一种有源相控阵收发通道性能检测方法

2021-03-20江伟伟闫胜刚

雷达与对抗 2021年1期

江伟伟，闫胜刚

(中国船舶集团有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引言

相控阵雷达元器件少则上千、多则上万，由于长时间地工作，不可避免会引起性能变差或损坏。当故障单元达到一定数量时会导致相控阵雷达系统的性能下降甚至不能正常工作。对于相控阵雷达，T/R组件收发通道性能的好坏直接影响到雷达的威力。因此，采用一定的手段对各通道单元进行定期或不定期检测非常必要。及时判定各通道的工作状态,并对故障通道进行定位，同时提供故障位置指示，为设备及时维修和更换提供依据和参考。

本文采用在面阵内上方设置检测天线单元的方式，通过检测天线单元与面阵天线单元之间的耦合实现对组件收发通道的故障检测。

1 设计实现

检测方式既要考虑到能否对组件的各个收发通道进行全面的检测，又考虑到尽量减小检测周期并及时送出检测结果。在面阵内上方设置检测天线单元，通过检测天线单元与面阵天线单元之间的信号耦合实现对收发通道的检测。

1.1 故障检测天线个数确定

以下均采用80*8的面阵(80为T/R组件个数，8为单个组件的通道数)，并在面阵内上方等间距设置检测天线单元的方式。表1为不同检测天线个数时距离检测天线单元最远和最近面阵单元的相对幅度(dB)关系。表中第1行为检测天线数个数，第2行为最近面阵单元接收到数据的相对幅度，第3行为最远面阵单元接收到数据的相对幅度。上行和下行具有对偶性，相对幅度关系一致。

表1 不同检测天线数时阵元的相对幅度

由表1可知，4个检测天线的设计能够覆盖整个面阵的收发通道检测，能保证最远的面阵阵元能接收到可检测信号(下行时)或者最远的面阵阵元辐射信号其对应的检测天线能接收到可检测信号(上行时)。面阵天线单元与检测天线单元的位置关系见图1。

图1 面阵天线单元与检测天线单元位置关系

1.2 时序关系

在维护模式下对T/R组件的收发通道进行测试。上、下行检测任务分开进行，先进行上行检测任务，再进行下行检测任务。具体时序设计如下：上行检测任务(每次控制一个组件的一个通道在一个频点发射，共8个通道，80个组件，26个频点)占用五分之一个时间片；下行检测任务(每次控制20个组件相同位置的通道在同一频点接收，共60个频点)占用一个时间片。

一个检测周期内上行检测时序关系图如图2所示，A1～A20为上行通道检测任务。一个检测周期内的下行检测时序关系图如图3所示，B1～B4为下行通道检测任务。

图2 上行检测时序关系图

图3 下行检测时序关系图

1.3 通道检测信号的产生

由监测模块产生下行通道检测信号，T/R组件产生上行通道检测信号，均为单载频正弦波信号。监测模块包括模拟模块和数字模块。模拟模块包括收发开关、接收支路(低噪放+下变频)、上变频模块。数字模块包括FPGA电路、光纤接口电路。监测模块原理框图如图4所示。

图4 监测模块原理框图

1.4 信号流程

面阵接收通道性能测试时监测模块产生数字中频信号，经过DA和上变频及功放模块变换成射频信号由检测天线辐射出去，由面阵相对应的各个天线单元同时接收，经过T/R组件转换成数字中频信号，进入AD采样I、Q数据，最后传输到故检软件。面阵发射通道性能测试时T/R组件产生相应发射频点的信号，面阵天线单元将上行射频信号辐射出去,检测天线单元接收T/R组件发射的射频信号，监测模块通过下变频转换成数字中频信号，进入AD采样I、Q数据，最后传输到故检软件。

故检软件根据接收到的各个频点下的相应通道数据完成信号幅度的估计，然后与参考值比较得出发射、接收通道性能结果。通道检测信号流程图如图5所示。