某引进雷达超宽带数字移相器测试方法研究

2022-12-21张代宏军蓝科技集团总公司

航空维修与工程 2022年10期

■ 张代宏/军蓝科技集团总公司

0 引言

移相器是相控阵雷达实现波束扫描的重要器件，通过控制辐射单元的相位，改变天线方向图最大值的指向，实现天线扫描。一部相控阵雷达天线往往由上千块移相器组成，移相器的性能和指标决定了相控阵雷达天线的整体性能，在很大程度上影响着雷达的抗干扰能力、灵敏度和精度等重要指标。根据移相器相位是否可以连续变化，可分为数字移相器和模拟移相器。数字移相器只能根据特定值改变移相量，其相位只能逐步改变。移相器的位数越多，相位控制越精细，控制电路也越复杂。模拟移相器的相位可以连续改变。

本文对一种引进型雷达超宽带数字移相器的工作特性及其测试系统设计方法、主要技术性能和参数测试方法进行详细介绍，为维修工作提供参考。

1 超宽带数字移相器工作原理

该型移相器为PIN 二极管移相器，是典型的数字移相器。该移相器共有6个PIN 二极管，每个二极管的相移量为45°。每两个二极管组成一对，第一对对应的相移量为45°，第二对对应的相移量为90°，第三对对应的相移量为180°。当二极管反向偏压时，信号进行相移，二极管正向偏压信号不相移。

移相器控制图如图1 所示。

图1 移相器控制图

移相器两端的辐射器为半波振子，用于接收和辐射超高频信号。移相器的移相量由转换器控制移相器中的6 个PIN 二极管来确定移相器的相移量。波控机输出三位二进制码P1、P2、P3 送到移相器的转换器。转换器将P1、P2、P3 信号转换为控制二极管相移的控制信号，以此来确定移相器的移相量。例如，当P3P2P1=“101”时，第一级45°、第二级0°、第三级180°，总移相量为225°。

移相器外部设有检查电路，输出逻辑电平“0”“1”来判断转换器工作是否正常，转换器的工作状态也对应着PIN 二极管的工作状态。

2 测试系统工作原理

整个测试系统由硬件设备和软件系统组成。硬件包括时域测试设备、信号产生设备、数据采集设备、天线测试平台、计算机和附件，系统整体框图如图2 所示。

图2 移相器测试系统框图

2.1 测试系统硬件设备

1）时域测试设备

时域测试设备产生超宽带脉冲信号，并接收天线单元的回波信号，采集并变换为可分析的数据信息输出到计算机。时域测试设备的组成框图如图3 所示。

图3 时域测试设备组成框图

超宽带脉冲源产生的极窄脉冲为亚纳秒级，由发射天线输出。脉冲的上升时间为50ps，下降时间为60ps，宽度为150ps，为高斯激励脉冲源，10dB 带宽为DC ～7.5GHz。

2）超宽带采样设备

超宽带采样设备的功能是在采样脉冲源的作用下，将接收信号等效变换为MHz 以下的信号，以便进行采集和处理。

3）信号产生设备

信号产生设备主要为时域测试设备提供移相器测试用的S1、S2 控制信号和P1、P2、P3 相位码及时钟信号。信号产生设备可选用ArbStudio 1104D 多路可编程信号发生器，可产生4 路模拟、36 路数字信号。

4）数据采集设备

数据采集设备主要用于对超宽带采样设备的输出信号进行采集，并对控制信号、移相码和移相器检查电路的输出信号进行检测。可选用Agilent U2701 100MHz 双通道示波器模块，该模块带宽可达100MHz，采样率为500Ms/s，通过USB 电缆进行控制和数据读取。

2.2 测试系统软件系统

软件系统主要采用Labview 图形化语言进行设计开发，主要功能模块由流程控制检测模块、人机界面模块、数据采集控制模块、数据分析处理模块、数据管理模块和设备驱动模块等组成，如图4 所示。

图4 测试系统软件框图

3 移相器控制及检测原理

1）移相器故障自检性能测试

该型移相器的核心部件是PIN 二极管，可通过检测PIN 二极管工作是否正常来判断移相器是否发生故障。在雷达上设计了专用检测电路来检测转换器的工作状态并输出故障信号。单独对移相器进行检测时，可为转换器提供移相器正常工作所需电源及相关控制信号，利用检查电路来判断移相器工作是否正常。

2）移相量测试

采用数据分析和对比测试的方法可进行移相量测试。测试时，首先建立波形基准，一般采集P1P2P3 为“000”时超宽带采样设备的输出信号作为测试基准信号；建立内部基准后，信号产生器在流程控制模块的控制下产生001 ～111 的控制码，测量超宽带采样设备的输出信号，对基准信号和移相后波形进行滤波、平均、FFT 运算、加高斯窗等信号处理后，计算出移相器的实际移相值。