一種基于國(guó)產(chǎn)IC的有源相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

翟勝偉 張曉偉 楊咚咚

(1. 中國(guó)電子科技集團(tuán)第二十七研究所 鄭州 450047； 2. 陜西黃河集團(tuán)有限公司 西安 710043)

0 引言

有源相控陣?yán)走_(dá)是雷達(dá)未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。基于有源相控陣?yán)走_(dá)體制，它具有更加靈活的波束控制能力、更強(qiáng)的干擾抑制能力、高分辨力以及可以根據(jù)任務(wù)需求和目標(biāo)類型對(duì)時(shí)間、空間和能量進(jìn)行自適應(yīng)管理等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域[1-3]。

相控陣，即相位可調(diào)的陣列，是由許多發(fā)射天線單元按一定規(guī)則排列形成的天線陣列。直接數(shù)字頻率合成(DDS)[4]成為頻率合成技術(shù)的主流，它對(duì)頻率進(jìn)行合成是基于相位量化的概念。相位累加器在參考時(shí)鐘控制線，當(dāng)時(shí)鐘帶來(lái)時(shí)就按送入的頻率控制字進(jìn)行增量，然后將其得到的新的數(shù)值送入ROM查找表，經(jīng)過(guò)DAC產(chǎn)生一組鋸齒波形，再經(jīng)過(guò)平滑濾波得到連續(xù)波形。因其對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)可以進(jìn)行相位控制，所以DDS適合有源相控陣?yán)走_(dá)。

本文選用國(guó)產(chǎn)IC完成有源相控陣?yán)走_(dá)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所產(chǎn)生的信號(hào)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1 DDS基本原理

本文所選取的DDS為中電24所生產(chǎn)，其國(guó)外所對(duì)應(yīng)的型號(hào)為ADI公司的AD9910，其基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 AD9910的基本原理結(jié)構(gòu)圖

DDS的頻率控制字的計(jì)算式子如式(1):

(1)

其中，F(xiàn)TW為需要寫入的控制字，fsysclk為DDS的工作時(shí)鐘，F(xiàn)out為需要輸出的頻率。

2 基于國(guó)產(chǎn)IC的設(shè)計(jì)方案

基于國(guó)產(chǎn)IC的有源相控陣?yán)走_(dá)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案如圖2所示:

圖2 基于國(guó)產(chǎn)IC的信號(hào)源設(shè)計(jì)框圖

本文所設(shè)計(jì)的信號(hào)源所選用主要國(guó)產(chǎn)IC有：中電24所的DDS、中航九院772所的FPGA和中電44所的光電轉(zhuǎn)換模塊，它們都為核心主要IC。

基于國(guó)產(chǎn)IC的信號(hào)源的工作流程可描述如下：

1)AD9522-4由系統(tǒng)所提供的1GHz的時(shí)鐘，經(jīng)FPGA1控制產(chǎn)生整個(gè)信號(hào)源不同IC芯片所需的工作時(shí)鐘。

2)由計(jì)算機(jī)發(fā)出產(chǎn)生信號(hào)的指標(biāo)：如，脈沖寬度、重復(fù)周期、信號(hào)帶寬、信號(hào)中心頻率；然后由軟件界面計(jì)算的控制字，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊送至FPGA1。

3)TLK1501完成光電轉(zhuǎn)換模塊和FPGA1之間的通信，其通信編碼格式為8b/10b編碼。

4)FPGA1將來(lái)自計(jì)算機(jī)的控制字，送至FPGA0，由FPGA0送至DDS芯片，產(chǎn)生計(jì)算機(jī)所要求產(chǎn)生的信號(hào)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3為基于國(guó)產(chǎn)IC所搭建的電路，其中電路板和一根筆所比較，其尺寸為14cm×12cm。圖4為實(shí)驗(yàn)調(diào)試的場(chǎng)景。

圖3 基于國(guó)產(chǎn)IC的信號(hào)源實(shí)物圖

圖4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試場(chǎng)景

圖5 實(shí)驗(yàn)調(diào)試的結(jié)果

圖5(a)為信號(hào)源產(chǎn)生的32μs的線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域波形，其中心頻率為50MHz，帶寬為5MHz，其重復(fù)周期為1000μs；圖5(b)為重復(fù)的周期信號(hào)；圖5(c)為其產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)的頻域測(cè)試，其帶內(nèi)起伏小于0.2dB；圖5(d)為同步脈沖信號(hào)和線性調(diào)頻信號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于國(guó)產(chǎn)IC的有源相控陣?yán)走_(dá)的信號(hào)源設(shè)計(jì)方案，所完成的電路經(jīng)調(diào)試，其所產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，驗(yàn)證了基于國(guó)產(chǎn)IC實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的可行性。

參考文獻(xiàn):

[1] 張光義，趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)[M].北京: 電子工業(yè)出版社,2006.

[2] 郭燕昌，錢繼曾,黃富雄,等.相控陣和頻率掃描天線原理[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)技術(shù)出版社,1978.

[3] 丁鷺飛,耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2006.

[4] 高澤溪，王誕燕.DDS+PLL技術(shù)與應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1997(9): 39-41.