某引進雷達超寬帶數字移相器測試方法研究

■ 張代宏/軍藍科技集團總公司

0 引言

移相器是相控陣雷達實現波束掃描的重要器件，通過控制輻射單元的相位，改變天線方向圖最大值的指向，實現天線掃描。一部相控陣雷達天線往往由上千塊移相器組成，移相器的性能和指標決定了相控陣雷達天線的整體性能，在很大程度上影響著雷達的抗干擾能力、靈敏度和精度等重要指標。根據移相器相位是否可以連續(xù)變化，可分為數字移相器和模擬移相器。數字移相器只能根據特定值改變移相量，其相位只能逐步改變。移相器的位數越多，相位控制越精細，控制電路也越復雜。模擬移相器的相位可以連續(xù)改變。

本文對一種引進型雷達超寬帶數字移相器的工作特性及其測試系統(tǒng)設計方法、主要技術性能和參數測試方法進行詳細介紹，為維修工作提供參考。

1 超寬帶數字移相器工作原理

該型移相器為PIN 二極管移相器，是典型的數字移相器。該移相器共有6個PIN 二極管，每個二極管的相移量為45°。每兩個二極管組成一對，第一對對應的相移量為45°，第二對對應的相移量為90°，第三對對應的相移量為180°。當二極管反向偏壓時，信號進行相移，二極管正向偏壓信號不相移。

移相器控制圖如圖1 所示。

圖1 移相器控制圖

移相器兩端的輻射器為半波振子，用于接收和輻射超高頻信號。移相器的移相量由轉換器控制移相器中的6 個PIN 二極管來確定移相器的相移量。波控機輸出三位二進制碼P1、P2、P3 送到移相器的轉換器。轉換器將P1、P2、P3 信號轉換為控制二極管相移的控制信號，以此來確定移相器的移相量。例如，當P3P2P1=“101”時，第一級45°、第二級0°、第三級180°，總移相量為225°。

移相器外部設有檢查電路，輸出邏輯電平“0”“1”來判斷轉換器工作是否正常，轉換器的工作狀態(tài)也對應著PIN 二極管的工作狀態(tài)。

2 測試系統(tǒng)工作原理

整個測試系統(tǒng)由硬件設備和軟件系統(tǒng)組成。硬件包括時域測試設備、信號產生設備、數據采集設備、天線測試平臺、計算機和附件，系統(tǒng)整體框圖如圖2 所示。

圖2 移相器測試系統(tǒng)框圖

2.1 測試系統(tǒng)硬件設備

1）時域測試設備

時域測試設備產生超寬帶脈沖信號，并接收天線單元的回波信號，采集并變換為可分析的數據信息輸出到計算機。時域測試設備的組成框圖如圖3 所示。

圖3 時域測試設備組成框圖

超寬帶脈沖源產生的極窄脈沖為亞納秒級，由發(fā)射天線輸出。脈沖的上升時間為50ps，下降時間為60ps，寬度為150ps，為高斯激勵脈沖源，10dB 帶寬為DC ～7.5GHz。

2）超寬帶采樣設備

超寬帶采樣設備的功能是在采樣脈沖源的作用下，將接收信號等效變換為MHz 以下的信號，以便進行采集和處理。

3）信號產生設備

信號產生設備主要為時域測試設備提供移相器測試用的S1、S2 控制信號和P1、P2、P3 相位碼及時鐘信號。信號產生設備可選用ArbStudio 1104D 多路可編程信號發(fā)生器，可產生4 路模擬、36 路數字信號。

4）數據采集設備

數據采集設備主要用于對超寬帶采樣設備的輸出信號進行采集，并對控制信號、移相碼和移相器檢查電路的輸出信號進行檢測。可選用Agilent U2701 100MHz 雙通道示波器模塊，該模塊帶寬可達100MHz，采樣率為500Ms/s，通過USB 電纜進行控制和數據讀取。

2.2 測試系統(tǒng)軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)主要采用Labview 圖形化語言進行設計開發(fā)，主要功能模塊由流程控制檢測模塊、人機界面模塊、數據采集控制模塊、數據分析處理模塊、數據管理模塊和設備驅動模塊等組成，如圖4 所示。

圖4 測試系統(tǒng)軟件框圖

3 移相器控制及檢測原理

1）移相器故障自檢性能測試

該型移相器的核心部件是PIN 二極管，可通過檢測PIN 二極管工作是否正常來判斷移相器是否發(fā)生故障。在雷達上設計了專用檢測電路來檢測轉換器的工作狀態(tài)并輸出故障信號。單獨對移相器進行檢測時，可為轉換器提供移相器正常工作所需電源及相關控制信號，利用檢查電路來判斷移相器工作是否正常。

2）移相量測試

采用數據分析和對比測試的方法可進行移相量測試。測試時，首先建立波形基準，一般采集P1P2P3 為“000”時超寬帶采樣設備的輸出信號作為測試基準信號；建立內部基準后，信號產生器在流程控制模塊的控制下產生001 ～111 的控制碼，測量超寬帶采樣設備的輸出信號，對基準信號和移相后波形進行濾波、平均、FFT 運算、加高斯窗等信號處理后，計算出移相器的實際移相值。

4 應用情況

該測試系統(tǒng)已應用于該型引進雷達的移相器測試，可便捷、準確地對移相器進行檢測，大大提高了器件檢測效率。