張　華，袁有宏

（海軍裝備部，北京　100036）

?

一種雷達接收機幅度和相位一致性改進設(shè)計和檢測的方法

張華，袁有宏

（海軍裝備部，北京100036）

摘要：在雷達設(shè)計初期，考慮接收機的幅度和相位一致性已成為設(shè)計師的首選。目前，在設(shè)計幅度和相位一致性的接收機系統(tǒng)的檢測和測量方面還存在一定的技術(shù)缺陷，不僅需要三分貝橋等微波器件或設(shè)備和特殊的儀器儀表，設(shè)備數(shù)量多，而且工作量大，操作復(fù)雜，給檢測工作帶來諸多不便。本研究克服了接收機系統(tǒng)在檢測方面的技術(shù)缺陷，在接收機系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域涉及幅度和相位一致性的設(shè)計及檢測的方法上進行了改進，以減少設(shè)備數(shù)量、減少工作量為目標，進而提高檢測的可操作性。

關(guān)鍵詞：雷達；接收機；幅度；相位

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.009

0　引言

在某些雷達系統(tǒng)的方案論證階段，一般對組成雷達的元器件數(shù)量、性能無法完全確定，不可能進行精確的估算，但是對整個雷達的性能參數(shù)，諸如作用距離、發(fā)射機功率、脈沖寬度、天線增益、接收機噪聲系數(shù)、分辨力等指標基本已確定。這其中，接收機輸出信號的幅度和相位一致性是我們不得不考慮的問題，而且考慮的越早越好，以避免日后一些不必要的麻煩。通過采用微波移相器或數(shù)字移相器來補償相位誤差，是一種折中方案，雖然并不能完全解決問題，但在設(shè)計之初就充分考慮，這樣后期補償也能做到有的放矢，能很方便地補償過來。

某些需要關(guān)注幅度和相位一致性的設(shè)計和檢測的接收機系統(tǒng)在測量上需要三分貝橋等微波器件或設(shè)備和特殊的儀器儀表，設(shè)備數(shù)量多、工作量大、操作復(fù)雜。因此，為了克服接收機系統(tǒng)在檢測方面的技術(shù)缺陷，筆者嘗試在接收機系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域涉及幅度和相位一致性的設(shè)計及檢測的方法上進行改進，以減少設(shè)備數(shù)量、減少工作量，進而提高檢測的可操作性。本論述從技術(shù)角度探討涉及幅度和相位一致性的接收機系統(tǒng)設(shè)計和檢測方法。

1　技術(shù)方案

為了克服已有的技術(shù)缺陷，解決接收機幅度和相位一致性的設(shè)計和檢測問題，提出如下技術(shù)方案（見圖1所示），其基本實施過程如下：

將信號源輸出信號通過三通一分為二輸入到被測設(shè)備所需測試的兩個通路中，被測設(shè)備的輸出一一對應(yīng)接入專用匹配負載盒的兩個輸入端，匹配負載盒的輸出分別接至示波器的兩個輸入端口（見圖2所示）。示波器是帶有相位測量的示波器，從示波器上可以直接讀出兩個通路間的幅度差值和相位差值（見圖3所示）。

本方法對比已有技術(shù)，能夠迅速準確測量出每兩個通路間的幅度和相位差值，具有簡單、直觀的效果。

圖1　測試連接圖

圖2　匹配負載盒示意圖

圖3　示波器觀測幅度和相位一致性波形

此處需要注意的是，微波組件三通（或魔T）在功率分配和隔離度等方面應(yīng)用效果比較好。當(dāng)使用SMA三通（如SMA-KJK）時，就必須要考慮匹配、駐波等的影響。SMA三通使用在頻率較高的射頻環(huán)境下，它本身帶來的反射是很嚴重的。三通的反射會造成兩路輸出功率不一致，甚至造成相位的變化，從而帶來不必要的影響。所以，本系統(tǒng)在射頻部分使用了波導(dǎo)三通（當(dāng)頻率較低時，可以使用SMA三通，如幾十兆赫茲），但為了做到更好的通道間隔離，在三通通過波同轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過電纜連接到信號輸入端時，又在信號輸入端增加了隔離器，用以消除外界因素造成的幅度和相位變化。當(dāng)然，可以在信號輸入和輸出端都放置隔離器，通過試驗驗證，本系統(tǒng)僅在信號輸入端增加隔離器就足夠了。

2　系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)要求模塊化、小型化和高可靠性，主要包括：集成前端、主中放、控制電路。集成前端用于放大來自于天線系統(tǒng)的微弱信號，主要包括低噪放、PIN控制、混頻器等；主中放主要用于放大來自于集成前端的中頻信號，主要包括閉塞脈沖控制、選通控制、距離靈敏度控制、檢波和視放、驅(qū)動和隔離等（見圖5所示）；控制電路主要用于產(chǎn)生自動增益控制電壓、產(chǎn)生距離靈敏度控制曲線等，主要包括選通、門限、峰值檢波、隔離放大、輸出等。

說明：集成前端將來自于天線系統(tǒng)的微弱信號放大、混頻處理后將中頻信號送至主中放，接收系統(tǒng)信號走向見圖4所示；

主中放將中頻信號放大處理后送至處理機，將視頻信號送至控制電路用來產(chǎn)生自動增益控制電壓，見圖7所示；

控制電路產(chǎn)生自動增益控制電壓，分別送至主中放和集成前端。同時產(chǎn)生距離靈敏度控制曲線送至主中放，產(chǎn)生固定衰減指令送至處理機，具體見圖8所示；

處理機將PIN控制脈沖和固定衰減指令送至集成前端，將閉塞脈沖和選通脈沖送至主中放，將距離靈敏度觸發(fā)脈沖送至控制電路。同時處理主中放輸出的包含有目標角誤差信息和距離信息的中頻信息。

設(shè)計中盡量采用集成電路，簡化設(shè)計，少使用分立元件。從元器件本身考慮，盡量減少或避免使用影響相位的器件；從各分系統(tǒng)和總體考慮，注意各系統(tǒng)間的耦合、匹配；同時，還要考慮降額設(shè)計，容差設(shè)計、熱設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計等。

圖4　接收系統(tǒng)信號走向框圖

圖5　主中放和控制電路組成

圖6　集成前端原理框圖

圖7　主中放原理框圖

圖8　控制電路自動增益控制（AGC）原理框圖

考慮到通道間隔離度、通道間幅相一致性等問題，本系統(tǒng)組裝在屏蔽盒中，每一支路用良導(dǎo)體物理隔離，每一支路印制板基本一致，必要時支路間相同器件可以配對使用。

本論述重點討論影響接收機幅度和相位的因素和處理辦法，以及接收機幅度和相位的測量辦法，目的是減少或消除不利因素，提高實效，減少反復(fù)，每個分系統(tǒng)的具體設(shè)計不在本論述的討論范圍內(nèi)，所以在此就不再贅述。

3　具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本方法的實施方式做詳細說明。

其具體步驟包括：

步驟一，按本論述圖1連接各設(shè)備。

步驟二，電纜A與電纜A1、電纜B與電纜B1、電纜C與電纜C1應(yīng)該分別等長，而且對應(yīng)接頭應(yīng)該用SMA等接插件可靠連接。

步驟三，匹配負載盒應(yīng)該做成與實際負載相同的形式，這樣可以減少測量誤差。

步驟四，測量，對于多個通道而言，首先先選擇一個基準通道，再拿其余通道和基準通道分別比較，測量出幅度差值和相位差值。比如和通道與俯仰通道的幅度差值和相位差值，和通道與方位通道的幅度差值和相位差值，此時和通道為基準通道。

步驟五，改變信號源頻率，在整個信號帶寬內(nèi)，測量需要的幅度差值和相位差值。

自此，就完成了幅度和相位一致性的測量。

4　實施案例

步驟一，按圖9連接各設(shè)備和儀表。

圖9　被測設(shè)備連接示意圖

圖10　實測例匹配負載示意圖

步驟二，測量，記錄。

步驟三，改變信號源頻率，在整個信號帶寬內(nèi)，測量需要的幅度差值和相位差值，記錄。

步驟四，改變信號源功率，在整個信號帶寬內(nèi)，測量需要的幅度差值和相位差值，記錄。

步驟五，改變一個通道，重復(fù)步驟一，步驟二，步驟三。

步驟六，測量完成。記錄見表1。

表1　測試記錄

說明：此方法在整機或分系統(tǒng)實施檢測，都比較方便。在整機上測試時，要求被測試設(shè)備（中頻輸出）留有專門測試接口，并要保證匹配負載與實際負載一致時，才能保證測試結(jié)果真實可靠，見圖10所示。

電纜的長度對相位有直接影響，當(dāng)然也可以通過改變測試電纜的長度來調(diào)整相位差值。此處電纜的長度對幅度的影響忽略不計。

通道間產(chǎn)生的幅度差，可以通過調(diào)整通道增益來彌補。通道間產(chǎn)生的相位差，可以通過調(diào)整微波移相器或數(shù)字移相器來補償。

在一些條件限制的測試環(huán)境下，如果沒有可以直接測量相位的示波器或其他專門測量相位的儀表。我們可以采用圖6所示的方法加以測試。從圖中可以知道周期（兩個回波的周期是一致的），通過示波器也可讀出兩個回波的相對時延，這樣就可以計算出相對相位的值。比如圖11中：測得周期為200 ms，相對延時為10 ms。因為一個周期相位為3 600。由此就可以得出：當(dāng)相對時延為10 ms時，相對相位值就為：3 600/200*10= 180。

圖11　相位測量方法

作者簡介：張華（1977-），男，漢族，山東萊蕪人，大學(xué)本科，工程師，主要從事雷達工作。

收稿日期：2016- 3- 9

中圖分類號：TN957

文獻標識碼：A