[發明專利]一種規模可重構的智能化移相器系統

有效

• 申請號: 201811340266.5
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109361064B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 苗俊剛;胡岸勇;呂文杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01Q3/34
• 分類號: H01Q3/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明公開了一種規模可重構的智能化移相器系統，移相器系統包括移相器板卡、數據集成卡、PCI接口卡、計算機及上位機控制軟件等。本發明通過設計多接口的數據集成卡，借助FPGA芯片的數字邏輯并行執行的特點，實現了移相器系統的通道數可任意擴展，對于克服目前大規模相控陣天線移相系統結構復雜、集成度低的問題具有重要的實踐意義。同時本發明在移相器板卡通道上加入鑒頻模塊，可自動識別輸入信號頻率，并選擇對應的移相控制電壓數據，提高了移相器系統的智能化水平。另外，本發明也可用于陣列天線的特定波束合成測試實驗。

技術領域

本發明涉及相控陣天線和微波技術領域，具體涉及一種規模可重構的智能化移相器系統。

背景技術

在相控陣雷達和微波通信系統中，精確的相位幅度調制技術對于電子系統的綜合性能起著至關重要的作用。作為相控陣天線的核心組件，天線陣的陣元規模、移相器的相移精度等指標會直接影響到相控陣電子掃描系統的性能。特別是對于傳統的陣列天線，其規模可擴展性差，而且準確控制各陣元信號同步進行相位幅度調制技術成本投入是比較大的。因此，設計一種通用性強、通道規模可重構、智能化的寬帶移相器系統是非常必要的。然而，移相器系統涉及了微波移相器芯片設計技術、高速電子掃描控制技術、數字系統集成技術等多方面因素，系統結構復雜，對相移精度、穩定性、集成化都有較高的要求。

與此同時，隨著電子技術的發展，相控陣天線的工作頻段越來越高，帶寬越來越寬。若依然按照傳統的移相控制方法，即首先使用矢量網絡分析儀在移相器的工作電壓范圍內遍歷以采集其移相特性數據，然后將移相控制電壓數據置于計算機存儲器中，待相控陣天線工作時按需求存取相應數據，則必然導致數據的存儲量越來越大，移相效率下降。

為了解決上述問題，提出了一種解決方案，即設計了一種規模可重構的智能化移相器系統，通過高度集成化的FPGA控制移相器模塊、智能化的鑒頻模塊，實現了移相器系統的通道數可擴展、輸入信號頻率自動識別，并且縮減了移相控制電壓數據的存儲量，降低了成本。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是：設計一種新的移相器系統，能夠利用多個8通道移相器板卡組合形成通道數可擴展的移相器系統，同時通過函數擬合的方法縮減計算機硬盤數據存儲量，實現高速同步移相。

為了達到上述發明目的，本發明是采用以下技術方案實現的：一種規模可重構的智能化移相器系統，用于改變輸入輸出信號的相位差，該系統由計算機及上位機控制軟件、PCI接口卡、數據集成卡、移相器板卡等模塊組成。

所述的移相器板卡包括FPGA芯片、4個DAC轉換芯片AD5668、8個移相芯片AD8341及其外圍電路、一分二功分器、鑒頻模塊、串口、同步觸發信號接口、信號輸入輸出接口等。該板卡主要完成移相控制電壓數據的接收、解析、存儲以及移相控制電壓數據與AD8341芯片所需的模擬電壓之間的數模轉換，最后實現對輸入信號的移相。所述FPGA芯片通過串口協議接收數據集成卡發送的移相控制電壓數據和同步觸發信號，在同步觸發信號的作用下通過時序操作以串行SPI形式將移相控制電壓數據輸出至DAC轉換芯片AD5668的數據輸入端，DAC轉換芯片接收移相控制電壓數據以后，將其轉換為模擬電壓后發送至移相芯片AD8341的控制端。此外，移相器板卡還包括一分二功分器和鑒頻模塊。一分二功分器將輸入信號分成兩路，一路進入移相器通道，一路進入鑒頻模塊。移相器板卡上鑒頻模塊發送的頻率信息也需經由該板卡FPGA的串口傳輸至計算機。

所述的數據集成卡由FPGA芯片、數據接口、同步觸發信號接口組成。為了實現移相器系統的通道數可擴展性，同時簡化系統的數據接口復雜度、提高系統可靠性，本發明設計了基于FPGA的數據集成卡模塊，將若干塊移相器板卡對外數據接口統一，并且將PCI接口卡傳輸過來的移相控制電壓數據同時復制若干份，以多路串行傳輸的方式統一發送至移相器板卡，進一步減少了系統的結構復雜度。同時，移相器板卡的移相控制電壓數據接收完畢返回狀態信息、鑒頻模塊獲取的各通道頻率信息均需經過數據集成卡編號、打包發送給上位機。