控衰减器的型号为HMC472。
工作原理：
多束射频微波信号分别输入至多路通道延迟电路，FPGA芯片对通道延迟电路内的单刀双掷开关和数控衰减器进行控制；每两路通道延迟电路的输出端与一个二合一合路器的输出端连接，每两个合路器的输入端与一个合路器的输入端连接，直至只剩一个合路器为止；最后一个合路器与输出补偿电路连接，最后输出补偿电路输出多波束合成的射频微波信号。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本实用新型提高了传统相控阵雷达的扫描精度，使延迟精度高达±1ps；所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，多路通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接，可多级级联实现超大数量射频信号目标的跟踪与识别，使雷达具备更优秀的抗干扰能力与特殊信号目标的识别能力；
(2)本实用新型的通道延迟电路可实现在四倍频的带宽内，带内平坦度优于0.5dB，噪声系数优于2dB的性能指标；
(3)本实用新型可实现多开关延迟电路的多级级联，以及对每一组波束合成的射频信号进行独立延时控制与幅度控制，完成宽带多级开关延迟电路具有理想的平坦度、增益、噪声系数等指标性能；
(4)本实用新型的驱动与控制电路可实现射频输入电路的“NM”种工作状态，其中N为通道延迟电路的延迟移相单元数，M为通道延迟电路的数量。
(5)本实用新型的通道延迟电路多级级联后，驱动与控制电路可对超大数量的射频微波信号进行跟踪和识别。
(6)本实用新型每组延迟移相单元可直接存储驱动与控制信息；
(7)本实用新型的功率合成电路可实现多路L波段射频信号的放大与合路，对50dB的通道进行隔离，实现任意延迟与任意幅度的多路波束合成功能。
附图说明
图1为本实用新型的系统示意图；
图2为本实用新型射频输入电路的通道延迟电路示意图；
图3为本实用新型功率合成电路和输出补偿电路的示意图；
图4为本实用新型开关延迟电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
本实用新型通过下述技术方案实现，如图1-图4所示，一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，包括依次连接的驱动与控制电路、射频输入电路、功率合成电路，所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，所述驱动与控制电路分别与多路所述通道延迟电路连接，多路所述通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接。
需要说明的是，通过上述改进，本实用新型提出一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，与常规延迟移相器相比，该延迟移相器附加多波束合成、高精度、宽带功能，主要由驱动与控制电路、射频输入电路、功率合成电路三个主要部分组成。本实用新型提高了传统相控阵雷达的扫描精度，使延迟精度高达±1ps；所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，多路通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接，可多级级联实现超大数量射频信号目标的跟踪与识别，使雷达具备更优秀的抗干扰能力与特殊信号目标识别的能力。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图4所示，所述通道延迟电路包括依次连接的低噪声放大器、开关延迟电路、数控衰减器；所述开关延迟电路包括多组依次连接的延迟移相单元；所述延迟移相单元包括延迟线、分别连接于所述延迟线两端的两个单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的型号为HMC194MS8；
所述低噪声放大器连接所述开关延迟电路的第一组延迟移相单元，所述开关延迟电路的最后一组延迟移相单元与数控衰减器连接，所述数控衰减器与功率合成电路连接。
所述延迟线为微带延迟线、带状延迟线、左手延迟线、缺陷地延迟线、电缆延迟线、LTCC延迟线、光线延迟线、身体波延迟线中的一种或多种；所述低噪声放大器的型号为MAG-30889，所述数控衰减器的型号为HMC472。
需要说明的是，通过上述改进，所述通道延迟电路根据移相精度、延迟时间、直通抑制、三次抑制等要求，延迟线可选择微带延迟线、带状延迟线、左手延迟线、缺陷地延迟线、电缆延迟线、LTCC延迟线、光线延迟线、身体波延迟线中的一种或多种。一路通道延迟电路中的延迟线可根据实际使用情况，自定义选择上述延迟线中的任意一种或多种，选择范围广、约束小。
如图2、图4所示，所述开关延迟电路包括多组延迟移相单元，每组延迟移相单元包括一条延迟线和两个单刀双掷开关，两个单刀双掷开关分别连接于延迟线的两端；每组延迟移相单元通过单刀双掷开关连接；所述单刀双掷开关的型号为HMC194MS8。
低噪声放大器和数控衰减器的选取需要满足在400MHz-2GHz的工作频段内平坦度、增益、噪声系数等指标，同时满足在延迟移相器中尺寸和布局的要求。本实用新型的通道延迟电路，可实现在四倍频的带宽内，带内平坦度优于0.5dB，噪声系数优于2dB的性能指标。
工作原理：由延迟线的基本原理可知，每组延迟移相单元的“准确延时”需要去除“直通延时”，固有：
T＝T2-T1 (1)
式(1)中，T为延迟移相单元准确的延迟时间；T1为直通路的延迟时间；T2为延迟路的延迟时间。
将式(1)换算为延迟线长，可得：
L＝L2-L1 (2)
式(2)中，L为延迟移相单元准确的延迟线线长；L1为直通路的延迟线线长；L2为延迟路的延迟线线长。设t1为直通路的单位长度(mm)延迟时间；t2为延迟路的单位长度(mm)延迟时间，将T1、T2的单位设定为ns，则：
T1＝t1×L1×10-9 (3)
L1＝T1/t1 (4)
L2＝T2/t2 (5)
射频输入电路中每个通道延迟电路需要有相同的基准，即每个通道延迟电路中延迟移相单元的L1之和加上上一个延迟移相单元产生的相位差需要满足带内平坦度优于0.5dB、噪声系数优于2dB的指标要求。确定L1后，由式(1)至式(5)可得出L2：
L2＝L+L1＝T/t1+L1 (6)
由此可见，本实用新型可实现多开关延迟电路的多级级联，以及对每一组波束合成的射频信号进行独立延时控制与幅度控制，完成宽带多级开关延迟单元具有理想的平坦度、增益、噪声系数等指标性能。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图4所示，所述功率合成电路包括多个合路器，所述合路器为二合一合路器；每两路通道延迟电路的输出端与一个二合一合路器连接，每两个合路器的输出端与一个二合一合路器连接。
需要说明的是，通过上述改进，如图3所示，所述功率合成电路包括多个合路器，本实用新型所使用的合路器为二合一合路器。射频输入电路中每两路通道延迟电路的输出端与一个二合一合路器的输入端连接，每两个合路器的输出端与一个二合一合路器的输入端连接。根据实际情况，可随机使用三合一合路器或多路合路器，功率合成电路中最后一个合路器的输出端与输出补偿电路连接。
所述功率合成电路可实现多路L波段射频信号的放大与合路，对50dB的通道进行隔离，实现任意延迟与任意幅度的多路波束合成功能。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图4所示，所述驱动与控制电路包括FPGA芯片、自检模块、DC/DC电路，所述FPGA芯片、DC/DC电路分别与自检模块连接；所述FPGA芯片分别与每个单刀双掷开关和数控衰减器连接；
所述FPGA芯片的型号为XC6SLX16-2CSG2251，所述FPGA芯片还连接有外围电路，所述外围电路包括分别与FPGA芯片连接的复位电路、晶振电路、指示灯电路、flash电路；
所述自检模块的型号为LT6100，所述CD/CD电路采用型号为LTM4624的芯片。
需要说明的是，通过上述改进，数字控制信号从自检模块输入，再通过FPGA芯片控制单刀双掷开关、数控衰减器等的工作状态。自检模块用于检流，检测情况通过FPGA芯片输出至上位机。FPGA芯片对电源有一定的要求，所以使用DC/DC和LDO为驱动与控制电路、射频输入电路以及功率合成电路供电。
所述FPGA芯片还连接有外围电路，所述外围电路包括分别与FPGA芯片连接的复位电路、晶振电路、指示灯电路、flash电路等，FPGA芯片与外围电路的连接为本领域技术人员熟知的技术，因此本实施例不对其进行赘述。
与上位机连接的驱动与控制电路可实现射频输入电路的“NM”种工作状态，其中N为通道延迟电路的延迟移相单元数，M为通道延迟电路的数量。通道延迟电路多级级联后，驱动与控制电路可对超大数量的射频微波信号进行跟踪和识别。且每组延迟移相单元可直接存储驱动与控制信息。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图3所示，还包括输出补偿电路，所述输出补偿电路包络依次连接的温度补偿衰减电路、输出反向放大器，所述温度补偿衰减电路连接合路器的输出端；所述输出反向放大器的型号为NL27WZ04。
需要说明的是，通过上述改进，功率合成电路中最后一个合路器的输出端与输出补偿电路连接，所述输出补偿电路包括温度补偿衰减电路、输出反向放大器等，用于对多波束射频微波信号合成后进行温度补偿、增益补偿等调试，最后输出射频微波信号。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：包括依次连接的驱动与控制电路、射频输入电路、功率合成电路，所述射频输入电路包括多路通道延迟电路，所述驱动与控制电路分别与多路所述通道延迟电路连接，多路所述通道延迟电路的输出端分别与功率合成电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述通道延迟电路包括依次连接的低噪声放大器、开关延迟电路、数控衰减器；所述开关延迟电路包括多组依次连接的延迟移相单元；所述延迟移相单元包括延迟线、分别连接于所述延迟线两端的两个单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的型号为HMC194MS8；
所述低噪声放大器连接所述开关延迟电路的第一组延迟移相单元，所述开关延迟电路的最后一组延迟移相单元与数控衰减器连接，所述数控衰减器与功率合成电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述功率合成电路包括多个合路器，所述合路器为二合一合路器；每两路通道延迟电路的输出端与一个二合一合路器连接，每两个合路器的输出端与一个二合一合路器连接。
4.根据权利要求3所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述驱动与控制电路包括FPGA芯片、自检模块、DC/DC电路，所述FPGA芯片、DC/DC电路分别与自检模块连接；所述FPGA芯片分别与每个单刀双掷开关和数控衰减器连接。
5.根据权利要求4所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：还包括输出补偿电路，所述输出补偿电路包络依次连接的温度补偿衰减电路、输出反向放大器，所述温度补偿衰减电路连接功率合成电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述延迟线为微带延迟线、带状延迟线、左手延迟线、缺陷地延迟线、电缆延迟线、LTCC延迟线、光线延迟线、身体波延迟线中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述FPGA芯片的型号为XC6SLX16-2CSG2251；所述FPGA芯片还连接有外围电路，所述外围电路包括分别与FPGA芯片连接的复位电路、晶振电路、指示灯电路、flash电路。
8.根据权利要求5-7任一项所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述输出反向放大器的型号为NL27WZ04。
9.根据权利要求8所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述自检模块的型号为LT6100，所述CD/CD电路采用型号为LTM4624的芯片。
10.根据权利要求9所述的一种可多波束合成的新型高精度宽带延迟移相器，其特征在于：所述低噪声放大器的型号为MAG-30889，所述数控衰减器的型号为HMC472。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111537971A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-14 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种延时组件幅相特性快速补偿电路和方法 |
| CN113098465A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 杭州电子科技大学 | 一种高集成度可调节左手延迟电路 |
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2018
- 2018-09-20 CN CN201821542708.XU patent/CN208479585U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN111537971A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-14 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种延时组件幅相特性快速补偿电路和方法 |
| CN113098465A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 杭州电子科技大学 | 一种高集成度可调节左手延迟电路 |
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