[发明专利]一种模拟矢量调制器在相控阵天线中的应用系统

说明书

技术领域

本发明涉及雷达、通信领域，尤其涉及一种相控阵天线领域。

背景技术

上世纪80年代，相控阵天线中幅相控制器件的选择在学术界引起了一场争论，一部分人主张采用数字移相器和数字衰减器，而另一部分倾向于采用模拟矢量调制器(VM)，两种方案均能提供良好的幅度和相位的控制能力。由于VM的外部控制器件，在当时的技术下难以实现，且价格昂贵；最终相控阵中以数字移相器和数字衰减器作为幅相调节的默认器件。

数字相移器和数字衰减器对射频信号的相位和幅度控制是分别进行的，即由数字相移器控制相位，数字衰减器控制幅度，两个芯片尺寸较大，控制线较多,且相位和幅度的控制都是离散的。而VM的工作原理为：首先经过功分器将输入信号正交等分成Ｉ，Ｑ两路信号，然后对两路信号分别进行调幅，最后再经合成器将两路调幅后的信号，矢量相加,得到输出信号；这样通过两个独立的调幅模块实现对信号的幅度、相位二维联合调制，获得了连续的幅度和相位调节，调制能力更加灵活。此外在相控阵天线的应用中，为避免大角度扫描时出现栅瓣，相控阵单元的间距需接近半波长；随着工作频率的不断提高，需要单元的尺寸也越小，相比于较大尺寸的数字移相器和数字衰减器，VM还具有尺寸小、集成度高、控制线数量少、倍频程带宽、控制精度高等独特的优势，更适合在Ku、Ka以及更高频段相控阵中应用；而且随着集成电路的发展，VM的外部控制器件(现场可编程门阵列(FPGA)、Flash、多通道数模转换器(DAC)等)，无论是在性能、体积、功耗上均有了极大的改善，价格也很低，VM的应用优势也越发明显。

但正如前面所说目前的相控天线中一般将数字移相器和数字衰减器作为幅相调节的默认器件，且系统的控制也以数字信号为主；如何将数字的控制方式转化为VM芯片的模拟控制方式是VM应用于目前的相控阵天线中首要问题。目前已经有关于VM芯片的传输特性测试方法以及将VM用于相控阵天线系统中的报道，但是将VM芯片用于相控阵天线中的控制系统和具体实现过程的报道却比较缺乏。

发明内容

本发明提供一种将模拟矢量调制器应用在相控阵天线中的应用系统，实现用模拟矢量调制器一个芯片代替传统的数字移相器和数字衰减器两个芯片完成对射频信号幅度和相位的调节。

相控阵天线的信号发射和接收过程图1所示，发射时：射频信号经过功分系统后；进入VM芯片，在控制模块产生的模拟电压的控制下，VM芯片对射频信号进行幅度和相位调节；被调节后的射频信号输入到TR芯片中，完成发射信号放大前的处理，最后经过天线单元发射出去。

接收过程：空间辐射信号分别被天线阵列不同天线单元接收后输入到信号滤波及放大单元中，处理后的信号输入到VM芯片，VM芯片在控制模块产生的模拟电压的控制下，实现幅度和相位的调节后，输出到后端功分器合并为一路信号，输入信号接收的下一处理环节。

为了实现上述过程本发明提供如下技术方案：

一种模拟矢量调制器在相控阵天线中的应用系统，包括多路DAC芯片、现场可编程门阵列(FPGA)(或专用集成电路(ASIC))以及Flash存储器、多个VM芯片，其特征在于：所述多路DAC芯片、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)以及Flash存储器为VM芯片的控制模块。

所述FPGA或ASIC通过控制线与上位控制单元相连，FPGA通过传输线与Flash存储器相连，FPGA通过SPI总线与多路DAC芯片相连，所述多路DAC芯片通过控制线与所述VM芯片的控制端相连；所述多路VM芯片的输入输出端口接入相控阵天线系统。

首先将VM芯片幅相控制数据存储于Flash存储器中；工作时，上位控制单元发出控制信号到FPGA中；由FPGA完成角度的解算和寻址，FPGA解算后的相位和寻址信号，经过传输线发送到Flash存储器中，通过Flash存储器对应信息的查询，将所述控制信号转换为VM芯片的I电压(VI)、Q电压(VQ)控制数据；再由SPI总线将所述控制数据传输给多路DAC芯片；DAC产生对应的模拟控制电压输入到各通道的VM控制端口；在该电压的控制下，VM芯片对输入其中的射频信号实现了幅度和相位的调制，并将其输出到相控阵天线的下一处理环节。

所述VM芯片的幅相控制数据的获得，通过如下步骤进行采样量化：