數字陣列雷達中多通道數字收發技術分析

呂芝偉++祝依飛

摘 要：在數字陣列雷達中對多通道數字收發技術有非常高的要求，既要求發射通道的穩定性及多路增益一致性，又對接受通道具有很高的要求，本文就對數字陣列雷達中基于數字下變頻技術及直接數字合成技術等多通道數字收發技術進行簡單分析。

關鍵詞：數字陣列雷達 多通道 數字收發技術

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0031-02

數字陣列雷達中，多通道數字收發技術具有設備量大、通道數量多得特點，在進行其多通道數字收發技術的分析時，除了要考慮其各種使用性能，其可維修性及可測試性也是設計過程中需要考慮的參數，本文就對基于DDC與DDS的數字收發模塊進行研究。

1 數字陣列雷達中多通道數字收發系統的基本設計要求

在數字陣列雷達中的多通道數字收發系統的設計過程中，對其發射通道及接受通道的性能設計具有非常嚴格的要求，主要表現為：（1）在其發射通道的設計過程中，要求其多路的發射通道之間能夠保持功率一致性，對增益一致性及幅相穩定性也有嚴格的要求；（2）在接收通道的設計時，除了要求多路增益一致性及幅相穩定性之外，另一個設計要點是中頻采樣通道及多路模擬接收通道的可靠性，并且要求其性能特性能夠滿足批量生產的要求。為了滿足上述要求中的穩定性、幅相一致性、I/Q信號的高鏡像抑制度要求，在系統的設計過程中，I/Q基帶信號的分離，必須采用數字化接收機技術，另外，接收機需要具有較大數量的路數，每一路又會被解調成為多位的I/Q數字信號，所以在系統的設計過程中，一個設計重點及難點就是要解決系統中的大容量數據傳輸的問題。

2 基于DDC及DDS的數字收發模塊技術分析

2.1 基于數字收發技術的T/R數字收發模塊的結構

基于數字收發技術的T/R數字收發模塊的系統結構，根據其設計要求的不同，其系統結構存在一定的差異，本次研究中選取基于數字T/R組件的典型數字陣列模塊進行分析，其系統結構圖如圖1所示。

2.2 基于DDC的數字接收技術

在基于DDC的數字多路接收模塊的設計工作中，其主要的設計要點有三個，分別為：多路數模混合電路的電磁兼容性設計、數字I/Q形成技術、中頻信號采樣技術、A/D轉換器的電路設計，下面予以詳細的說明。

本次研究中的數字多路接收模塊，具有多路接收的特點，因此在設計的過程中要能夠有效的提高設備的集成度，以減少I/Q形成的插件數量，電磁兼容性設計的過程中，需要在滿足70 dB信噪比的前提下，在一塊數字板上集成10路的數字射頻接收機，這就需要在進行電磁兼容性設計時，綜合考慮其各種影響因素，如PCB板的設計、高速數據線的布局、關鍵元件的布局、電源的處理等，這些關鍵因素的設計好壞將關系到電路設計的性能好壞。其中系統中需要用到的高分辨率、高速的ADC，這是一種非常敏感的器件，其對參考時鐘、地平面、工作電源、模擬信號輸入端等參數有著嚴格的要求，一旦這些參數設計中出現不合理，會對其性能產生嚴重的影響，所以在進行系統設計的過程中，要注意多路接收電路之間的相互串擾，在保證系統的電源及信號的完整性的前提下，要采取合理的設計盡量減少數模信號之間的相互干擾。

在進行A/D轉換電路的設計時，首先要能夠選擇性能指標合格的A/D轉換器，對其性能指標進行衡量時，主要的參考指標有信噪比與有效分辨率兩種，A/D轉換器所能達到的信噪比的高低，直接關系到該系統對于改善因子的限制作用是否與數字陣列雷達的多通道數字收發模塊的性能要求相符；而其動態設計范圍能否滿足設計要求則由其有效分辨率來決定。

在本次設計中，要使系統的靈敏度不受A/D轉換器的影響的前提下，使系統的瞬時動態范圍達到60 dB的要求，就需要在滿刻度的情況下，A/D轉換器的信噪比能夠不小于70 dB，在理想狀態的A/D轉換器的性能參數中，其量化噪聲功率的值應該是其動態范圍的下限，但是在實際的應用中，A/D轉換器的設計及應用過程中會受到各種各樣的因素的影響，其噪聲功率的值通常會比量化噪聲功率的值大。

2.3 基于DDS的信號產生技術

在對基于DDS的信號產生進行分析之前，首先對DDS的工作原理進行簡單的分析，在參考時鐘的控制之下，頻率控制字在相位累加器的作用下，進行線性的累加，在此過程中會得到相應的相位碼，在經過波形存儲尋址之后，會得到數字幅度信號，將該數字信號送入到低通濾波器及D/A轉換器中，能夠得到連續的模擬信號。在相控陣列雷達中，信號頻譜純度的變化與整個系統的正常工作有非常緊密的關聯。

在基于DDS的多通道數字合成模塊中，信號頻譜純度的變化主要表現在：（1）電源噪聲及電源波紋引起的邊帶中；（2）振動附加調制對邊帶的影響；（3）激勵信號的相位噪聲的分布情況；（4）DDS通道中的直接中頻采樣對改善因子的限制。

DDS通道中的直接中頻采樣對改善因子的限制情況，受到各種影響因素的影響，如A/D轉換中的頻譜混疊、A/D轉換器中的量化噪聲、A/D采樣時鐘中產生的孔徑抖動等，在實際的工程應用中，應該采用合理的設計，對以上幾種設計參數進行有效的控制，保證系統的整體性能。另外，在基于DDS的數字信號合成系統的安裝過程中，應該注意采取有效的措施，對系統進行必要的抗振處理，盡量較少系統中多通道信號之間的串擾，使系統的各項指標能夠滿足使用要求。

基于DDS的直接合成技術，在系統波形的產生方案上，具有一定的特點，如系統的可靠性強、穩定性高、體積小、相位連續、相對帶寬較寬、頻率分辨率極高等，但是該系統也存在著一些缺點，如系統的雜散抑制差、相位噪聲較大、工作頻率受限等，近年來，隨著各項研究的深入，其性能在不斷的改善。

數字陣列收發模塊（DAM）是多通道數字收發技術在數字陣列雷達中的典型應用，該技術運用一體化的設計方法，能夠實現系統測試信號產生、多通道校正、多通道波形的產生、多通道接收預處理數字化等，是雷達系統能夠以模塊化的方式進行組合。

3 結語

本文對基于DDS、DDC的多通道數字收發技術在數字陣列雷達中的應用進行了簡單分析，對系統中的設計要點及主要的參數控制進行了簡單闡述，具體的設計方法還有待更進一步的研究。

參考文獻

[1] 陶玉龍，余海龍.數字陣列雷達中多通道數字收發技術研究[J].硅谷，2012（11）.

[2] 陳菡，譚劍美，吳兵.應用于數字陣列的多通道波形產生系統設計[J].現代電子技術，2012（9）.endprint