CN113452385A - 一种相控阵天线控制与校准电路的复用设计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵天线控制与校准电路的复用设计，不采用控制信号分配网络和低频连接器，采用控制单元输出两路控制信号输出本振信号和带有控制信息的中频信号，转换成带有控制信息的微波调制信号，分别输入各自对应的每个收发组件，采用单刀三掷开关，分别连接控制支路进行移相、衰减、发射、接收和校准，连接发射校准支路在收发组件中传输发射校准信号，连接接收校准支路在收发组件中传输接收校准信号，改变了控制信号的传输方式，减少了控制信号线和低频多芯连接器，降低了整体复杂度和布局布线难度，缩小了体积，减轻了重量，降低了成本，提高了可靠性。

Description

一种相控阵天线控制与校准电路的复用设计
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域，具体涉及一种电路复用技术。
背景技术
相控阵天线***广泛应用于雷达、通信、导航等领域。收发组件作为相控阵天线的基本 单元，接收控制信号，发射或接收射频信号，调节射频信号的相位和幅度，形成具有指向性 的波束，接收校准信号，校准射频通道的幅度和相位。
传统的收发组件控制信号是低频信号，校准信号是射频信号，需要两套复杂的传输网络。 校准信号的传输方式，是将频率源产生的射频信号，通过分布在整个天线阵面上的微波功率 分配网络和高频连接器，送入收发组件中。控制信号的传输方式，是将控制电路产生的特定 波形，通过分布在整个天线阵面上的数字信号线和低频多芯连接器，送入收发组件中。这就 要求大规模相控阵天线上分布大量的数字信号线、低频多芯连接器、射频信号线、高频连接 器，满足大量收发组件的校准和控制需求。校准信号和控制信号分别独立传输，导致相控阵 天线的可靠性降低，成本增加，尺寸和重量难以减小。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种相控阵天线控制与校准电路的复用设 计，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
复用设计不采用控制信号分配网络和低频连接器，采用控制单元输出两路控制信号，一 路控制频率源输出本振信号，一路控制信号产生器输出带有控制信息的中频信号，中频调制 信号采用On-Off Keying模式。
采用上变频电路将本振信号和中频信号转换成带有控制信息的微波调制信号，经收发开 关和环行器，输入校准信号分配与合成网络，转换成数个调制信号，分别输入各自对应的每 个收发组件。
收发组件采用单刀三掷开关，分别连接控制支路、发射校准支路和接收校准支路，单刀 三掷开关默认连通控制支路，连通发射校准支路或接收校准支路后维持设定的时间，断开并 连通控制支路。
控制支路将带有控制信息的微波调制信号恢复成串行数字控制信号，经串并转换，控制 移相、衰减、发射、接收和校准。
控制支路采用校准接口，接收带有控制信息的微波调制信号，经功分网络和单刀三掷开 关，输入高速检波器和比较器，经包络检波恢复成串行数字控制信号，输入复用控制芯片进 行串并转换，控制微波移相衰减芯片、发射放大器、接收放大器，进行移相、衰减、发射、 接收和校准。
发射校准支路由射频接口输入发射校准信号，经发射功分网络、微波移相衰减芯片和发 射放大器，输入发射耦合器，经单刀三掷开关和接收功分网络，由校准接口输出，微波移相 衰减芯片处于发射状态，发射放大器处于工作状态，接收放大器处于关闭状态。
接收校准支路由校准接口输入接收校准信号，经接收功分网络、单刀三掷开关和接收耦 合器，输入接收放大器，经微波移相衰减芯片和发射功分网络，由射频接口输出，微波移相 衰减芯片处于接收状态，发射放大器处于关闭状态，接收放大器处于工作状态。
本发明的有益效果：利用校准网络中传输的调制射频信号传输控制命令，控制相控阵天 线的收发组件，改变了控制信号的传输方式，减少了相控阵天线阵面上的控制信号线和低频 多芯连接器，降低了相控阵天线的整体复杂度和布局布线难度，缩小了相控阵天线的体积， 减轻了相控阵天线的重量，降低了相控阵天线的成本，提高了相控阵天线的可靠性，在雷达、 通信、电子对抗等应用领域具有非常大的价值。
附图说明
图1是传统相控阵天线结构框图，图2是传统相控阵天线收发组件一个通道的结构框图， 图3是复用相控阵天线结构框图，图4是复用相控阵天线收发组件一个通道的控制状态结构 框图，图5是复用相控阵天线收发组件一个通道的发射状态结构框图，图6是复用相控阵天 线收发组件一个通道的接收状态结构框图。
附图标记：1-控制单元，2-控制信号分配网络，3-收发组件，4-总控制信号，5-控制信 号，6-频率源，7-上变频电路，8-收发开关，11-本振信号，12、18-控制信号，15-信号产生器，16-中频信号，22-环行器，23-校准信号分配与合成网络，27-调制信号，31-射频接口，32-低频连接器，33-校准接口，34-发射功分网络，35-接收功分网络，36-微波移相衰 减芯片，37-发射放大器，38-发射耦合器，40-接收放大器，41-接收耦合器，43-单刀双掷 开关，44-传统控制芯片，45-单刀三掷开关，46-复用控制芯片，47-高速检波器，48-比较 器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
传统相控阵天线结构框图如图1所示，控制单元1输出总控制信号4，经控制信号分配 网络2，转换成数个控制信号5，分别输入各自对应的每个收发组件3，每个收发组件3上都安装低频连接器。
传统相控阵天线收发组件一个通道的结构框图如图2所示，控制信号5经低频连接器32， 输入收发组件3中的传统控制芯片44，控制微波移相衰减芯片36、发射放大器37、接收放 大器40和校准通道单刀双掷开关43，实现收发组件的移相、衰减、发射、接收和校准功能。
传统相控阵天线存在控制信号分配网络2和大量的低频连接器32，导致了整个天线阵面 控制线路复杂、布局布线困难、成本高、可靠性差。
复用相控阵天线结构框图如图3所示，没有控制信号分配网络，也没有低频连接器。
控制单元1输出控制信号12和18，分别控制频率源6和信号产生器15，频率源6输出本振信号11，信号产生器15输出带有控制信息的中频信号16，中频调制信号16采用简单 的On-Off Keying模式。
本振信号11和中频信号16输入上变频电路7，转换成带有控制信息的微波调制信号， 经收发开关8和环行器22，输入校准信号分配与合成网络23，转换成数个调制信号27，分 别输入各自对应的每个收发组件3。
复用相控阵天线收发组件一个通道的控制状态结构框图如图4所示，带有控制信息的微 波调制信号经校准接口33，输入收发组件3，经功分网络35输入单刀三掷开关45。
单刀三掷开关45的默认状态是连通控制支路，带有控制信息的微波调制信号经单刀三 掷开关45，输入高速检波器47和比较器48，经包络检波恢复成串行数字控制信号，输入复 用控制芯片46串并转换。
复用相控阵天线收发组件一个通道的发射状态结构框图如图5所示，单刀三掷开关45 连通发射支路，维持设定的时间，再连通控制支路。
微波移相衰减芯片36处于发射状态，发射放大器37处于工作状态，接收放大器40处 于关闭状态。
发射校准信号经射频接口31，输入收发组件3中的发射功分网络34，经微波移相衰减 芯片36和发射放大器37，输入发射耦合器38，经单刀三掷开关45，输入接收功分网络35，经校准接口33输出，实现发射校准信号在收发组件中传输。
复用相控阵天线收发组件一个通道的接收状态结构框图如图6所示，单刀三掷开关45 连通接收支路，维持设定的时间，再连通控制支路。
微波移相衰减芯片36处于接收状态，发射放大器37处于关闭状态，接收放大器40处 于工作状态。
接收校准信号经校准接口33，输入收发组件3中的接收功分网络35，经单刀三掷开关 45和接收耦合器41，输入接收放大器40，经微波移相衰减芯片36、发射功分网络34和射频接口31输出，实现接收校准信号在收发组件中传输。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何 修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，包括：不采用控制信号分配网络和低频连接器，采用控制单元输出两路控制信号，一路控制频率源输出本振信号，一路控制信号产生器输出带有控制信息的中频信号；采用上变频电路将本振信号和中频信号转换成带有控制信息的微波调制信号，经收发开关和环行器，输入校准信号分配与合成网络，转换成数个调制信号，分别输入各自对应的每个收发组件；收发组件采用单刀三掷开关，分别连接控制支路、发射校准支路和接收校准支路；控制支路将带有控制信息的微波调制信号恢复成串行数字控制信号，经串并转换，控制移相、衰减、发射、接收和校准；发射校准支路在收发组件中传输发射校准信号，接收校准支路在收发组件中传输接收校准信号。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，所述中频调制信号，包括：采用On-Off Keying模式。
3.根据权利要求1所述的相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，所述单刀三掷开关，包括：默认连通控制支路，若连通发射校准支路或接收校准支路，则维持设定的时间，断开并连通控制支路。
4.根据权利要求3所述的相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，所述控制支路，包括：采用校准接口，接收带有控制信息的微波调制信号，经功分网络和单刀三掷开关，输入高速检波器和比较器，经包络检波恢复成串行数字控制信号，输入复用控制芯片进行串并转换，控制微波移相衰减芯片、发射放大器、接收放大器，进行移相、衰减、发射、接收和校准。
5.根据权利要求3所述的相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，所述发射校准支路，包括：由射频接口输入发射校准信号，经发射功分网络、微波移相衰减芯片和发射放大器，输入发射耦合器，经单刀三掷开关和接收功分网络，由校准接口输出，微波移相衰减芯片处于发射状态，发射放大器处于工作状态，接收放大器处于关闭状态。
6.根据权利要求3所述的相控阵天线控制与校准电路的复用设计，其特征在于，所述接收校准支路，包括：由校准接口输入接收校准信号，经接收功分网络、单刀三掷开关和接收耦合器，输入接收放大器，经微波移相衰减芯片和发射功分网络，由射频接口输出，微波移相衰减芯片处于接收状态，发射放大器处于关闭状态，接收放大器处于工作状态。
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