一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，包括下述步骤：1)确定数字移相器电路中各器件；2)确定各器件参考温度下的参数；3)提取不同温度下各器件的温度系数；4)在ADS软件中建立数字移相器电路仿真模型；5)计算数字移相器电路的相位特性；6)建立数字移相器电路的热-电耦合模型。传统方法只能根据输入的变化来预测移相器的幅相特性，无法根据温度变化确定移相器在工作状态的幅相特性。相比传统方法，本方法不仅可以根据不同的温度环境对数字移相器的幅相特性进行预测而且可以将温度环境分量直接引入热-电耦合模型计算移相器幅相特性，不需要重复地对移相器性能进行快速、有效地预测。
【专利说明】
一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有源天线【技术领域】，具体是一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法。
【背景技术】
[0002]有源相控阵雷达由于器件高度集中，T/R组件是有源相控阵天线的核心部分，包含了功率放大器、低噪声放大器、衰减器、移相器等发热器件，其性能在很大程度上决定了有源相控阵雷达的性能。移相器(Phase Shifter)性能优劣与可靠性直接决定着有源相控阵雷达T/R组件的性能。有源相控阵天线每个天线单元都配备有一个移相器用以控制其相位，移相器的精度和响应速度决定了雷达波束在空中能否准确定位以及波束主瓣对旁瓣的抑制效果，因此，移相器的性能成为能否设计出性能优良T/R组件的保证。
[0003]数字移相器是有源相控阵雷达T/R组件中最为常用的移相器，具有精度高、响应快的特点。但是在实际工作中T/R组件性能易受到温度的影响，导致有源相控阵雷达电性能的恶化。其中温度对T/R组件电流相位的影响则主要表现在温度对数字移相器的影响上，这是导致有源相控阵雷达电性能的恶化的一个主要的原因。且温度对数字移相器的电流幅度影响并不明显，因此在预测移相器的温变性能时，数字移相器电流幅度对其温变性能的影响可以不考虑。目前缺乏一种对于基于温度对数字移相器电性能影响的预测方法来对各种工作环境温度下数字移相器的电性能进行快速、有效地预测，因此有必要研究数字移相器的热-电耦合模型来分析数字移相器温变性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，该方法通过在确定数字移相器电路各个器件的温度-性能曲线数据的基础上，利用数字移相器电路仿真模型，进而实现对各种工作环境温度下数字移相器的温变性能进行预测。
[0005]本发明是通过以下述技术方案来实现的:
[0006]一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，该方法包括下述步骤:
[0007]I)确定数字移相器电路，从而确定数字移相器电路中各个器件；
[0008]2)确定数字移相器电路中各个器件在参考温度下的参数；
[0009]3)确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线，提取不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数，进而计算不同温度下数字移相器电路中温度系数矩阵；
[0010]4)设置在不同温度下数字移相器电路中各个器件的参数，在ADS软件中建立数字移相器电路仿真模型；
[0011]5)计算不同温度下的数字移相器电路的幅相特性；
[0012]6)根据不同温度下的数字移相器电路的幅相特性，提取数字移相器电路仿真计算相位特性离散数据，得到数字移相器电路随温度变化的曲线；从而确定不同温度下数字移相器电路的相位特性公式，建立数字移相器的热-电耦合模型。
[0013]所述步骤2)确定数字移相器电路中各个器件在参考温度下的参数包括数字移相器电路中各个器件中电阻器的阻值、电容器的电容值、电感的电感值、负载终端的参数以及微带线的参数。
[0014]所述步骤3)计算不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数矩阵按照以下方式进行:
[0015]3a)确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线，在Origin软件中确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线的采样点；
[0016]3b)提取数字移相器电路中各个器件的温度曲线的采样点，并在Matlab中采用3次多项式曲线拟合出数字移相器电路中各个器件的温度曲线函数y ;
[0017]J = Sl1.T3+a2.T2+a3.T+a4
[0018]式中，a1、a2、a3、a4为数字移相器电路中各个器件的温度曲线函数的系数，T为温度；
[0019]3c)利用温度曲线函数，确定不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数，在Matlab中计算不同温度下数字移相器电路中电阻温度系数矩阵ακ、电容温度系数矩阵α。、电感温度系数矩阵Ctp
[0020]所述步骤4)在ADS软件中建立数字移相器电路仿真模型按照如下方式进行:
[0021]4a)在ADS软件元器件库中选取数字移相器电路中需要的元器件，然后在ADS软件中将选取的元器件连接成数字移相器电路，并设置在不同温度下的数字移相器电路中电阻参数矩阵V、电容参数矩阵C'、电感参数矩阵L'，其中R'、C'、L'通过下式进行计算:
【权利要求】
1.一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤: 1)确定数字移相器电路，从而确定数字移相器电路中各个器件； 2)确定数字移相器电路中各个器件在参考温度下的参数； 3)确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线，提取不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数，进而计算不同温度下数字移相器电路中温度系数矩阵； 4)设置在不同温度下数字移相器电路中各个器件的参数，在ADS软件中建立数字移相器电路仿真模型； 5)计算不同温度下的数字移相器电路的幅相特性； 6)根据不同温度下的数字移相器电路的幅相特性，提取数字移相器电路仿真计算相位特性离散数据，得到数字移相器电路随温度变化的曲线；从而确定不同温度下数字移相器电路的相位特性公式，建立数字移相器的热-电耦合模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，其特征在于，所述步骤2)确定数字移相器电路中各个器件在参考温度下的参数包括数字移相器电路中各个器件中电阻器的阻值、电容器的电容值、电感的电感值、负载终端的参数以及微带线的参数。
3.根据权利要求 1所述的一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，其特征在于，所述步骤3)计算不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数矩阵按照以下方式进行: 3a)确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线，在Origin软件中确定数字移相器电路中各个器件的温度曲线的采样点； 3b)提取数字移相器电路中各个器件的温度曲线的采样点，并在Matlab中采用3次多项式曲线拟合出数字移相器电路中各个器件的温度曲线函数y ;
Y = Sl1.T3+a2.T2+a3.T+a4 式中，a1、a2、a3、a4为数字移相器电路中各个器件的温度曲线函数的系数，T为温度； 3c)利用温度曲线函数，确定不同温度下数字移相器电路中各个器件的温度系数，在Matlab中计算不同温度下数字移相器电路中电阻温度系数矩阵ακ、电容温度系数矩阵α。、电感温度系数矩阵Ctp
4.根据权利要求1所述的一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，其特征在于，所述步骤4)在ADS软件中建立数字移相器电路仿真模型按照如下方式进行: 4a)在ADS软件元器件库中选取数字移相器电路中需要的元器件，然后在ADS软件中将选取的元器件连接成数字移相器电路，并设置在不同温度下的数字移相器电路中电阻参数矩阵V、电容参数矩阵C'、电感参数矩阵L'，其中R'、C'、L'通过下式进行计算:
式中，Rtl为电阻器件在常温下即25°c下的电阻值，aKS不同温度下电阻温度系数矩阵A为电容器件在常温下即25°C下的电容值，a c为不同温度下的电容温度系数矩阵；U为电感器件在常温下即25°C下的电感值，为不同温度下的电感温度系数矩阵； 4b)分别将得到的R'、C'、L'输入数字移相器电路仿真模型； 4c)将负载终端的参数以及微带线的参数输入数字移相器电路仿真模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于器件温度系数的数字移相器温变性能预测方法，其特征在于，所述步骤6)建立数字移相器的热-电耦合模型按照以下方式进行: 6a)根据不同温度下的数字移相器电路的幅相特性，在ADS软件中提取数字移相器电路仿真计算相位特性离散数据； 6b)根据数字移相器电路仿真计算相位特性离散数据在Matlab中采用3次多项式曲线进行拟合，绘制数字移相器电路相位随温度变化的曲线； 6c)确定不同温度下数字移相器电路的相位特性公式:
式中，b1、b2、b3、b4为3次多项式曲线的系数，Δ炉为数字移相器电路的相位，T为温度；6d)该不同温度下数字移相器电路的相位特性公式即为数字移相器电路的热-电耦合模型。
【文档编号】G06F17/50GK104182573SQ201410404672
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】王从思, 李兆, 康明魁, 刘鑫, 屈扬, 王猛, 王伟, 李鹏, 黄进, 王艳 申请人:西安电子科技大学