有源相控阵天线波控系统设计

摘要

随着射频和数字集成电路技术的快速发展，有源相控阵天线的成本得到有效控制，其应用领域正在不断扩展。作为有源相控阵天线的重要组成部分，波束控制分系统直接影响了系统的波束指向精度和波束响应速度。研制计算速度快、幅相补偿准确、控制功能齐全、结构小型化和模块化的高性能波束控制电路具有十分重要的意义。
　　本文针对某多通道相控阵雷达系统的需求，提出了分级的波控系统实现方案;完成了硬件的总体设计，包括波控母板设计、波控子板设计和波控系统数据传输与接口关系设计;完成了波控系统软件的详细设计、编程、调试和测试，具体包括幅相系数解算的FPGA程序设计和上位机软件设计。幅相系数解算的FPGA程序主要实现移相量实时计算和移相器驱动功能，上位机软件主要实现波控系统的模式控制与状态显示功能，且在上位机模式下，实现波控码的集中式计算。本文还完成了对多通道相控阵天线系统的暗室指标测试，验证了所设计波控系统的功能的正确性和可靠性。这些指标包括:波束指向精度、最小波束跃度和低旁瓣控制性能等。

目录

声明

摘要

英文摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容及结构安捧

2 有源相控阵天线波控系统工作原理

2．1 有源相控阵雷达系统

2．2 有源相控阵天线

2．2．1 天线阵元排布方式

2．2．2 天线的馈电方式

2．2．3 移相器的形式

2．3 波束控制系统原理

2．3．1 线性阵列波束控制原理

2．3．2 平面相控阵天线波束控制原理

2．4 波控系统实现方法

2．4．1 查表法

2．4．2 集中式波束控制系统

2．4．3 分布式波束控制系统

2．5 本章小结

3 有源相控阵天线波控系统设计

3．1 相控阵雷达波束控制系统的设计要求

3．2 波控系统硬件设计

3．2．1 系统总体硬件框架

3．2．2 波控母板设计

3．2．3 波控子板设计

3．3 天线系统坐标定义

3．3．1 坐标及角度定义

3．3．2 角度转换

3．4 波束控制中的相位计算公式

3．5 数据分类与说明

3．5．1 通道坐标

3．5．2 原始数据

3．5．3 幅相补偿数据

3．6 本章小结

4 有源相控阵天线波控软件设计

4．1 系统软件框图

4．2 上位机程序设计

4．2．1 控制与显示功能模块

4．2．2 上位机解算模块

4．3 基于FPGA的阵面各阵元移相量解算程序设计

4．3．1 相位解算模块

4．3．2 接口模块

4．3．3 移相器驱动模块

4．3．4 存储器读写模块

4．4 本章小结

5 有源相控阵天线波控系统测试

5．1 波束指向精度测试

5．2 最小波束跃度测试

5．3 幅度加权和低副瓣性能测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 存在问题和展望

致谢

参考文献