有源相控阵射频前端模块硬件设计

发布时间：2021-01-19 12:13

　　有源相控阵系统的独特之处在于它的收发距离远、可靠性高并且波束副瓣低,现在已作为相控阵雷达技术研发中的主要研究方向之一,相控阵的工作原理是对不同天线单元里信号的幅值和相位进行控制,进而达到对整个合成波束发射方向的控制。有源相控阵的主要特点是在天线收发单元后面连接了T/R组件,这可以使相控阵的每一个通道都能独立实现对电磁波的接收和发射,本课题的研究设计主要涵盖有源相控阵射频前端的硬件电路设计和以FPGA为控制器的程序设计。在设计中根据课题指标要求,结合实际安装空间大小将T/R模块设计为四路收发通道模块,具备发射功率放大、接收滤波放大、通道校准、模拟移相衰减、设备自检等功能,使用FPGA达到对有源相控阵的程序控制,完成与前端主机的通信并根据通信指令解析出相控信息再调用事先内置的移相码实现对波束方位的准确控制。以往的有源相控阵射频前端的通道幅相一致性通常靠人工测试补偿,效果不太理想,本课题在相控阵前端的设计中增加校准模块,通过自动监测和上位机控制的方式实时检查各通道相位差,预期达到对波束相位、幅度、频率的精确调控,提高了设备可靠性。本文首先对相控阵技术的特性以及发展趋势进行了描述,然后分析了研... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 理论意义与工程应用价值
    1.2 研究现状
        1.2.1 国外研究和发展现状
        1.2.2 国内研究和发展现状
    1.3 主要研究内容及设计指标
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 设计指标
    1.4 论文的组织结构
第二章 系统组成和工作原理
    2.1 有源相控阵技术综述
    2.2 相控阵天线扫描原理
    2.3 提高相控阵收发正确率的方法
        2.3.1 保持相位一致性
        2.3.2 抑制副瓣信号
    2.4 系统工作流程
        2.4.1 接收流程
        2.4.2 发射流程
        2.4.3 自检流程
        2.4.4 校准流程
    2.5 本章小结
第三章 相控阵前端硬件设计
    3.1 前端设计方案
        3.1.1 波束形成网络
        3.1.2 相控阵天线数量选择
    3.2 相控阵前端组件电路设计
        3.2.1 TR收发电路设计
        3.2.2 和差激励和功分网络电路设计
        3.2.3 校准电路设计
        3.2.4 副瓣抑制通道电路设计
    3.3 控制模块电路设计
        3.3.1 FPGA控制单元
        3.3.2 监控单元
    3.4 本章小结
第四章 控制程序设计与实现
    4.1 功能需求分析
        4.1.1 设计步骤
        4.1.2 实现功能
        4.1.3 工作流程
    4.2 控制程序结构
        4.2.1 信号格式
        4.2.2 信号传递方式
        4.2.3 校验方式
    4.3 收发控制
    4.4 校准实现
    4.5 检测功能
        4.5.1 检波测量
        4.5.2 温度检测
    4.6 本章小结
第五章 系统测试
    5.1 系统测试分析
    5.2 测试方法与结果
        5.2.1 接收通道增益
        5.2.2 移相步进
        5.2.3 通道相位一致性
        5.2.4 发射峰值功率
        5.2.5 接收译码灵敏度及动态范围
        5.2.6 天线方位面的方向图
    5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]论述毫米波有源相控阵天线技术[J]. 吕东哲.  中外企业家. 2020(06)
[2]机载有源相控阵雷达关键性能指标测试方法[J]. 于鑫,王霞,刘博.  电子质量. 2019(12)
[3]基于冗余编码系统的循环冗余校验方法[J]. 夏伟,蒋建金,傅林泰,张磊.  城市轨道交通研究. 2019(08)
[4]有源相控阵天线监测与校准研究[J]. 罗琦.  电子世界. 2017(04)
[5]基于DSP+FPGA的星载GNSS-R相控阵天线波束控制系统[J]. 张德平,沈全成,汪庆武,郭世杰.  电脑知识与技术. 2016(16)
[6]相控阵雷达研究现状与发展趋势[J]. 邵春生.  现代雷达. 2016(06)
[7]基于DSP的高速相控阵波束控制器设计[J]. 吕大鑫,冯彩霞,徐晓瑶.  舰船电子对抗. 2014(05)
[8]毫米波有源相控阵射频前端集成制造技术[J]. 谢义水.  机电产品开发与创新. 2013(06)
[9]微波集成电路的发展趋势[J]. 徐锐敏,陈志凯,赵伟.  微波学报. 2013(Z1)
[10]幅相校准在机载有源相控阵雷达中的应用[J]. 陈翱.  现代雷达. 2012(05)

博士论文
[1]应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计[D]. 杨小峰.西安电子科技大学 2014
[2]相控阵天线快速测量与校准技术研究[D]. 尚军平.西安电子科技大学 2010

硕士论文
[1]Ka波段T/R组件关键技术研究[D]. 方杨佳.电子科技大学 2019
[2]X波段相控阵雷达T/R组件的设计与研究[D]. 高黎文.电子科技大学 2018
[3]有源相控阵天线波控系统设计[D]. 尚仁超.南京理工大学 2015
[4]L波段接收组件小型化设计[D]. 熊锦康.南京理工大学 2010



本文编号：2986967