图 1 模拟器微波系统原理框图

在接收雷达发射信号时，将接收前端收到的信号分为X 、 Ku和Ka 3个波段的射频信号，经统一下变频到 6~18 GHz。输出信号功分两路，一路输出至瞬时测频模块，瞬测的输出经信号分选之后，输出频综控制信号 C1 ， 进而频率引导，并同时产生本振信号L1；另一路信号经本振 L2，得到 0.2~2.2 GHz 的中频信号。中频信号再经过 2路功分，分别输入至目标模拟信号源、欺骗/压制干扰源进行数字调制处理。此外，瞬测接收机输出射频脉冲的检波信号输出到模拟源，用于产生同步信号。通过上述工作流程描述，模拟器系统可以实现将大于 4 GHz的捷变频带宽引导到2 GHz的中频带宽内进行数字信号处理。

1.2 瞬时测频工作原理

瞬时测频接收机以宽开的模式，接收并测量每个雷达信号的载频、脉宽幅度、到达时间等信息。

实现瞬时测频有多种技术途径，但只要能瞬时（单脉冲）给出输入射频（RF）信号的频率代码，均可称为瞬时测频。文中的多通道延迟线鉴频体制的瞬时测频技术建立在相位干涉原理之上，所采用的自相关技术是波的干涉原理的一种具体应用 。

实现瞬时测频的核心部件是微波鉴相器，它由功分器 1、延迟线、功分器 2、3个 3 dB 90°电桥、4个平方律检波器以及 2个差分输入、差分输出的视频放大器组成。其中，功分器 2及 3个 3 dB 90°电桥组成的部件称为相关器。微波鉴相器电原理如图2所示。

图 2 微波鉴频器原理框图

功分器将输入 RF 信号分成两路：一路不经延迟线直接送入相关器；另一路则通过一段延迟时间为 τ 的射频同轴电缆后再送入相关器。两路信号由于延时线的存在而形成了 θ = 2πfτ 的相位差。这个相位差由鉴相器检出，在差分视放的输出端分别给出以下信号：

式中：U s 、 U c 分别是相位 θ 的正余弦函数；θ 取决于频率和延迟时间 τ 。由于 τ 是确定的，因此，只要对U s 、 U c 进行幅度量化，即可对 θ 实现编码，从而也就可得到频率 f 的数字代码。

由于 U s 、 U c 是 θ 的正余弦函数，因此，它是以 2π为周期的，则有

即

由此可见，延迟线长度确定以后，测频范围即不模糊带宽也确定了。

采用单个鉴相器的瞬时测频分辨率有限，量化最多可达 6 bit，平均测频分辨率为。且因 U s 、U c 为 θ 的正、余弦函数，故当输入信号引起 θ 以 2π 为周期的变化时，鉴相输出就产生周期变化，即出现了测频模糊。为保证一定的测频精度，对延迟线和相关器的相位精度及系统的信噪比的要求也很高。

为克服这些缺点，可采用多通道方案，由最长的延迟线通道来决定频率分辨率和精度，用最短延迟线通道来决定瞬时频率覆盖范围，根据通道之间的延迟线长度的比例关系来解决测频模糊问题。

6~18 GHz 频段我们采用 5 通道混合延迟线长度比的测频方案，5 个通道的延迟线长度分别为 τ 、2τ 、 8τ 、 32τ 、 128τ 。最粗测频通道（对应延迟线长度τ ）量化 1 bit二进制码，其次 3个通道（对应延迟线长度分别为 2τ 、 8τ 、 32τ ）各量化 2 bit二进制码，精测频通道（对应延迟线长度 128 τ ）量化 6 bit，给出 13 bit二进制频率代码。频率计算公式为：RF=起点+频率码×1.5 MHz。

瞬时测频接收机主要包括限幅放大器、功分器组件、延迟线、相关器、检波器、视放及量化编码电路。5通道混合延迟线长度比的测频方案系统框图如图 3所示。

图 3 延迟线长度比瞬时测频系统框图

视放及移相量化电路完成将雷达载波信号经微波鉴频器输出的 4 路信号：1+sin θ、1−sin θ、1+cos θ、1−cos θ，由视频差分运算放大器进行差分放大，使之变成完全正交的 sin θ、−sin θ、cos θ、−cos θ4路信号。通过调整增益电位器，使 4路输出信号幅度归一化。

量化编码电路将差分视放电路输出的 4路正交信号通过电阻环网络进行量化，根据编码要求输出一组移相信号，再通过高速比较器进行模数转换。由于编码要求最终输出 13 bit二进制码有 5 路微波通道，因此，视放及移相量化电路也由 5 个通道组成，电阻环专门定制，数值精度较高，因此，移相误差100 ns，若无 ACK 信号，则 D-RDY在 0.1 ms后自动复位。

图 10 内读模式时序图

3.1.3 调频模式时序

图 11 所示为调频模式时序图。图 11 中，t p >4μs；t C ≤500 ns；t H >250 ns。

图 11 调频模式时序图

3.1.4 连续波模式时序

图12所示为连续波模式时序图。图12中，t c1 =1ms，若无ACK信号，则D-RDY在0.1 ms后自动复位。

图 12 连续波模式时序图

3.2 瞬时测频模块结构设计

瞬时测频模块分为 3 个子模块，分别是变频部分、开关滤波器组和测频接收机，子模块间采用半刚成型电缆连接。盒体采用标准 CPCI 结构形式，占 用 一 个 槽 位 ，尺 寸 为 233.35 mm×160 mm×48mm。瞬时测频模块结构图如 13图所示。测频接收机实物如图 14所示。

图 13 瞬时测频模块结构图

图 14 测频接收机实物图

4 瞬时测频模块的性能实测

4.1 瞬时测频接收机性能测试

通过实测，得到瞬时测频接收机的实测结果，包括常温、低温和高温，以及不同输入功率条件下的测频精度，结果见表 1。

表 1 测频精度汇总（R.M.S）

4.2 数字信道化精测频性能测试

利用宽带数字储频模块、任意波形发生器、示波器和频谱仪等，对数字信道化接收机模块进行性能测试。

主机通过 JTAG 加载处理程序到处理板 FPGA中，通过 Signaltap 将处理结果读出显示，根据输入结果和输入信号对处理软件的相应参数进行调整。设计指标和实际完成指标的对应关系见表 2。

表 2 设计要求与实际完成指标

5 结束语

在电子侦测和宽带雷达目标信号模拟等实际应用中，瞬时测频技术特别是宽频带瞬时精确测频技术是所需研究的关键技术之一。本文利用瞬时测频引导和实时宽带数字信道化精测频等技术，在保证测频带宽覆盖整个 X、Ku、Ka的前提下，确保了测频的精度和实时性，能够满足宽带相控阵雷达目标回波模拟器的半实物仿真要求。基于现有研究成果，将微波光子技术应用于超宽带瞬时测频模块的工程研制将是后续的研究重点。（参考文献略）

作者：李小琳，庞旭东，舒汀，徐巍，张文俊 返回搜狐，查看更多