天线全向合成系统的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域： 本发明与对定向天线的4个通道发射信号进行相位和幅度控制形成全向波束发射的 系统有关。
[000引【背景技术】： 某型机载二次雷达的机载天线为定向天线，天线安装在飞机的顶部和底部。天线可在 4个900方向上形成定向波束，使用四根同轴电缆与收发机相连。收发机通过天线发射询问 信号和接收应答信号。现要求用此定向天线形成全向波束发射，需要精确对天线4个通道 发射信号进行相位和幅度控制。
[0003] 此天线全向合成技术难度较大，目前国内还没有其他公司将此定向天线成功实现 方向图全向合成的技术，仅最近两年欧美少数大的公司有相关产品推出，但其技术实现细 节也是保密的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种成本低、效率高的对定向天线的4个通道发射信号进行 相位和幅度控制形成全向波束的天线全向合成系统。
[0005] 本发明是运样实现的： 天线全向合成系统，其特征在于收发机包含4个发射通道和4个接受通道，分别通过收 发收发开关接定向天线的(T天线，9(f天线，18(f天线，27(f天线，单片机MCU与现场可编 程口阵列FPGA连接，现场可编程口阵列FPGA的四路输出分别依次经D/A转换器、中频放大 器、上变频器、功率放大器接收发收发开关的输入，收发收发开关的四路输出分别依次经低 噪声放大器、下变频器、中频放大器、A/D转换器接现场可编程口阵列FPGA的四路输入，第1 锁相环分别接第1、2、3、4上变频器，第2锁相环分别接第1、2、3、4下变频器，其特征在于单 片机MCU和现场可编程口阵列FPGA共同完成定向天线的全向波束发射，发射相位FPGA可 设置，0~360"，最小步进0. 25"，全向天线的幅度/相位校准步骤如下： 1 :天线发射幅度校准 1) 收发开关分别设置为单通道发射模式； 2) 天线ChO,油90,油180,油270分别轮流发射，利用每个通道的发射检波器将4个发射 通道的幅度调整一致； 2 :天线chO, chl80同时发，ch90收， 1)收发开关设置为天线chO, ChlSO发，油90收，油270接50 Q负载模式； 2) 设置天线ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置ChlSO的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ChlSO的发射相位，油90接收到最小值时，记录此时ChlSO的 发射相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 chl80_phal， 3 :天线chO, chl80同时发，ch270收， 1) 收发开关设置为天线chO, ChlSO发，油270收，油90接50 Q负载模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置ChlSO的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ChlSO的发射相位，油270接收到最小值时，记录此时ChlSO的 发射相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 chl80_pha2 ; 5) chl80_phal 与 chl80_pha2 取平均值得到 a 180， 4 :天线 chO, chl80, ch270 同时发，ch90 收， O收发开关设置为天线chO, chl80, ch270发，ch90收模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置ChlSO的发射相位为a 180 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch270的发射相位，油90接收到最大值时，记录此时ch270的 发射相位为a 270 ; 5 :天线chO,油90, chl80同时发，ch270收， O收发开关设置为天线chO, ch90, chl80发，ch270收模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置ChlSO的发射相位为a 180 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch90的发射相位，油270接收到最大值时，记录此时ch90的 发射相位为a 90 ; 4) 此时得到W ChO为基准的4个通道发射相位值： 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为a 90 ; 设置chl80的发射相位为a 180 ; 设置ch270的发射相位为a 270 ; 6 :天线ch90, ch270同时发，chO收 1) 收发开关设置为天线油90,油270发，ChO收，ChlSO接50 Q负载模式； 2) 设置chO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch90的发射相位，ChO接收到最小值时，记录此时ch90的发射 相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 ch90_phal。
[0006] 7 :天线 ch90, ch270 同时发，chl80 收 1) 收发开关设置为天线ch90, ch270发，chl80收，ChO接50 Q负载模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch90的发射相位，ChlSO接收到最小值时，记录此时ch90的发 射相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 ch90_pha2 ; 5) ch90_phal 与 ch90_pha2 取平均值得到 0 90。
[0007] 8 :天线 ch90, chl80, ch270 同时发，chO 收 1) 收发开关设置为天线ch90, chl80, ch270发，chO收模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 90 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ChlSO的发射相位，ChO接收到最大值时，记录此时ChlSO的发 射相位为M80 ; 9 :天线 chO, ch90, ch270 同时发，chl80 收 1) 收发开关设置为天线chO, ch90, ch270发，chl80收模式； 2) 设置ChO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 90 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ChO的发射相位，ChlSO接收到最大值时，记录此时ChO的发射 相位为a 0 ; 4) 此时得到W ch270为基准的4个通道发射相位值： 设置ChO的发射相位为0 0 ; 设置ch90的发射相位为0 90 ; 设置ChlSO的发射相位为0 180 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 10 :得到形成全向的chO, ch90, chl80, ch270的发射相位 I) chO, ch90, chl80, ch270 的发射相位值W ch270 为基准分别为 e 0, e 90, e 180,0 ; W ChO为基准进行相位变换处理，得到新的一组W ChO为基准的4个通道发射相位值 如下： ChO的发射相位为0 ; ch90的发射相位为丫 90 = 0 90-0 0 ; chl80的发射相位为丫 180 = 0180-0 O ; ch270的发射相位为丫 270 = - 0 0 ; 还有一组步骤5得到的W ChO为基准的4个通道发射相位值： ChO的发射相位为0 ; ch90的发射相位为a 90 ; chl80的发射相位为a 180 ; ch270的发射相位为a 270 ; 2) 形成全向时，需要的4个通道发射相位计算结果如下： ChO的发射相位为：0 0 = (T ; ch90的发射相位为：目90 = a 90与丫 90的平均值； ChlSO的发射相位为：0 180 =Q 180 ; ch270的发射相位为：0 270 = a 270与丫 270的平均值； 3) 设置并保存4个通道ChO~ch270的发射相位0 0，0 90，0 180，0 270,天线校准结 束。
[0008] 收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发收发开关接定向天线的 (T天线，9〇0天线，180"天线，270"天线。通道结构简单。整机采用同一个参考时钟，保证 了收发信号同源，有利于消除频差及相位校准。MCU和FPGA共同完成发射天线的幅度/相 位控制，实现天线全向合成。可实现某型机载二次雷达的定向天线合成全向方向图，充分满 足技战术指标的要求。
[0009]
【附图说明】： 图1为本发明硬件框图。
[0010]
【具体实施方式】： 实施例1: 如图1所示，收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发收发开关接定向 天线的(T天线，9(f天线，18(f天线，27(f天线。DA采样时钟400MHz，输出80MHz发射数 字中频，AD采样时钟lOOMHz，采样接收120MHz中频，收发均采用一次变频，通道结构简单。 整机采用同一个参考时钟，保证了收发信号同源，有利于消除频差及相位校准。MCU和FPGA 共同完成发射天线的幅度/相位控制，实现天线全向合成。
[0011] 本发明已在我公司研发的某新型二次雷达模块上使用，表1是本实施例在产品中 所设及的主要元器件。
[0012] 表1 (a)硬件电路主要元器件表
MCU和FPGA的信号处理流程为： 步骤1 :天线发射幅度校准 1) 收发开关分别设置为单通道发射模式； 2) ch0,油90,油180,油270分别轮流发射，利用每个通道的发射检波器将4个发射通道 的幅度调整一致； 步骤2 :天线chO, chl80同时发，ch90收 1) 收发开关设置为天线chO, ChlSO发，油90收，油270接50 Q负载模式； 2) 设置chO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; (发射相位FPGA可设置，0~36(f，最小步进0. 25'' ); 3) 0~36(f范围内调整ChlSO的发射相位，油90接收到最小值时，记录此时ChlSO的 发射相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 chl80_phal。
[0013] 步骤3 :天线chO, chl80同时发，ch270收 1) 收发开关设置为天线chO, ChlSO发，油270收，油90接50 Q负载模式； 2) 设置chO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为0 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ChlSO的发射相位，油270接收到最小值时，记录此时ChlSO的 发射相位为0 ; 4) 0 旋转 18(f 得到 chl80_pha2 ; 5) chl80_phal 与 chl80_pha2 取平均值得到 a 180。
[0014] 步骤 4 :天线 chO, chl80, ch270 同时发，ch90 收 I)收发开关设置为天线chO, chl80, ch270发，ch90收模式； 2) 设置chO的发射相位为O ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为a 180 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch270的发射相位，油90接收到最大值时，记录此时ch270的 发射相位为a 270 ; 步骤5 :天线chO, ch90, chl80同时发，ch270收 O收发开关设置为天线chO, ch90, chl80发，ch270收模式； 2) 设置chO的发射相位为0 ; 设置ch90的发射相位为0 ; 设置chl80的发射相位为a 180 ; 设置ch270的发射相位为0 ; 3) 0~36(f范围内调整ch90的发射相位，油270接收到最大值时，记录此时ch90的 发射相位为a 90 ; 4) 此时得到W ChO为基准的4个通道发射