CN113630354B - 一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法，射频链路架构中包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R组件，其中宽窄带复合信号源输出宽带中频激励信号、窄带低中频激励信号；可重构变频组件包括接收、发射共用的三级本振。通过可调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频方案配合宽带、窄带的复合激励输入实现了覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构的信号生成与处理能力，大大增加了相控阵面***的工作频段范围，提高了信号处理类型的灵活性；通过在三级变频组件、开关滤波器组、T/R模块等链路主体部件处采用共用设计，节省了***的尺寸重量与生产成本，提高了资源的利用率。

Description

一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法

技术领域

本发明属于有源相控阵面***技术领域，具体涉及一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法。

背景技术

近年来在信息技术、微电子等技术的牵引下，新一代相控阵面信息***朝着信息化和数据综合化的趋势发展，***上要处理的数据信息种类及数据量在持续增加，这对***信号生成器、处理单元的功能和性能提出了越来越高的要求。多模式、可重构已成为当今相控阵面***重要的主流发展方向之一。

随着新一代电子信息***中信息的种类、复杂性及数据量的增加，信号生成与处理的实时性、并发处理能力等性能要求越来越高。在信号侦察方面，接收机具备覆盖频率范围广、瞬时带宽大、灵敏度高、动态范围大等特点，并且要能对同时到达的不同频段、不同带宽的信号进行并行的截获接收以及对截获的信号进行相应实时处理；在雷达探测方面，与侦察不同，往往需要产生带宽较窄的雷达波形同时处理相似频段与带宽的雷达回波。上述两种要求相反的具体应用需求，对相控阵面***的信号覆盖范围、适配程度与和重构能力提出了严格的要求，现有技术无法满足多功能一体化综合相控阵***中无源侦察、雷达探测等多任务的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法，其信号源同时具备产生宽带、窄带两种特性信号的能力，在收/发链路中通过共用分级可调的滤波器与本振源在宽带范围内实现信号自适应可重构变频能力，满足相控阵面***对于侦察、探测等多功能多任务集成的工作模式的需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带相控阵多功能可重构射频组件，射频链路架构中包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R组件，其中：

宽窄带复合信号源包括DSP模块、FPGA，主控上位机通过DSP模块与FPGA连接，FPGA通过宽带DAC模块输出宽带中频激励信号、通过窄带DAC模块输出窄带低中频激励信号；

可重构变频组件包括接收链路、发射链路共用的三级本振，其中一级本振具备调频功能，信号与一级本振通过混频器后，接收链路中实现阵面T/R组件放大的射频信号到中高频的下变频，发射链路中实现中高频信号到阵面T/R组件射频辐出的上变频；二级本振采用双固定频点，信号与二级本振通过混频器后，接收链路中实现中高频信号到中频宽带DBF的下变频，发射链路中实现宽带中频激励信号到中高频的上变频；三级本振采用单固定频点，接收链路中实现中频信号到窄带DBF的下变频，发射链路中实现窄带低中频激励信号到中频的上变频。

作为一种具体实施方式，所述宽窄带复合信号源中，DSP模块包括数字信号处理器、地址译码器以及***电路，数字信号处理器内设置参数解算模块、数字储频模块；所述FPGA内设置解码电路、控制电路、软件算法模块、幅度调制产生器；

DSP模块接收主控上位机发送的命令，参数结算模块将解算出的参数置入相应的内部电路，控制内部电路和数字储频模块的工作状态；数字储频模块接入外部储频信号，通过数字化采样为参数解算模块提供输入参考；

FPGA内置信号产生器，软件算法模块和幅度调制产生器共同产生各种幅度调制信号，信号的带宽由主控及储频信号的带宽类型共同决定；信号产生器输出的窄带信号杂散不高于-65dBc，宽带信号杂散不高于-50dBc。

作为一种具体实施方式，所述可重构变频组件中，接收链路、发射链路共用的三级本振，具体包括顺次设置的预选滤波器组、一级混频器、开关滤波放大组件、二级混频器、信号放大器、滤波器、三级混频器，所述T/R组件与预选滤波器组连接，一级本振经一级放大器接入一级混频器，二级本振经二级放大器接入二级混频器。

作为一种具体实施方式，所述接收链路，具体如下：

预选滤波器组与一级混频器之间设置第一数控模块，二级混频器与信号放大器之间设置滤波模块，信号放大器一端与滤波模块相连、另一端通过第二数控模块接入功分器；功分器的一个输出端通过第一滤波器接入宽带DBF模块、另一个输出端通过第二滤波器接入三级混频器，三级混频器的输出接入窄带DBF模块。

作为一种具体实施方式，所述发射链路，具体如下：

信号放大器与滤波器之间设置单刀双掷开关，宽带中频激励信号通过第一滤波器接入单刀双掷开关的一个输入端，窄带低中频激励信号通过三级混频器、第二滤波器接入单刀双掷开关的另一个输入端；一级混频器与预选滤波器组之间设置均衡模块。

一种宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，基于所述的宽带相控阵多功能可重构射频组件，采用调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频模式，配合宽带、窄带的复合激励输入，生成覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构信号。

作为一种具体实施方式，在接收状态时，相控阵面接收的射频信号经过T/R模块的放大移相后，由前级的预选滤波器组进行处理，与一级可调本振进行混频后下变频为中高频信号；之后再通过两段式双固定点频的二级本振对应的本振频点进行第二次下变频，将一级中高频信号下变频后形成中频信号；该中频信号经过功分器一分为二，其中一路送给宽带DBF模块进行处理，实现宽带侦察信号脉冲描述字的检测、分析与识别；另一路经过一次单固定频点的三级变频，形成窄带低中频信号，送给窄带DBF模块进行处理，实现雷达回波检测功能。

作为一种具体实施方式，在发射状态时，宽窄带复合信号源输入的宽带、窄带射频激励信号根据带宽需要先进行时延补偿，之后经过网络分配、放大，驱动前端TR组件；

用于雷达功能的窄带低中频激励信号先与单频点三级本振信号进行混频，形成中频信号，之后经过开关选择后与双固定点频的二级本振混频至中高频，最后再与一级可调本振混频至可覆盖C、X、Ku三个频段范围的射频信号并通过T/R组件与阵面天线放大辐出；宽带中频激励输入信号直接与二级本振混频至中高频，之后通过一级本振上变频至射频并通过T/R组件及阵面天线放大辐出。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过复合信号源可以同时产生宽带与窄带激励信号，以满足多功能一体化综合相控阵***中无源侦察、雷达探测等多任务的使用需求；(2)通过可调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频方案配合宽带、窄带的复合激励输入实现了覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构的信号生成与处理能力，大大增加了相控阵面***的工作频段范围，提高了信号处理类型的灵活性；(3)通过在三级变频组件、开关滤波器组、T/R模块等链路主体部件处采用共用设计，节省了***的尺寸重量与生产成本，提高了资源的利用率。

附图说明

图1为本发明宽带相控阵多功能可重构射频组件的结构示意图。

图2为宽窄带复合信号源的结构框图。

图3为接收链路变频组件电路框图。

图4为发射链路变频组件电路框图。

具体实施方式

本发明给出一种宽带相控阵多功能可重构射频组件及信号产生方法，在射频链路架构中主要包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R模块等三个部分。其中宽窄带复合信号源的信号产生器主要由DSP模块、FPGA、接口电路及控制软件组成，最终可分别输出低中频窄带激励和中频宽带激励两路输入信号。可重构变频组件分为三级且采用收发链路共用设计。其中一级本振具备调频功能，信号与其通过混频器实现阵面T/R组件放大的射频信号到中高频的下变频(接收链路)及中高频信号到阵面T/R组件射频辐出的上变频(发射链路)；二级本振采用双固定频点，通过混频器实现中高频信号到中频宽带DBF的下变频(宽带接收链路)及宽带中频激励输入信号到中高频的上变频(发射链路)；三级本振采用单固定频点，主要用于窄带信号处理时中频信号到窄带DBF(窄带接收链路)及窄带低中频激励输入信号到中频的上变频(发射链路)。

下面具体介绍本发明中宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法的设计原理与射频链路的结构。

一种宽带相控阵多功能可重构射频组件，射频链路架构中包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R组件，其中：

宽窄带复合信号源包括DSP模块、FPGA，主控上位机通过DSP模块与FPGA连接，FPGA通过宽带DAC模块输出宽带中频激励信号、通过窄带DAC模块输出窄带低中频激励信号；

可重构变频组件包括接收链路、发射链路共用的三级本振，其中一级本振具备调频功能，信号与一级本振通过混频器后，接收链路中实现阵面T/R组件放大的射频信号到中高频的下变频，发射链路中实现中高频信号到阵面T/R组件射频辐出的上变频；二级本振采用双固定频点，信号与二级本振通过混频器后，接收链路中实现中高频信号到中频宽带DBF的下变频，发射链路中实现宽带中频激励信号到中高频的上变频；三级本振采用单固定频点，接收链路中实现中频信号到窄带DBF的下变频，发射链路中实现窄带低中频激励信号到中频的上变频。

作为一种具体实施方式，所述宽窄带复合信号源中，DSP模块包括数字信号处理器、地址译码器以及***电路，数字信号处理器内设置参数解算模块、数字储频模块；所述FPGA内设置解码电路、控制电路、软件算法模块、幅度调制产生器；

DSP模块接收主控上位机发送的命令，参数结算模块将解算出的参数置入相应的内部电路，控制内部电路和数字储频模块的工作状态；数字储频模块接入外部储频信号，通过数字化采样为参数解算模块提供输入参考；

FPGA内置信号产生器，软件算法模块和幅度调制产生器共同产生各种幅度调制信号，信号的带宽由主控及储频信号的带宽类型共同决定；信号产生器输出的窄带信号杂散不高于-65dBc，宽带信号杂散不高于-50dBc。

作为一种具体实施方式，所述可重构变频组件中，接收链路、发射链路共用的三级本振，具体包括顺次设置的预选滤波器组、一级混频器、开关滤波放大组件、二级混频器、信号放大器、滤波器、三级混频器，所述T/R组件与预选滤波器组连接，一级本振经一级放大器接入一级混频器，二级本振经二级放大器接入二级混频器。

作为一种具体实施方式，所述接收链路，具体如下：

预选滤波器组与一级混频器之间设置第一数控模块，二级混频器与信号放大器之间设置滤波模块，信号放大器一端与滤波模块相连、另一端通过第二数控模块接入功分器；功分器的一个输出端通过第一滤波器接入宽带DBF模块、另一个输出端通过第二滤波器接入三级混频器，三级混频器的输出接入窄带DBF模块。

作为一种具体实施方式，所述发射链路，具体如下：

信号放大器与滤波器之间设置单刀双掷开关，宽带中频激励信号通过第一滤波器接入单刀双掷开关的一个输入端，窄带低中频激励信号通过三级混频器、第二滤波器接入单刀双掷开关的另一个输入端；一级混频器与预选滤波器组之间设置均衡模块。

一种宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，基于所述的宽带相控阵多功能可重构射频组件，采用调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频模式，配合宽带、窄带的复合激励输入，生成覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构信号。

作为一种具体实施方式，在接收状态时，相控阵面接收的射频信号经过T/R模块的放大移相后，由前级的预选滤波器组进行处理，与一级可调本振进行混频后下变频为中高频信号；之后再通过两段式双固定点频的二级本振对应的本振频点进行第二次下变频，将一级中高频信号下变频后形成中频信号；该中频信号经过功分器一分为二，其中一路送给宽带DBF模块进行处理，实现宽带侦察信号脉冲描述字的检测、分析与识别；另一路经过一次单固定频点的三级变频，形成窄带低中频信号，送给窄带DBF模块进行处理，实现雷达回波检测功能。

作为一种具体实施方式，在发射状态时，宽窄带复合信号源输入的宽带、窄带射频激励信号根据带宽需要先进行时延补偿，之后经过网络分配、放大，驱动前端TR组件；

用于雷达功能的窄带低中频激励信号先与单频点三级本振信号进行混频，形成中频信号，之后经过开关选择后与双固定点频的二级本振混频至中高频，最后再与一级可调本振混频至可覆盖C、X、Ku三个频段范围的射频信号并通过T/R组件与阵面天线放大辐出；宽带中频激励输入信号直接与二级本振混频至中高频，之后通过一级本振上变频至射频并通过T/R组件及阵面天线放大辐出。

通过本发明提出的宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，可以同时产生宽带与窄带激励信号，以满足多功能一体化综合相控阵***中无源侦察、雷达探测等多任务的使用需求；通过可调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频方案配合宽带、窄带的复合激励输入实现了覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构的信号生成与处理能力，大大增加了相控阵面***的工作频段范围，提高了信号处理类型的灵活性；通过在三级变频组件、开关滤波器组、T/R模块等链路主体部件处采用共用设计，节省了***的尺寸重量与生产成本，提高了资源的利用率。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

结合图1，一种宽带相控阵多功能可重构射频组件，射频链路架构中包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R组件，其中：

在复合信号源中，本专利采用数字储频(DRFM)技术，信号产生器主要由DSP模块、FPGA、接口电路及控制软件组成，其组成框图如图2所示，最终分别输出低中频窄带激励和中频宽带激励两路输入信号。

复合信号产生器中的DSP模块由高速数字信号处理器、地址译码器、以及其它***电路组成，该模块接收主控上位机发送的命令，解算参数，并将解算出的参数置入相应的电路，控制内部电路和数字储频模块的工作状态。DSP模块的软件和幅度调制产生器一起产生各种幅度调制信号。而信号产生器的主要功能电路在一片大规模FPGA中实现，包括解码电路、控制电路等。为了保证整个***在雷达、侦察方面的应用需求，复合信号产生器输出的窄带信号杂散应不高于-65dBc，宽带信号杂散应不高于-50dBc。

为了节省***的尺寸重量与生产成本，同时提高资源的利用率，在收/发链路中的一级、二级、三级可调变频组件及阵面的T/R模块均采用共用设计，同时可以完成宽带、窄带两类信号的上、下变频功能。下面分别从接收和发射两种状态进行介绍。

在接收状态时，相控阵面接收的射频信号经过T/R模块的放大移相后，由前级的预选滤波器组进行处理，与一级可调本振进行混频后下变频为中高频信号；之后再通过两段式双固定点频的二级本振对应的本振频点进行第二次下变频，将一级中高频信号下变频至后形成中频信号。该中频信号经过功分器一分为二，其中一路送给宽带数字波束合成(DBF)模块进行处理，实现宽带侦察信号脉冲描述字的检测、分析与识别；另一路再经过一次单固定频点的三级变频，形成窄带低中频信号，送给窄带DBF模块进行处理，实现雷达回波检测功能。接收链路的变频链路框图如图3所示，其中深色部分为收发链路共用组件。

在发射状态时，复合信号源输入的宽带、窄带射频激励信号根据带宽需要先进行时延补偿，之后经过网络分配、放大，驱动前端TR组件。其中用于雷达功能的窄带低中频激励输入信号先与单频点三级本振信号进行混频，形成中频信号，之后经过开关选择后与双固定点频的二级本振混频至中高频，最后再与一级可调本振混频至可覆盖C、X、Ku三个频段范围的射频信号并通过T/R组件与阵面天线放大辐出；宽带中频激励输入信号直接与二级本振混频至中高频，之后通过一级本振上变频至射频并通过T/R组件及阵面天线放大辐出。发射链路的变频链路框图如图4所示，其中深色部分为收发链路共用组件。

本实施例中宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，同时具备宽带、窄带两种特性信号的一体化信号源。宽窄带一体化的信号源设计使得***具备探测、侦察等多种功能集成的工作模式，为设备提供了多功能重构的基础。侦-干-探等多功能所需要的发射、接收链路在上、下变频组件、开关滤波器组、T/R模块等链路主体部件处采用共用设计，节省了***的尺寸重量与生产成本，提高了资源的利用率。为了适配频谱分布范围极大的信号处理要求，采用分级可调的滤波器与本振源实现射频信号的可重构频率合成能力，且与上述的设计思路相同，分级变频与滤波模块在宽带、窄带的公共收发链路中也共用，为***随遇自适应的多种信号处理功能提供可重构的硬件基础。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽带相控阵多功能可重构射频组件，其特征在于，射频链路架构中包括宽窄带复合信号源、可重构变频组件和T/R组件，其中：

宽窄带复合信号源包括DSP模块、FPGA，主控上位机通过DSP模块与FPGA连接，FPGA通过宽带DAC模块输出宽带中频激励信号、通过窄带DAC模块输出窄带低中频激励信号；

可重构变频组件包括接收链路、发射链路共用的三级本振，其中一级本振具备调频功能，信号与一级本振通过混频器后，接收链路中实现阵面T/R组件放大的射频信号到中高频的下变频，发射链路中实现中高频信号到阵面T/R组件射频辐出的上变频；二级本振采用双固定频点，信号与二级本振通过混频器后，接收链路中实现中高频信号到中频宽带DBF的下变频，发射链路中实现宽带中频激励信号到中高频的上变频；三级本振采用单固定频点，接收链路中实现中频信号到窄带DBF的下变频，发射链路中实现窄带低中频激励信号到中频的上变频；

所述可重构变频组件中，接收链路、发射链路共用的三级本振，具体包括顺次设置的预选滤波器组、一级混频器、开关滤波放大组件、二级混频器、信号放大器、滤波器、三级混频器，所述T/R组件与预选滤波器组连接，一级本振经一级放大器接入一级混频器，二级本振经二级放大器接入二级混频器；

所述发射链路，具体如下：

信号放大器与滤波器之间设置单刀双掷开关，宽带中频激励信号通过第一滤波器接入单刀双掷开关的一个输入端，窄带低中频激励信号通过三级混频器、第二滤波器接入单刀双掷开关的另一个输入端；一级混频器与预选滤波器组之间设置均衡模块。

2.根据权利要求1所述的宽带相控阵多功能可重构射频组件，其特征在于，所述宽窄带复合信号源中，DSP模块包括数字信号处理器、地址译码器以及***电路，数字信号处理器内设置参数解算模块、数字储频模块；所述FPGA内设置解码电路、控制电路、软件算法模块、幅度调制产生器；

DSP模块接收主控上位机发送的命令，参数结算模块将解算出的参数置入相应的内部电路，控制内部电路和数字储频模块的工作状态；数字储频模块接入外部储频信号，通过数字化采样为参数解算模块提供输入参考；

FPGA内置信号产生器，软件算法模块和幅度调制产生器共同产生各种幅度调制信号，信号的带宽由主控及储频信号的带宽类型共同决定；信号产生器输出的窄带信号杂散不高于-65dBc，宽带信号杂散不高于-50dBc。

3.根据权利要求1所述的宽带相控阵多功能可重构射频组件，其特征在于，所述接收链路，具体如下：

预选滤波器组与一级混频器之间设置第一数控模块，二级混频器与信号放大器之间设置滤波模块，信号放大器一端与滤波模块相连、另一端通过第二数控模块接入功分器；功分器的一个输出端通过第一滤波器接入宽带DBF模块、另一个输出端通过第二滤波器接入三级混频器，三级混频器的输出接入窄带DBF模块。

4.一种宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，其特征在于，基于权利要求1~3任一项所述的宽带相控阵多功能可重构射频组件，采用调频一级本振、双频点二级本振、单频点三级本振的三级变频模式，配合宽带、窄带的复合激励输入，生成覆盖C、X、Ku共三个倍频程的可重构信号。

5.根据权利要求4所述的宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，其特征在于，在接收状态时，相控阵面接收的射频信号经过T/R模块的放大移相后，由前级的预选滤波器组进行处理，与一级可调本振进行混频后下变频为中高频信号；之后再通过两段式双固定点频的二级本振对应的本振频点进行第二次下变频，将一级中高频信号下变频后形成中频信号；该中频信号经过功分器一分为二，其中一路送给宽带DBF模块进行处理，实现宽带侦察信号脉冲描述字的检测、分析与识别；另一路经过一次单固定频点的三级变频，形成窄带低中频信号，送给窄带DBF模块进行处理，实现雷达回波检测功能。

6.根据权利要求4所述的宽带相控阵多功能可重构射频信号产生方法，其特征在于，在发射状态时，宽窄带复合信号源输入的宽带、窄带射频激励信号根据带宽需要先进行时延补偿，之后经过网络分配、放大，驱动前端TR组件；

用于雷达功能的窄带低中频激励信号先与单频点三级本振信号进行混频，形成中频信号，之后经过开关选择后与双固定点频的二级本振混频至中高频，最后再与一级可调本振混频至可覆盖C、X、Ku三个频段范围的射频信号并通过T/R组件与阵面天线放大辐出；宽带中频激励输入信号直接与二级本振混频至中高频，之后通过一级本振上变频至射频并通过T/R组件及阵面天线放大辐出。