一种基于收发分离的子阵级数字t/r组件信号调理装置及方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置，发射测试时，每1个数字T/R组件连接1台一级开关网络，在一级开关网络里实现1个组件发射测试所需的测试通道搭建；二级开关网络实现测试资源的分配，将系统中的测试资源通过开关切换到任意1台一级开关网络，经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源完成发射参数的测试；接收测试时，不再引入开关网络，基于层次化功分架构，信号发生器输出的激励信号和噪声源输出的标定噪声经单刀双掷开关、两级功分器进入到每1个数字T/R组件。本发明节省了大量微波部件，系统集成难度低，工程实现可行性高，并且成本低。
【专利说明】
一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种子阵级数字T/R组件信号调理装置，还涉及一种子阵级数字T/R组件信号调理方法。
【背景技术】
[0002]数字阵列雷达是一种收发均采用数字波束形成技术的全数字化相控阵雷达。较之传统相控阵雷达，数字阵列雷达具有其无法比拟的优点，如动态范围大、容易实现多波束、低损耗、低副瓣、低角测高精度高、可制造性强、系统任务可靠性高等，因此，数字阵列雷达的应用前景非常广阔。
[0003]数字T/R组件是数字阵列雷达最重要和数量最多的基本单元，数字T/R组件是一个微波数字混合的多通道雷达发射/接收模块，整体呈现光纤化、数字化和集成化的鲜明特点，在功能上相当于传统相控阵雷达的模拟T/R组件、移相器、阵面前端、频率源分机、接收分机以及一部分数字信号处理分机的综合。由于采用了基于DDS的波形产生技术和精确幅相控制技术、基于DDC的多通道数字化接收技术、集成化一体化收发通道设计技术和高速大容量数据传输技术等大量新技术和新工艺，无论从技术体制的角度，还是从实现方式的角度来看，数字T/R组件都是T/R组件领域的一次跨越和革命。
[0004]与模拟T/R组件相比，在发射状态下，数字T/R组件不需要输入射频模拟信号，只是输出多通道大功率脉内调制信号；在接收状态下需要输入模拟射频信号，但是不再输出模拟射频/中频信号，而是通过光纤传输的I/Q数据。也就是说，无论是单个数字T/R组件测试，还是子阵级数字T/R组件测试，其实不牵扯到发射输入信号和接收输出信号的调理，而主要是如何实现发射输出信号和接收输入信号的调理。需要注意的是，在物理上发射输出端口和接收输入端口实际上是同一个端口，只是在不同的工作模式下作用不同而已。
[0005]伴随数字阵列雷达的研制和应用，单个数字T/R组件性能指标的测试问题基本得到了解决。但是这已经远远不能满足数字阵列雷达和数字T/R组件研制生产的需要，由此也就产生了基于子阵规模的数字T/R组件测试需求。
[0006]目前的子阵级数字T/R组件测试系统信号调理方案是在单个组件测试方案的基础上扩展而来，下面结合图1以子阵规模为8个16通道的数字T/R组件为例说明已有的信号调理方案。
[0007]如图1所示，每个数字T/R组件的端口连接一个定向耦合器，小功率耦合端连接I分128路功分器，大功率直通端口连接开关网络，总共128个定向耦合器。发射测试时，输出的大功率发射信号先经过定向耦合器的直通端口进入开关网络中，然后利用开关网络进行通道切换，从而完成功率、频谱、相参参数的测试;接收测试时，信号发生器输出的激励信号先经过开关网络进入I分128功分器中，再通过定向耦合器的耦合端口进入数字T/R组件。上述过程就是收发信号的调理过程。还有一种方案就是将定向耦合器换成单刀双掷开关，同样也可以实现调理目的。
[0008]当然，还需要说明的是，噪声系数这一接收类参数测试目前需要借助发射测试通道。因为基于功分架构的接收信号调理通道插入损耗较大，这是无法完成噪声系数测试的，而发射测试调理通道主要基于开关切换方式，插入损耗较低，适合进行噪声系数的测试，但是因为是串行测试，所以测试效率较低。
[0009]现有的收发信号调理方案存在的缺点为:
[0010](I)需要大量的定向耦合器或单刀双掷开关等射频测试部件，不但成本高，而且很难进行系统集成，工程实现难度大；
[0011](2)如果将定向耦合器换成单刀双掷开关，测试安全性低，一旦单刀双掷开关发生故障，极易烧毁功分器；
[0012](3)开关网络采用了一体化设计思路，即利用一台开关网络与被测数字T/R组件和测试仪器进行连接，开关网络的规模大，扩展性和可维修性差；
[0013](4)噪声系数需要借助发射测试调理通道逐一进行串行测试，测试效率比较低。
[0014]伴随数字阵列雷达技术的发展和应用，测试单位需要在单个数字T/R组件测试的基础上解决子阵规模的数字T/R组件测试难题，这其中就涉及到如何实现发射输出信号和接收输入信号的调理。
【发明内容】
[0015]为解决上述现有技术中的不足，本发明提出了一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置及方法。
[0016]本发明的技术方案是这样实现的:
[0017]—种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置，发射测试时，每I个数字T/R组件连接I台一级开关网络，在一级开关网络里实现I个组件发射测试所需的测试通道搭建;二级开关网络实现测试资源的分配，将系统中的测试资源通过开关切换到任意I台一级开关网络，经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源完成发射参数的测试；
[0018]接收测试时，不再引入开关网络，基于层次化功分架构，信号发生器输出的激励信号和噪声源输出的标定噪声经单刀双掷开关、两级功分器进入每I个数字T/R组件。
[0019]可选地，将目前的普通噪声源换为大超噪比噪声源(如35dB以上)，热态噪声功率大大提高，补偿了由于两级功分带来的插入损耗，使得噪声源输出的标定噪声也可以通过单刀双掷开关、两级功分器后进入每I个数字T/R组件，从而保证噪声系数测试也可以并行实现，不再需要借助发射信号调理通道逐一进行串行测试。
[0020]本发明还提出了一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理方法，发射测试时，每I个数字T/R组件连接I台一级开关网络，在一级开关网络里实现I个组件发射测试所需的测试通道搭建;二级开关网络实现测试资源的分配，将系统中的测试资源通过开关切换到任意I台一级开关网络，经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源完成发射参数的测试；
[0021]接收测试时，不再引入开关网络，基于层次化功分架构，信号发生器输出的激励信号和噪声源输出的标定噪声经单刀双掷开关、两级功分器进入每I个数字T/R组件。
[0022]可选地，将目前的普通噪声源换为大超噪比噪声源(如35dB以上)，热态噪声功率大大提高，补偿了由于两级功分带来的插入损耗，使得噪声源输出的标定噪声也可以通过单刀双掷开关、两级功分器后进入每I个数字T/R组件，从而保证噪声系数测试也可以并行实现，不再需要借助发射信号调理通道逐一进行串行测试。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024](I)节省了大量微波部件，系统集成难度低，工程实现可行性高，并且成本低；
[0025](2)收发测试分离提高了测试安全性；
[0026](3)层次化的开关网络和功分器设计思路有利于提高扩展性和维修性指标；
[0027](4)将目前使用的普通噪声源更换为大超噪比噪声源，将逐一通道串行进行噪声系数测试改进为所有通道并行测试，从而大大提高了测试效率。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为现有子阵级数字T/R组件测试系统信号调理框图；
[0030]图2为本发明的子阵级数字T/R组件发射测试原理框图；
[0031 ]图3为本发明的子阵级数字T/R组件接收测试原理框图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]目前的子阵级数字T/R组件测试系统信号调理方案来源于单个组件测试方案，没有关注到测试规模急剧增大后系统集成的难度。另外，开关网络也会更加复杂庞大，由此也带了扩展性和可维修差等问题。如果采用将定向耦合器换成单刀双掷开关的方案，因为开关数量的增长也会极大的降低测试安全性。还有，噪声系数需要借助发射测试调理通道逐一进行串行测试，测试效率比较低。
[0034]因为现有技术存在上述缺点，本发明提出了一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置及方法，发射测试和接收测试进行彻底地物理分离，测试通道和测试仪器不再复用。
[0035]如图2所示，本发明基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置发射测试时，不再需要用于收发分离的大量定向耦合器或者单刀双掷开关，这对于子阵级测试来说将会节省大量的微波部件。每I个数字T/R组件连接I台一级开关网络，如果是8个数字T/R组件就有8台一级开关网络，在一级开关网络里实现I个组件发射测试所需的测试通道搭建。以16通道数字T/R组件为例，一级开关网络内部为16路发射端口至相参、频谱、功率等3类仪器端口(目前为6个端口，分别是4个相参端口、I个频谱端口、I个功率端口)的开关网络。二级开关网络实现相参、频谱、功率等测试资源的分配，相当于系统中有多组测试资源，这些测试资源可以通过开关切换到任意I台一级开关网络。经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源即可完成发射参数的测试。
[0036]此外，本发明提供的子阵级发射信号调理装置不但节省了大量的定向耦合器或者单刀双掷开关等微波部件，而且将原先规模庞大的一体化开关网络拆分成了两级开关网络。还是以8个16通道的数字T/R组件发射测试为例进行说明，原有方案的开关网络规模为129端口(128路T/R端口和I路功分器输入端口)至8路测试仪器端口(其中相参端口为4个)，规模庞大，扩展性和维修性都较差。而本发明将庞大复杂的一体化开关网络拆成了 8台16路发射端口至3类共6个仪器端口的一级开关网络以及I台N X 6至3类共6个仪器端口的二级开关网络(N可以大于被测件数量)。如果要增加测试规模，则二级开关网络保持不变，只需增加相应的一级开关网络即可，这样就提高了系统的扩展性指标。此外，经层次化拆分后，每台开关网络的复杂程度也大为降低，当然维修性指标也会大为改善。
[0037]如图3所示，接收测试时，不再需要引入开关网络，而是基于层次化功分架构。还是以8个16通道的数字T/R组件接收测试为例进行说明，信号发生器输出的激励信号经单刀双掷开关、第一级I分8功分器后同时进入8个二级I分16路功分器中，从而形成128路相参激励信号。如果第一级功分器分路数量大于8，如果要增加测试规模，只需增加相应的二级I分16路功分器即可，这样就提高了系统的扩展性指标，而且也方便了系统集成。同时将目前的普通噪声源换为大超噪比噪声源(如35dB以上)，热态噪声功率大大提高，补偿了由于两级功分带来的插入损耗，使得噪声源输出的标定噪声也可以通过单刀双掷开关、两级功分器后进入每I个数字T/R组件，从而保证噪声系数测试也可以并行实现，不再需要借助发射信号调理通道逐一进行串行测试。
[0038]本发明还提出了一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理方法，实现原理与上述信号调理装置相同，这里不再赘述。
[0039]本发明的基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置及方法节省了大量微波部件，系统集成难度低，工程实现可行性高，并且成本低;收发测试分离提高了测试安全性;层次化的开关网络和功分器设计思路有利于提高扩展性和维修性指标。将目前使用的普通噪声源更换为大超噪比噪声源，将逐一通道串行进行噪声系数测试改进为所有通道并行测试，从而大大提高了测试效率。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置，其特征在于，发射测试时，每I个数字T/R组件连接I台一级开关网络，在一级开关网络里实现I个组件发射测试所需的测试通道搭建;二级开关网络实现测试资源的分配，将系统中的测试资源通过开关切换到任意I台一级开关网络，经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源完成发射参数的测试； 接收测试时，不再引入开关网络，基于层次化功分架构，信号发生器输出的激励信号和噪声源输出的标定噪声经单刀双掷开关、两级功分器进入每I个数字T/R组件。2.如权利要求1所述的一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理装置，其特征在于，所述噪声源为大超噪比噪声源。3.一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理方法，其特征在于，发射测试时，每I个数字T/R组件连接I台一级开关网络，在一级开关网络里实现I个组件发射测试所需的测试通道搭建;二级开关网络实现测试资源的分配，将系统中的测试资源通过开关切换到任意I台一级开关网络，经过两级开关网络进行发射信号调理后，利用系统配置的仪器资源完成发射参数的测试； 接收测试时，不再引入开关网络，基于层次化功分架构，信号发生器输出的激励信号和噪声源输出的标定噪声经单刀双掷开关、两级功分器进入每I个数字T/R组件。4.如权利要求3所述的一种基于收发分离的子阵级数字T/R组件信号调理方法，其特征在于，所述噪声源为大超噪比噪声源。
【文档编号】G01S7/40GK105842673SQ201610368877
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】丁志钊, 吴家亮, 孙运臻, 刘忠林, 蒋玉峰, 季汉国, 段志强, 徐宝令
【申请人】中电科仪器仪表有限公司