[發明專利]一種星載大型相控陣天線波束控制裝置

有效

• 申請號: 201510073210.8
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104617390B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 汪永軍;張宏財;宣浩;段玲琳;李化雷;喬志敏;陳之濤
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H01Q3/00
• 分類號: H01Q3/00;H01Q3/30;H01Q1/28
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發明涉及一種星載天線載荷測控技術，尤其涉及的是一種星載大型相控陣天線波束控制裝置。

背景技術

相控陣天線系統廣泛應用于雷達、導航以及電子對抗等工程技術領域。相控陣天線系統的基本原理是對相控陣天線陣列的各個陣元上發射和接收信號的幅度和相位進行控制，使得在空間合成的波束指向特定的方向，或者在某些特定的方向形成零陷。具有波束指向靈活、方向圖可綜合性等優點。

相控陣天線克服了機械方法旋轉天線慣性大、速度慢的缺點，采用計算機控制饋電相位、變化速度快(毫秒級)，控制靈活，可配合大系統完成多種工作模式，合理地將天線輻射的能量在空間最大化利用，提高大系統的工作效能。因相控陣天線的巨大優勢，以及在地面雷達和空中機載平臺的成熟應用，近年來，也逐漸將相控陣天線應用到衛星平臺，并且由較小規模的天線陣元向大規模天線陣列發展。但是由于衛星平臺所處的環境和地面及低空平臺完全不同，特別是面臨空間高能粒子輻射、宇宙射線的影響，電子設備容易產生電離總劑量損傷、各種單粒子效應(如：單粒子翻轉、單粒子瞬態、單粒子閂鎖、單粒子功能中斷)，造成電子設備功能失常，甚至產生永久性的失效。同時空間電子設備還要求低重量、小體積、低熱耗設計。要求生命周期內在軌可靠工作、免維護。因此，地面平臺上用于相控陣天線的波束控制單元已經完全不符合星載環境的使用要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種星載大型相控陣天線波束控制裝置，能夠適應空間高能粒子輻射、避免電子設備表面充放電。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括衛星平臺數管計算機，波束控制計算機，多個波束控制單元、C波段T/R組件、C波段延時放大組件、L波段T/R組件和L波段延時放大組件；所述衛星平臺數管計算機將波束指向數據(β,α)發送給波束控制計算機，所述波束控制計算機根據波束指向方位數據得到波控碼，并將波控碼和工作時序一起發送到各個波束控制單元，所述每個波束控制單元接收到波控碼和工作時序后，對波控碼進行校驗和驗證，將每個T/R組件的波控碼相累加，累加得到的校驗碼與波束控制單元接收到的校驗碼相比較，如果相符，則將對應通道的波控碼和工作時序提取并按照各個組件的數據格式要求重組后，然后轉發至該波束控制單元對應的C波段T/R組件、C波段延時放大組件、L波段T/R組件和L波段延時放大組件，每個T/R組件接收到波控碼后，進行串并轉換，將每個碼值送給被控器件的移相器和衰減器，按照工作時序要求，完成整個天線陣面的波束指向切換。

所述波控碼為：根據波束指向角，計算出天線陣面上每個移相器的移相碼、衰減器的衰減碼、延時放大器的延時碼，并與天線陣面在上電初始化過程中得到的校驗碼相加，消除每個通道的不一致性，最后得到每個移相器的移相碼、衰減器的衰減碼和延時線的延時碼，統稱波控碼。

所述波束控制單元包括反熔絲FPGA芯片、A/D轉換芯片、差分信號輸入輸出驅動模塊、多組保險絲電路和儲能電容；所述差分信號輸入輸出驅動模塊包括差分接收電路和差分發送電路，所述反熔絲FPGA芯片通過差分接收電路從波束控制計算機接收波控碼，A/D轉換芯片將采集的C波段電源和L波段電源及天線陣面不同位置的溫度數據送入反熔絲FPGA芯片，所述反熔絲FPGA芯片進行字頭判別、校驗和檢查，如果都正確無誤，再從接收到的波控碼中提取每個T/R通道的數據，根據C波段組件、L波段組件數據協議要求，在反熔絲FPGA芯片內部完成數據的拼接和重組，最后將每個通道的波控碼按照時鐘節拍串行發送至對應的T/R組件，反熔絲FPGA芯片按照規定的協議將狀態信息通過差分發送電路上傳到波束控制計算機，多組保險絲電路依次串聯在C波段T/R組件的+9V電源上，儲能電容并聯在C波段T/R組件的+9V電源上。

所述波控碼數據在時鐘的下降沿發送，T/R組件在時鐘的上升沿采集串行數據。

所述反熔絲FPGA芯片的原型驗證方法如下：首先對反熔絲器件設計文件編譯生成網表文件，然后將生成的網表文件轉換成基于flash工藝的ProAsic芯片的網表，使得反熔絲芯片和原型適配器flash芯片的時序匹配，同時進行兩種芯片的引腳轉換。完成反熔絲芯片前期的原型驗證后，就可以將真正的反熔絲芯片落焊到電路板上。由于封裝完全一致，波束控制單元無需改版，極大地縮短了開發周期、降低了設計風險。

所述反熔絲FPGA芯片的型號為A54SX72A-CQ208B。