多路电控功分移相一体化网络模块的软硬件设计与研制

【摘要】：近年来,作为电子扫描天线的重要分支——相控阵天线,正向着具有自适应天线波束赋形能力发展——在波束控制计算机的控制下,改变天线单元之间的相位和幅度关系,可获得与要求的天线方向图相对应的天线口径照射函数,快速改变天线波束的指向和天线波束的形状。而实现这一功能的核心基础是一套幅度/相位加权处理的网络。这一加权网络发展之初是采用半导体开关、移相器等构成的。随着天线作用距离增加和电子对抗的需要,功率容量逐渐增大,以半导体为主体的加权网络成为制约功率容量提升的瓶颈。 另一方面,微波旋磁铁氧体材料作为一种特殊功能材料,长期以来有着广泛的应用,特别是利用其旋磁特性制成的微波铁氧体环行器等。而依托铁氧体材料的剩磁特性开发的移相器,因其具有较高的工作频率、功率容量,较快的转换速度以及较低的损耗特性,正成为高频、高功率应用条件下的新宠。 因此,研制一种利用铁氧体功分/移相基本单元构成具有幅/相加权处理功能的部件,作为自适应相控阵天线核心功能实现单元,就能在更高的工作频率、功率条件下解决上述瓶颈。 本文以8路功分/移相网络模块为技术验证载体,从铁氧体移相器以及利用移相器构成的差相移式功分器的基本理论入手,通过对铁氧体移相器/功分器建模仿真,分析不同结构移相器的利弊;通过对驱动电路的精确性、稳定性、补偿性以及抗干扰等方面的分析研究,找到适合铁氧体移相器/功分器的驱动电路设计方案;并通过差异化指标分解,建立集中控制单元,达到幅度组合加权。从而得到了一个具有8路幅/相独立加权,计算机编程控制的多路电控功分移相一体化网络模块。该模块具有快速、灵活的控制方式;优良的微波电气性能;较高的功率容量;以及灵活快捷的维护、升级能力。从而使其可推广应用至X波段及以上频段大功率相控阵天线(PAA)的输出馈线子系统,作为各种电子扫描天线提供灵活多变的微波幅/相调制功能单元。