专利名称：：磁通激励铁氧体移相器“零相移剩磁工作点”选择方法
技术领域：
：本发明属于微波/毫米波
技术领域：
，具体涉及一种磁通激励铁氧体移相器"零相移剩磁工作点"选择方法，应用于相控阵天线系统，实现天线固定指向波束的收、发互易和移相器的宽温相移误差补偿。
背景技术：
：(一)某相控阵雷达系统对所采用的磁通激励非互易铁氧体移相器提出确保相控阵天线在某固定波束指向实现发、收互易技术要求，要满足这一技术指标要求，当所有移相器被激励到发方向零相移剩磁工作点时，其发、收方向对应的插入相移分布规律应该相同。传统的磁通激励非互易移相器，其发方向的零相移剩磁工作点取图1中的T点，即负向最大剩磁点。如果用&(i=l，2，…，N)表示第i只移相器在发方向零相移剩磁工作点对应的发方向插入相移，用&,.(i=l，2，…，N)表示第i只移相器在发方向零相移剩磁工作点对应的收方向插入相移，那么=&+Apmax,，其中Apmax,.为第i只移相器的最大差相移。为了便于比较所有移相器的发、收方向插入相移分布规律，不妨用1=1的第1只移相器进行插入相移归零处理，即得发、收方向各器件相对插入相移分别为^77二9V,—Pn(。9>,=—Pw=(9V,.—Pn)+(A^ma"—A^maxl)(2)严格从理论角度讲，如果所有移相器的物理结构完全一样，则A^^,.二Ap，，，从而有&,'=^,.'，g卩发、收方向对应的插入相移分布规律完全相同。在工程实际中，由于铁氧体材料参数、铁氧体和波导的加工装配误差等均存在不一致性，所有移相器的最大差相移很难保持一致，即Apmax,.与Apmaxl会存在较大差别。实际测量得到的50只移相器最大差相移值A^^,.如表1所示，从中可以看出，各移相器的A^^.存在较大差别(最大差值约80°)。由此可见，在工程实际中，很难保证批量移相器发、收方向插入相移分布规律的一致性，从而很难实现固定指向天线波束的发、收互易功能。3表l测量得到的50只移相器最大差相移值Ap,，<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>(二)相控阵天线系统一般要求所用的磁通激励铁氧体移相器能够在较宽的温区内满足移相精度要求，而与移相精度密切相关的铁氧体材料的饱和磁化强度参数会随温度发生较大变化，这给移相器实现宽温区工作带来了很大困难。图2是不同环境温度下测试得到的某磁通激励移相器差相移随置位电流值的变化曲线，从中可以看出，在绝大多数置位电流点，相移值随环境温度会产生较大变化，如果不采取特殊措施，常规要求的移相精度指标根本不能保证。为此，人们提出了磁通反馈驱动方式，将相移值随环境温度的变化量大大减小，即便如此，对某些相控阵雷达所需的移相器的移相精度指标仍不能满足宽温区工作要求。
发明内容本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种新的"零相移剩磁工作点"选择方法，很方便地实现固定指向天线波束的收、发互易和宽温相移误差补偿。实现本发明目的的技术方案是选择剩磁为零的点(图1中的"0"点)作为磁通激励移相器的"零相移剩磁工作点"，移相器在该剩磁点具有互易特性，其发方向插入相移^,.和收方向插入相移&,完全相同，由(1)、(2)式得^,'=^,'，即发、收方向对应的插入相移分布规律完全相同，从而可确保相控阵天线在固定波束零度实现发、收互易和对移相器进行宽温相移误差补偿。所述磁通激励移相器选择"零相移剩磁工作点"的实现过程如下1)在所有剩磁工作点上，对移相器在收、发两个方向的插入相移分别进行测量；2)对每一个剩磁工作点对应的收、发两个方向的插入相移进行比较，如果相等，即表明该点剩磁为零，可选为"零相移剩磁工作点"；得到在收、发方向插入相移的分布规律。3)用选择的"零相移剩磁工作点"对应的移相器传输态作为零相移参考态，按照数字式移相器的步进要求对差相移值进行标定测量和控制码装订，实现数字式移相器在收、发方向插入相移分布规律相一致。本发明选择零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"，能够对温度变化引起的相移误差进行有效补偿，确保移相器在宽温区实现较高的移相精度。由图2可以看出，不同温度下差相移随激励电流的变化曲线均存在一段线性区，并且线性区直线斜率基本一致，如果选择零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"，并确保线性区移相范围不小于360。(为了不影响其它性能，可将线性区移相范围控制在360°400°之间)，就可使不同温度对应的相移值随激励电流的变化曲线在有效移相范围内(线性区内)趋于重合，从而可使温度变化引起的相移误差大大减小。与现有技术相比较本发明具有如下技术特征1.突破以最大剩磁点作为"零相移剩磁工作点"的传统模式，选择剩磁为零的点作为磁通激励移相器"零相移剩磁工作点"，使移相器在该零相移剩磁点具有互易特性，从而实现相控阵天线在固定波束零度指向的发、收互易。2.本发明选择零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"，能够对温度变化引起的相移误差进行有效补偿，从而可使温度变化引起的相移误差大大减小。确保移相器在宽温区实现较高的移相精度。满足了相控阵天线系统对所用的磁通激励铁氧体移相器能够在较宽的温区内的移相精度要求。图1磁通激励移相器剩磁工作点示意图图2不同环境温度下测试得到的某磁通激励移相器差相移随置位电流值的变化曲线具体实施例方式本发明以在某8mm波段五位数字式铁氧体移相器中的具体实施为例，说明本发明的技术方案。该移相器采用磁通反馈驱动方式，相应驱动控制电路内部采用8位二进制码对各剩磁工作点进行量化，测试中每一个8位二进制码对应一个剩磁工作点。按照上述"零相移剩磁工作点"选择方法的实现过程，首先对每一个8位二进制码对应的收、发两个方向的插入相移分别进行测量，部分测量结果如表2。从中可以看出，64(H)码对应的收、发方向插入相移近似相等，相应的剩磁点即为该移相器的"零相移剩磁工作点"。以内部8位二进制控制码64(H)为零相移参考态，按五位移相器的差相移步进要求，对所需32个激励状态的差相移值进行标定测量和内部8位码装订，可得到如表3所示的五位移相器相移精度测量结果(常温环境)。为了便于比较，按上述方法测量50只移相器在"零相移剩磁工作点"上收、发方向的插入相移，测量结果见表4。从表4可以看出，小批量器件收、发方向插入相移的分布规律一致性可控制在2°以内，说明选择内部8位二进制控制码64(H)为零相移剩磁工作点所获得的收、发方向插入相移的分布规律一致性较好。进一歩比较表1和表4可以看出，选择零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"，可以确保发、收方向对应的插入相移分布规律趋于相同，从而为相控阵天线在固定波束零度指向实现发、收互易提供保证。表2某移相器8位二进制控制码与收、发方向插入相移测量结果对照表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>67(H)253.3°241.2oE7(H)527.0°22.4°6F(H)270.2e224.3°EF(H)536.1°16.0°77(H)287.0°208.1°F7(H)542.4°11.5°7F(H)303.1°193.0°FF(H)547.5°8.0°表3常温环境下测量得到的五位移相器差相移值及移相精度(零相移工作点为零剩磁点)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)0078.7577.6157.5159.3236.2523531531411.259.89088.6168.75169.7247.5245326.25324.722.523101.2599.7180179.2258.75257.2337.533633.7533.3112.5111.3191.25189.5270269348.75350.64544.3123.75122.6202.5200.7281.25279.8均方根误差56.2556.7135134.5213.75210.6292.5291.81.43。67.567.6146.25144.5225222.5303.75304表450只移相器零剩磁参考态收、发方向插入相移测量结果对照表器件序号发方向收方向器件序号发方向收方向插入相移插入相移插入相移插入相移1101Q101°2676o76o249o49e2783o85o381o81o2882o8111477Q76o2978e7611580o79e3010713105°671o71o3175e74o777o76o3271a71o878o77o3388Q87Q988o88o3494o93o1074Q76o3575a73o711137°138°3663o63Q12104°105°37104°105°1371o70Q38100°99o1459o60e39112°113°1591o92o4089a89Q16129°130°4145Q46a17107°106°4273o73o1890o90Q4392Q91。1981Q81o4486o87o20691570e45103。102o21118°117°4676o75o22941592o47116°115°2396o95e4871o70Q2488.5°87Q4974o73o2589Q88o5064o64o为了便于比较上述"零相移剩磁工作点"选择方法对宽温区相移误差的补偿作用，先给出按传统方法得到的高、低温环境下五位移相器差相移精度测量结果，见表5和表6;再给出以零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"时高、低温环境下五位移相器差相移精度测量结果，见表7和表8。表5的差相移值均方根误差为9.42°，表7差相移值均方根误差为4.42°，表6差相移值均方根误差为8.53°，表8差相移值均方根误差为2.92°，可以看出，将表5与表7差相移值均方根误差对比，及表6与表8的差相移值均方根误差对比，可以看出，在相同温度环境下，采用本发明方法的以剩磁为零的点作为"零相移剩磁工作点"，可大大减小宽温区相移误差、提高移相精度。表5高温(55°C)环境下测量得到的差相移值及移相精度(零相移工作点为最大剩磁点)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)标称值差相移(度)0078.7586.7157.5163.2236.25247315325.78<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表6低温(-40'C)环境下测量得到的差相^多值及移;<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表7高温(55°C)环境下测量得到的差相移值及移相精度(零相移工M;点为零剩磁点)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表81[氏温(-4(TC)环境下测量得到的差相移值及移相精度(零相移工作点为零剩磁点)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>0078.7579,1157.5158.9236.25232.2315313.611,2511.79090.6168.75166.7247.5242.3326.25324.222,525101.25102.5180175,6258.75255.2337.5335.633.7535.2112.5114.8191.25186.5270267.2348.75350.34545.8123.75126,1202.5197.7281.25278均方根误差56.2557.2135138.1213.75'207.4292.5290,82.92。67.568.6146.25149225219.5303.75303.710权利要求1.一种磁通激励铁氧体移相器“零相移剩磁工作点”选择方法，其特征在于在非互易磁通激励铁氧体移相器中，选择剩磁为零的点作为磁通激励移相器“零相移剩磁工作点”，使移相器在该剩磁点具有互易特性，所对应的发、收方向插入相移分布规律完全相同，从而确保相控阵天线在固定波束零度指向实现发、收互易和对移相器进行宽温相移误差补偿。2.根据权利要求1所述的磁通激励铁氧体移相器"零相移剩磁工作点"选择方法，其特征在于所述选择"零相移剩磁工作点"的实现过程如下①在所有剩磁工作点上，对移相器在收、发两个方向的插入相移分别进行测量；②比较每一个剩磁工作点对应的收、发两个方向的插入相移值，如果相等，即表明该点剩磁为零，可选为该移相器的"零相移剩磁工作点"；③用选择的"零相移剩磁工作点"对应的移相器传输态作为零相移参考态，按照数字式移相器的步进要求对差相移值进行标定测量和控制码装订，实现数字式移相器在收、发方向插入相移分布规律相一致。3.根据权利要求1所述的磁通激励铁氧体移相器"零相移剩磁工作点"选择方法，其特征在于通过在非互易磁通激励铁氧体移相器中，选择零剩磁点作为"零相移剩磁工作点"，并确保在不同温度下，差相移随激励电流的变化线性区范围在360°400°之间，可使不同温度对应的相移值随激励电流的变化在此线性区内趋于重合，使温度变化引起的相移误差减小，满足相控阵天线对宽温区内的移相精度要求。全文摘要本发明涉及一种磁通激励铁氧体移相器“零相移剩磁工作点”选择方法，该方法突破以最大剩磁点作为“零相移剩磁工作点”的传统模式，在非互易磁通激励铁氧体移相器中，选择剩磁为零的点作为磁通激励移相器“零相移剩磁工作点”，使移相器在该剩磁点具有互易特性，所对应的发、收方向插入相移分布规律完全相同，从而确保相控阵天线在固定波束零度实现发、收互易，使移相器宽温区相移误差大大减小、移相精度显著提高。文档编号H01Q3/34GK101587988SQ200910022668公开日2009年11月25日申请日期2009年5月25日优先权日2009年5月25日发明者余增强,张蔚华,景杨,江承财,高昌杰申请人:中国兵器工业第二○六研究所