一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源的制作方法

1.本发明涉及频率领域，特别是一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源。


背景技术：

2.当前，相控阵雷达、mimo通信以及深空通信领域中应用的相干干涉接收机等射频系统，均采用多路射频收发机(tr组件)共同工作，通过调整各路tr组件的幅度和相位，实现天线波束指向的精确调控。tr组件的幅相一致性和稳定性对于依赖于幅度和相位进行测向和定位的多通道射频系统是至关重要的，如果各个tr单元的幅相一致性不均或稳定性较差，那么会导致系统多通道合成的效果变差，具体表现为波束指向偏移、增益降低、出现大幅度旁瓣、发射机的有效辐射功率降低、接收机的灵敏度降低等现象，整个系统的性能会大打折扣。
3.tr组件的幅相一致性可通过出厂校准获得幅相的误差数据，使用时扣除误差数据，即可得到幅相一致的多通道tr组件。但这种方法对于改善系统使用中因环境因素和老化而产生的幅相误差是无能为力的。为了改善和消除使用中所产生的动态幅相误差，一个主流方法是对tr组件进行在线校准，即将校准信号源(初始幅相已知)注入tr组件，由tr组件后端检测电路计算各通道的幅相，扣除校准信号源的初始幅相，从而得到当前各个tr的在线幅相误差数据。进一步的，还可将校准信号源与多通道tr组件系统集成在一起，tr组件的在线校准也可通过微控制器和软件制成标准流程，从而使tr的校准形成在线、自动化、实时的标准操作，在任何时间，只要有校准需求，即可方便的实现快速、精确的校准。
4.校准信号源是在线实时校准tr组件的核心设备。常规的校准源采用锁相环实现，但锁相环每个时刻只能输出一个频率点，对于宽带射频系统的校准来说，需要用锁相环逐一锁定带内各个频点，由于锁相环频率锁定需要一定时间，多频点的逐一锁定耗时较长，使得系统的校准较慢。为了加快频率锁定的速度，一种方法是采用直接数字合成(dds)。dds具有捷变频的优点，频率锁定时间为纳秒量级，满足系统快速校准的要求。但dds输出频率较低，输出带宽较窄。将dds的输出信号倍频可以扩展频带宽度，与锁相环混频可实现频率提升，从而实现高频段的扫频频率源。但这样的频率源电路复杂，器件多，占用电路面积大，可靠性差。产生宽带扫频源的第三种方式是采用梳状谱发射器，利用阶跃恢复二极管(srd)倍频器实现宽带的梳状谱输出，再与锁相环混频实现频率提升。但srd倍频器的输出频谱包络具有天然的衰减曲线，低频功率较高，而高频功率较低，高次谱线的功率比低次谱线的功率低20db以上，这对于tr组件的幅相校准准确度是不利的。
5.目前，多通道接收机设计中，校准源已成为标准化模块。例如，某电子新技术有限公司的点频校正源ss04，实现了0.1～3600mhz的输出频率覆盖，调谐分辨率为1khz。某研究所研发了步进为500khz的梳状谱发射器，并利用混频器实现了宽带调谐的梳状频谱校正源。另外某公司开发的sg9302能够实现100mhz～12ghz的宽带覆盖，频谱间隔为100mhz。另外还有某公司生产的梳状信号发生器(cge01),覆盖频率范围50mhz～18ghz、步长为50mhz或80mhz。
6.目前，频率源具有如下不足：
7.锁相环的锁定时间为毫秒量级，对大带宽tr组件进行幅相校准，需要锁相环分时锁定至多个离散频率点，达到覆盖宽频段的能力，但这个过程耗时较长，不利于系统的快速校准。


技术实现要素：

8.本发明针对目前频率源的上述不足，提供一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源。
9.本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，包括晶体振动器；还包括锁相环、梳状谱发生器、带均衡功能的低通滤波器、混频器、带均衡功能的带通滤波器；
10.所述的晶体振动器的输出分成两路信号；
11.第一路经锁相环后输入到混频器的一个输入中；
12.第二路经过梳状谱发生器后，进入到带均衡功能的低通滤波器滤波后输入到混频器的另一个输入中；
13.混频器进行混频后通过带均衡功能的带通滤波器输出。
14.进一步的，上述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源中：所述的梳状谱发生器包括依次连接的馈电电路、匹配电路和srd二极管驱动电路；
15.所述的馈电电路包括电感rfc、电容c1，工作电源经电感rfc串联电容c1，基波从电感rfc和电容c1之间注入；
16.所述的匹配电路包括电感l1和电容c2；从馈电电路馈入的射频信号通过电感l1串联电容c2，匹配输出从电感l1和电容c2相连处输出；
17.所述的srd二极管驱动电路(123)包括电感l和阶跃恢复二极管；匹配电路的输出经电感l后接阶跃恢复二极管的阳极；
18.电容c1、电容c2的另一端与阶跃恢复二极管相连。
19.进一步的，上述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源中：所述的带均衡功能的低通滤波器由电容开关阵列和lc低通滤波器组成；所述的电子开关阵列由场效应管实现，数字信号控制电子开关的导通与否。
20.进一步的，上述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源中：所述的带有均衡功能的带通滤波器主体为腔体滤波器，每个谐振器通过弱耦合耦合电容将信号引出，接入微带谐振器。
21.进一步的，上述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源中：所述的腔体滤波器的频段为15.6～17.6ghz。
22.进一步的，上述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源中：所述的微带谐振器的谐振频率设置在15～16ghz之间，每个微带谐振器末端接吸收电阻。
23.本发明采用阶跃恢复二极管(srd)倍频器实现宽带的梳状谱，再与锁相环混频实现高频段的扫频频率源。由于锁相环作为本振，工作在固定频点，因此可不计锁相环的锁定时间，另外梳状谱发生器一次性输出全部频谱，也不存在扫频时间，因此可实现快速tr组件校准。本发明电路简单，只包含锁相环电路和梳状谱发射器电路两部分，使用器件少，电路
占用面积小，对于电路的小型化和可靠性提升较为有利。
24.梳状谱发生器具有天然的衰减包络曲线，功率谱幅度随着频率升高逐渐降低。为了提高梳状谱的功率平坦度，本发明在低频段插入带有均衡功能的低通滤波器，并在高频段插入带有均衡功能的带通滤波器，在滤波的同时，对梳状谱的功率大小进行反向调整，将功率较高的频谱加以适当的衰减，功率较低的谱线仅施加较小的衰减，从而拉平梳状谱的包络，使得梳状谱在各个频率的输出功率保持平坦。
25.为了增加电路调控的灵活度，在低通滤波器插入了电可调配置，利用数控的电子开关实现电容阵列的选择和加载，从而使均衡低通滤波器能够实现多种不同的均衡器幅频曲线。
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。
附图说明
27.附图1为宽带雷达收发组件的自校准电路示意图；
28.附图2为本发明实施例1用于宽带雷达校准的梳状谱频率源结构框图；
29.附图3a为本发明实施例1梳状谱生成器电路；
30.附图3b为本发明实施例1梳状谱生成器电路输出频谱；
31.附图4a为本发明实施例1均衡低通滤波器电路；
32.附图4b为本发明实施例1均衡低通滤波器电路幅频响应曲线；
33.附图5为本发明实施例1均衡带通滤波器电路；
34.附图6为本发明实施例1均衡带通滤波器的幅频响应曲线；
35.附图7为本发明实施例1ku波段梳状谱频率源的频谱。
具体实施方式
36.本实施例是宽带扫频源，用于给多通道射频收发机提供校准信号源，从而消除各个tr单元3的幅相差异。如图1所示，宽带扫频源校准多通道射频收发机的原理框图如图1所示，首先将校准源5利用功率分配器4等幅等相功分，通过定向耦合器2注入接收机电路天线1，由射频收发机后端检测电路获取各个通道的幅相响应，由于各路校准信号的幅相已知，从检测结果中扣除之后便获得各个tr单元的幅相误差数据，从而达到多通道校准的目的。
37.这种校准是可以实时进行的，不仅能够消除tr组件因工艺和材料不一致带来的静态幅相误差，还可以消除各个tr单元因温湿度、振动以及老化等因素带来的动态幅相误差。
38.本实施例的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源采用阶跃恢复二极管(srd)倍频器实现宽带的梳状谱，再与锁相环11混频实现高频段的扫频频率源，电路框图如图2所示。梳状谱发生器一次性产生宽带频谱覆盖，不需考虑扫频时间，因此可实现快速tr组件校准。锁相环输出固定频率15.5ghz。
39.用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，包括晶体振动器10、锁相环11、梳状谱发生器12、带均衡功能的低通滤波器13、混频器14、带均衡功能的带通滤波器15。
40.梳状谱发生器12的电路如图3a所示，由馈电电路121、匹配电路122和阶跃恢复二极管电路123组成。梳状谱发生器12具有天然的衰减包络曲线，功率谱幅度随着频率升高逐渐降低，频谱平坦度较差，高频频谱功率较低会导致tr组件的幅相校准准确度变差。为了提
高梳状谱的功率平坦度，本实施例在梳状谱发生器12的输出端插入带有均衡功能的低通滤波器13，提高低频段的功率平坦度。梳状谱经本振上变频也就是混频器14混频后，再经过带有均衡功能的带通滤波器15，在滤波的同时，对梳状谱的功率大小进行二次均衡调整，从而拉平梳状谱的包络，使得梳状谱在各个频率的输出功率保持平坦。为了增加电路调控的灵活度，在带有均衡功能的低通滤波器13插入了电可调配置，利用数控的电子开关实现电容阵列的选择和加载，从而使均衡低通滤波器能够实现多种不同的均衡器幅频曲线如图3b所示。
41.本实施例中，采用的晶体振荡器频率为100mhz，经过的梳状谱发生器，产生基波为100mhz，间隔为100mhz的梳状谱输出，低通滤波器为dc～2100mhz，因此梳状谱发生器输出100～2100mhz的梳状谱信号。该信号与锁相环的15.5ghz混频后生成15.6g～17.6ghz的高频梳状谱。
42.均衡低通滤波器的电路如图4a所示，由电子开关控制的电容阵列131和低通滤波器132构成。电子开关控制的电容阵列131中电子开关由场效应管实现，数字信号控制电子开关的导通与否，开关导通，则该路电容cn加入电路，c
bk
为隔直流电容，对高频信号无影响。加入电路的电容越多，电容容量越大，低频信号的传输损耗越小；反之加入电路的电容越小，低频信号的传输损耗越大，配合低通滤波器，从而形成图4b右所示的均衡幅频曲线。左低右高的均衡曲线恰好可以补偿梳状谱发生器左高右低的频谱包络，从而改善梳状谱的功率平坦度。
43.带有均衡功能的带通滤波器结构如图5所示，主体为腔体滤波器151，每个谐振器通过弱耦合(耦合电容152)将信号引出，接入微带谐振器153。腔体滤波器151的频段为15.6～17.6ghz。本实施例中的四个微带谐振器的谐振频率设置在15～16ghz之间，每个谐振器末端接吸收电阻154，从而能够在腔体滤波器的频率低端形成较大的衰减，而在滤波器频率高端维持低衰减，从而形成如图6所示的滤波波形。
44.经过低频均衡和高频均衡的拉平，ku波段梳状谱频率源的频谱如图7所示。
45.本实施例采用锁相环和梳状谱发射器相混频，实现了ku波段的梳状谱发生器，用于给ku波段宽带多通道tr组件提供幅相校准频率源。为了提高频率源梳状谱的功率平坦度，本实施例在低频段插入带有均衡功能的低通滤波器13，并在高频段插入带有均衡功能的带通滤波器15，滤波器一方面用于滤除杂波，保留所需的频率谱线，另一方面，滤波器的均衡功能用于实现预失真曲线，将功率较高的频谱加以适当的衰减，功率较低的谱线以较小的衰减通过，从而使梳状谱在各个频率的输出功率保持平坦。其中，均衡低通滤波器采用电可调配置，利用电子开关实现电容阵列的选择和加载，可形成多种幅频响应曲线，从而为电路的自动化调整增加了自由度。
46.本实施例实现一种ku波段梳状谱频率源，由锁相环、梳状谱发生器以及均衡滤波器等组成。其中梳状谱发生器生成频带100～2100mhz、谱线间隔为100mhz的梳状谱，与锁相环产生的高频本地振荡混频，生成覆盖15.6～17.6ghz的梳状谱频率源。由于梳状谱发生器的频谱包络为衰减曲线，为了提高功率平坦度，本发明在链路中引入带有均衡功能的低通滤波器和带通滤波器，用于将梳状谱各谱线功率拉平，从而实现ku波段具有平坦功率的梳状谱频率源。
47.本实施例能够作为校准频率源，为多通道雷达(或通信)收发机提供实时地幅相校
准，从而消除射频收发机各个通道间的幅相误差。本发明属于射频电路领域。

技术特征：
1.一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，包括晶体振动器(10)；其特征在于：还包括锁相环(11)、梳状谱发生器(12)、带均衡功能的低通滤波器(13)、混频器(14)、带均衡功能的带通滤波器(15)；所述的晶体振动器(10)的输出分成两路信号；第一路经锁相环(11)后输入到混频器(14)的一个输入中；第二路经过梳状谱发生器后，进入到带均衡功能的低通滤波器(13)滤波后输入到混频器(14)的另一个输入中；混频器(14)进行混频后通过带均衡功能的带通滤波器(15)输出。2.根据权利要求1所述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，其特征在于：所述的梳状谱发生器(12)包括依次连接的馈电电路(121)、匹配电路(122)和srd二极管驱动电路(123)；所述的馈电电路(121)包括电感rfc、电容c1，工作电源经电感rfc串联电容c1，基波从电感rfc和电容c1之间注入；所述的匹配电路(122)包括电感l1和电容c2；从馈电电路(121)馈入的射频信号通过电感l1串联电容c2，匹配输出从电感l1和电容c2相连处输出；所述的srd二极管驱动电路(123)包括电感l和阶跃恢复二极管(srd)；匹配电路(122)的输出经电感l后接阶跃恢复二极管(srd)的阳极；电容c1、电容c2的另一端与阶跃恢复二极管(srd)相连。3.根据权利要求1所述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，其特征在于：所述的带均衡功能的低通滤波器(13)由电容开关阵列(131)和lc低通滤波器(132)组成；所述的电子开关阵列(131)由场效应管实现，数字信号控制电子开关的导通与否。4.根据权利要求1所述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，其特征在于：所述的带有均衡功能的带通滤波器(15)主体为腔体滤波器(151)，每个谐振器通过弱耦合耦合电容(152)将信号引出，接入微带谐振器(153)。5.根据权利要求4所述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，其特征在于：所述的腔体滤波器(151)的频段为15.6～17.6ghz。6.根据权利要求4所述的用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，其特征在于：所述的微带谐振器(153)的谐振频率设置在15～16ghz之间，每个微带谐振器(153)末端接吸收电阻(154)。

技术总结
本发明是一种用于宽带雷达校准的梳状谱频率源，包括晶体振动器；还包括锁相环、梳状谱发生器、带均衡功能的低通滤波器、混频器、带均衡功能的带通滤波器；所述的晶体振动器的输出分成两路信号；第一路经锁相环后输入到混频器的一个输入中；第二路经过梳状谱发生器后，进入到带均衡功能的低通滤波器滤波后输入到混频器的另一个输入中；混频器进行混频后通过带均衡功能的带通滤波器输出。本发明采用阶跃恢复二极管(SRD)倍频器实现宽带的梳状谱，再与锁相环混频实现高频段的扫频频率源。锁相环混频实现高频段的扫频频率源。锁相环混频实现高频段的扫频频率源。


技术研发人员：卜景鹏 官国阳 王鑫涛 严方勇
受保护的技术使用者：广东圣大电子有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/21