數(shù)字陣列雷達中多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)分析

呂芝偉++祝依飛

摘 要：在數(shù)字陣列雷達中對多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)有非常高的要求，既要求發(fā)射通道的穩(wěn)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(shù)字陣列雷達中基于數(shù)字下變頻技術(shù)及直接數(shù)字合成技術(shù)等多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)進行簡單分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字陣列雷達 多通道 數(shù)字收發(fā)技術(shù)

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

數(shù)字陣列雷達中，多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)具有設(shè)備量大、通道數(shù)量多得特點，在進行其多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)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(shè)計過程中需要考慮的參數(shù)，本文就對基于DDC與DDS的數(shù)字收發(fā)模塊進行研究。

1 數(shù)字陣列雷達中多通道數(shù)字收發(fā)系統(tǒng)的基本設(shè)計要求

在數(shù)字陣列雷達中的多通道數(shù)字收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，對其發(fā)射通道及接受通道的性能設(shè)計具有非常嚴格的要求，主要表現(xiàn)為：（1）在其發(fā)射通道的設(shè)計過程中，要求其多路的發(fā)射通道之間能夠保持功率一致性，對增益一致性及幅相穩(wěn)定性也有嚴格的要求；（2）在接收通道的設(shè)計時，除了要求多路增益一致性及幅相穩(wěn)定性之外，另一個設(shè)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(chǎn)的要求。為了滿足上述要求中的穩(wěn)定性、幅相一致性、I/Q信號的高鏡像抑制度要求，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，I/Q基帶信號的分離，必須采用數(shù)字化接收機技術(shù)，另外，接收機需要具有較大數(shù)量的路數(shù)，每一路又會被解調(diào)成為多位的I/Q數(shù)字信號，所以在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一個設(shè)計重點及難點就是要解決系統(tǒng)中的大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。

2 基于DDC及DDS的數(shù)字收發(fā)模塊技術(shù)分析

2.1 基于數(shù)字收發(fā)技術(shù)的T/R數(shù)字收發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)

基于數(shù)字收發(fā)技術(shù)的T/R數(shù)字收發(fā)模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)其設(shè)計要求的不同，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在一定的差異，本次研究中選取基于數(shù)字T/R組件的典型數(shù)字陣列模塊進行分析，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 基于DDC的數(shù)字接收技術(shù)

在基于DDC的數(shù)字多路接收模塊的設(shè)計工作中，其主要的設(shè)計要點有三個，分別為：多路數(shù)?；旌想娐返碾姶偶嫒菪栽O(shè)計、數(shù)字I/Q形成技術(shù)、中頻信號采樣技術(shù)、A/D轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計，下面予以詳細的說明。

本次研究中的數(shù)字多路接收模塊，具有多路接收的特點，因此在設(shè)計的過程中要能夠有效的提高設(shè)備的集成度，以減少I/Q形成的插件數(shù)量，電磁兼容性設(shè)計的過程中，需要在滿足70 dB信噪比的前提下，在一塊數(shù)字板上集成10路的數(shù)字射頻接收機，這就需要在進行電磁兼容性設(shè)計時，綜合考慮其各種影響因素，如PCB板的設(shè)計、高速數(shù)據(jù)線的布局、關(guān)鍵元件的布局、電源的處理等，這些關(guān)鍵因素的設(shè)計好壞將關(guān)系到電路設(shè)計的性能好壞。其中系統(tǒng)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(shù)有著嚴格的要求，一旦這些參數(shù)設(shè)計中出現(xiàn)不合理，會對其性能產(chǎn)生嚴重的影響，所以在進行系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的電源及信號的完整性的前提下，要采取合理的設(shè)計盡量減少數(shù)模信號之間的相互干擾。

在進行A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計時，首先要能夠選擇性能指標合格的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器所能達到的信噪比的高低，直接關(guān)系到該系統(tǒng)對于改善因子的限制作用是否與數(shù)字陣列雷達的多通道數(shù)字收發(fā)模塊的性能要求相符；而其動態(tài)設(shè)計范圍能否滿足設(shè)計要求則由其有效分辨率來決定。

在本次設(shè)計中，要使系統(tǒng)的靈敏度不受A/D轉(zhuǎn)換器的影響的前提下，使系統(tǒng)的瞬時動態(tài)范圍達到60 dB的要求，就需要在滿刻度的情況下，A/D轉(zhuǎn)換器的信噪比能夠不小于70 dB，在理想狀態(tài)的A/D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)中，其量化噪聲功率的值應該是其動態(tài)范圍的下限，但是在實際的應用中，A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)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(chǎn)生技術(shù)

在對基于DDS的信號產(chǎn)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(jīng)過波形存儲尋址之后，會得到數(shù)字幅度信號，將該數(shù)字信號送入到低通濾波器及D/A轉(zhuǎn)換器中，能夠得到連續(xù)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(tǒng)的正常工作有非常緊密的關(guān)聯(lián)。

在基于DDS的多通道數(shù)字合成模塊中，信號頻譜純度的變化主要表現(xiàn)在：（1）電源噪聲及電源波紋引起的邊帶中；（2）振動附加調(diào)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(zhuǎn)換中的頻譜混疊、A/D轉(zhuǎn)換器中的量化噪聲、A/D采樣時鐘中產(chǎn)生的孔徑抖動等，在實際的工程應用中，應該采用合理的設(shè)計，對以上幾種設(shè)計參數(shù)進行有效的控制，保證系統(tǒng)的整體性能。另外，在基于DDS的數(shù)字信號合成系統(tǒng)的安裝過程中，應該注意采取有效的措施，對系統(tǒng)進行必要的抗振處理，盡量較少系統(tǒng)中多通道信號之間的串擾，使系統(tǒng)的各項指標能夠滿足使用要求。

基于DDS的直接合成技術(shù)，在系統(tǒng)波形的產(chǎn)生方案上，具有一定的特點，如系統(tǒng)的可靠性強、穩(wěn)定性高、體積小、相位連續(xù)、相對帶寬較寬、頻率分辨率極高等，但是該系統(tǒng)也存在著一些缺點，如系統(tǒng)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(shù)字陣列收發(fā)模塊（DAM）是多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)在數(shù)字陣列雷達中的典型應用，該技術(shù)運用一體化的設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)測試信號產(chǎn)生、多通道校正、多通道波形的產(chǎn)生、多通道接收預處理數(shù)字化等，是雷達系統(tǒng)能夠以模塊化的方式進行組合。

3 結(jié)語

本文對基于DDS、DDC的多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)在數(shù)字陣列雷達中的應用進行了簡單分析，對系統(tǒng)中的設(shè)計要點及主要的參數(shù)控制進行了簡單闡述，具體的設(shè)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(shù)字陣列雷達中多通道數(shù)字收發(fā)技術(shù)研究[J].硅谷，2012（11）.

[2] 陳菡，譚劍美，吳兵.應用于數(shù)字陣列的多通道波形產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（9）.endprint