一种基于FPGA的超高精度数字测频设备的制作方法

一种基于fpga的超高精度数字测频设备
技术领域
1.本实用新型涉及数字测频领域，具体是一种基于fpga的超高精度数字测频设备。


背景技术：

2.t/r组件是相控阵雷达系统的核心部件，相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，其快速而精确转换波束的能力使雷达能够在1min内完成全空域的扫描，所谓相控阵雷达是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵，每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控和移相器控制，能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向，雷达工作时发射机通过馈线网络将功率分配到每个天线单元，通过大量独立的天线单元将能量辐射出去并在空间进行功率合成，形成需要的波束指向。t/r模拟组件又称“数字阵列模块”、“数字t/r组件”， t/r模拟组件是数字阵列雷达的核心模块。
3.但是，目前现有的t/r模拟组件的if端口无法直接与ad/da芯片对接，从而需要在有源相控阵雷达设置低功率射频单元，无法通过数字的方式实现对天线各通道的配置，难以实现高度数字化控制，灵活性很差。


技术实现要素：

4.针对现有的问题，本实用新型提供一种基于fpga的超高精度数字测频设备，可以有效的解决背景技术中提出的问题。
5.为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：
6.一种基于fpga的超高精度数字测频设备，其特征在于，包括t/r组件、天线、主控制系统、t/r模拟组件、数字开关、数控移相和衰减模块，所述 t/r组件位于天线和主控制系统之间；
7.所述t/r组件用于发射和接收电磁信号，所述t/r组件包含发射机和接收机，且发射机和接收机用于发射线路及接收线路；所述发射机的发射态时，发射信号经过衰减器和移相器后形成既定的幅度和相位，经过功率放大器放大后由天线福射出去；所述接收机的接收态时，由天线接收到的电磁信号经过低噪声放大器进行放大，之后再经过衰减器和移相器传输至主控系统；
8.所述数控移相和衰减模块包含数控移相器、数控衰减器、驱动放大器以及数字开关，所述数控移相和衰减模块用于微波接收线路的幅度控制、相位控制和驱动放大、发射线路的幅度控制、相位控制和驱动放大以及实现发射态、接收态、负载态的切换；数控移相和衰减模块中包括数控移相器和数控衰减器，所述数控移相器和数控衰减器是实现天线阵列波束指向和波束形状的核心模块；
9.数字开关用于控制收发线路的切换。
10.作为本实用新型再进一步的方案：所述t/r模拟组件采用高度集成化的工艺制作而成，所述t/r模拟组件内部集成了功放、低噪放、移相器、混频器、可控衰减器、控制电路、电源电路小型模块，通过mmic、键合、贴焊、埋层pcb集成技术，将这些小型模块封装在一个
标准尺寸的金属屏蔽盒内。
11.作为本实用新型再进一步的方案：所述t/r组件根据实际功能要求的不同会影响结构产生变化。
12.作为本实用新型再进一步的方案：所述t/r组件内部控制器直接解析来自主控系统的命令，且t/r组件的输出命令直接决定了数控移相和衰减模块处于发射状态、接收状态还是负载状态，且t/r组件内部控制器也决定了移相器的移相度数和衰减器的衰减幅度，实现波束的形成。
13.作为本实用新型再进一步的方案：所述t/r组件内部控制器是作用于实现串并转换的功能的多功能集成的数字逻辑电路结构。
14.作为本实用新型再进一步的方案：所述t/r组件具有一个负载态，当相控阵系统处于待机状态时，组件处于负载态。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该基于fpga的超高精度数字测频设备，通过设置t/r组件用于发射和接收电磁信号，且通过t/r组件包含的发射机和接收机进行发射线路及接收线路，发射机发射态时，发射信号经过衰减器和移相器后形成既定的幅度和相位，经过功率放大器放大后由天线福射出去；而接收机接收态时，由天线接收到的电磁信号经过低噪声放大器进行放大，之后再经过衰减器和移相器传输至主控系统，从而便于将t/r 模拟组件的if端口直接与ad/da芯片进行对接，无需在有源相控阵雷达设置低功率射频单元，达到了便于通过数字的方式实现对天线各通道进行配置的效果，实现了高度数字化控制的目标，极大地提高了灵活性。
附图说明
16.图1为一种基于fpga的超高精度数字测频设备的t/r组件工作原理图；
17.图2为一种基于fpga的超高精度数字测频设备外围连接框图。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
19.如图1-2所示，在本实施例中，结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于fpga的超高精度数字测频设备，包括t/r组件、天线、主控制系统、t/r模拟组件、数字开关、数控移相和衰减模块，t/r组件位于天线和主控制系统之间；
20.t/r组件用于发射和接收电磁信号，t/r组件包含发射机和接收机，且发射机和接收机用于发射线路及接收线路；发射机的发射态时，发射信号经过衰减器和移相器后形成既定的幅度和相位，经过功率放大器放大后由天线福射出去；接收机的接收态时，由天线接收到的电磁信号经过低噪声放大器进行放大，之后再经过衰减器和移相器传输至主控系统；
21.数控移相和衰减模块包含数控移相器、数控衰减器、驱动放大器以及数字开关，数控移相和衰减模块用于微波接收线路的幅度控制、相位控制和驱动放大、发射线路的幅度
控制、相位控制和驱动放大以及实现发射态、接收态、负载态的切换；数控移相和衰减模块中包括数控移相器和数控衰减器，数控移相器和数控衰减器是实现天线阵列波束指向和波束形状的核心模块；加入驱动放大器是为了提高发射信号的功率以增加发射线路的增益；
22.数字开关用于控制收发线路的切换。
23.本实用新型中，t/r模拟组件采用高度集成化的工艺制作而成，t/r模拟组件内部集成了功放、低噪放、移相器、混频器、可控衰减器、控制电路、电源电路小型模块，通过mmic、键合、贴焊、埋层pcb集成技术，将这些小型模块封装在一个标准尺寸的金属屏蔽盒内。与传统的t/r组件相比，t/r 模拟组件最大的特点是内部集成了混频器件，可以实现频率搬移功能。因此， t/r模拟组件的if端口可以直接与ad/da芯片对接，从而去掉了有源相控阵雷达的低功率射频单元，这样，采用t/r模拟组件后，允许雷达设计师通过数字的方式实现对天线各通道更加灵活的配置。
24.本实用新型中，t/r组件根据实际功能要求的不同会影响结构产生变化。本实施中t/r组件测试的对象工作于微波波段，衰减器和移相器为数字信号控制的微波器件。
25.本实用新型中，t/r组件内部控制器直接解析来自主控系统的命令，且t/r组件的输出命令直接决定了数控移相和衰减模块处于发射状态、接收状态还是负载状态，且t/r组件内部控制器也决定了移相器的移相度数和衰减器的衰减幅度，实现波束的形成。
26.本实用新型中，t/r组件内部控制器是作用于实现串并转换的功能的多功能集成的数字逻辑电路结构。
27.本实用新型中，t/r组件具有一个负载态，当相控阵系统处于待机状态时，组件处于负载态。
28.综上所述：通过设置t/r组件用于发射和接收电磁信号，且通过t/r组件包含的发射机和接收机进行发射线路及接收线路，发射机发射态时，发射信号经过衰减器和移相器后形成既定的幅度和相位，经过功率放大器放大后由天线福射出去；而接收机接收态时，由天线接收到的电磁信号经过低噪声放大器进行放大，之后再经过衰减器和移相器传输至主控系统，从而便于将 t/r模拟组件的if端口直接与ad/da芯片进行对接，无需在有源相控阵雷达设置低功率射频单元，达到了便于通过数字的方式实现对天线各通道进行配置的效果，实现了高度数字化控制的目标，极大地提高了灵活性；解决了目前现有的t/r模拟组件的if端口无法直接与ad/da芯片对接，从而需要在有源相控阵雷达设置低功率射频单元，无法通过数字的方式实现对天线各通道的配置，难以实现高度数字化控制，灵活性很差的问题。
29.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
30.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。