相控阵雷达多功能射频与微波设计.docx
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1、相控阵雷达多功能射频与微波设计目录1 .前言12 .多功能综合射频23 .开放式系统架构34 .异构集成45 .系统场景架构仿真56 .射频电子应用于相控阵雷达技术66.1.介绍66.2.脉冲压缩雷达处理技术77.结束语111 .前言随着半导体技术、射频与微波技术、计算机技术的发展及相控阵雷达系统面临复杂的工作电磁环境,相控阵雷达射频与微波设计面临新的机遇与挑战。为了适应相控阵雷达系统多功能、高集成、高性能、低成本的发展需求,结合国外发展现状,从多功能综合射频、异构集成、开放式架构及系统场景仿真等方面对射频与微波设计技术进行叙述。多功能综合射频、开放式架构是相控阵雷达系统的发展趋势,异构集成、
2、系统场景仿真是新的设计手段;利用先进的设计理念与设计手段,缩短相控阵雷达多功能综合射频系统的研制周期,减少系统设计风险,降低系统成本。随着战场对抗形势的变化以及新材料、新器件、新工艺技术的发展,各种作战装备、平台面临的威胁日益增多,其工作的电磁环境也逐渐复杂。为提高生存率和突防率,作战装备不得不配备越来越多的电子设备,特别是机动平台,如战机、战舰、导弹等常常需要同时装备雷达、光电、通信和电子战等电子设备。与此同时,各种电子设备的增加消耗了大量的能源,占据了更多的空间,增加了体积、重量和雷达反射截面积,相互干扰严重,降低了武器装备系统的整体作战效能。作为应用于多种平台的重要军事装备,相控阵雷达朝
3、着更多功能、更高集成、更高性能、更低成本的方向发展。多功能综合射频采用异构集成技术,将GaN,InP,SiGe,A1N等复合材料进行微系统高密度集成,设计包含雷达、通信、电子战、导航、识别等功能的综合多功能射频系统,提高了系统性能的同时,减小了体积,降低了系统成本。另外,为了进一步降低系统成本、缩短系统研制周期,多功能综合射频系统的射频/微波电路设计将采用开放式架构,同时系统场景架构仿真设计为精确评估多功能系统性能,降低测试成本,以及仿真复杂电磁环境与近似实战环境下的系统性能提供了解决途径。多功能综合射频、开放式架构是相控阵雷达系统的发展趋势,异构集成、系统场景仿真是新的设计手段。利用先进的设
4、计理念与设计手段,从多功能综合射频、开放式架构、异构集成、系统场景架构仿真几个方面的内容对包含雷达、通信、电子战等多功能综合射频系统的设计进行叙述,供从事射频/微波的设计者参考。2 .多功能综合射频用宽带多功能孔径取代目前平台上为数众多的天线孔径,采用模块化、开放式、可重构的射频传感器系统体系架构,并结合功能控制与资源管理调度算法、软件,同时实现雷达、电子战、通信、导航、识别等多种射频功能,这就是多功能综合射频技术。多功能综合射频技术能够降低雷达反射面积,减小相互干扰,提高武器装备整体作战效能,而且其优势在于可以在有限的空间中实现更多的功能,并有效控制功耗,降低成本,具体体现如下:功能拓展,全
5、面提升整体战技性能;高度重用,可靠性、可维护性高;降低系统功耗、体积、重量;功能动态重构、高度灵活、提升容错性;开放式体系架构,便于后续升级改型,降低维护成本;综合利用数据信息,提升态势感知和对抗能力。美国是最早研究多功能综合射频的国家,如AMRFC(AdVanCedMu1tifunctionRadioFrequencyCOnCePt)是由美国海军研究署(Off1CeOfNava1Research,ONR)资助的项目,主要是为了解决美国海军舰艇顶部天线数量不断增长等问题。AMRFC计划力求为雷达、电子战和通信功能提供一种通用宽带有源阵列天线体系结构,这种天线体系结构能够同时收发多个雷达、电子战
6、和通信的独立波束。为验证这个新概念的可行性,美国海军开发了AMRFC试验台,用以研究系统的一体化并进行试验。20世纪80年代,为了给航空电子系统提出一个统一的模块化、开放式、具有良好容错性并且高度灵活的结构设计规范,“宝石柱”(PaVePi1Iar)计划应运而生,该计划主导者是美国空军莱特实验室。该计划大大提高了作战飞机航空电子系统的一体化。美国F-22战机即是采用该设计规范定义的一体化航空电子系统结构。“宝石柱”计划的设计规范中还使用了系统实时动态重构技术,该技术是一项综合电子系统的关键技术,可以使系统的性能和成本都得到很大的改进,甚至达到最优系统结构。20世纪90年代,美国提出了“宝石台(
7、PaVePace)”计划。该计划是“宝石柱”计划的增强和拓展,与“宝石柱”计划相比,其功能更为完善、性能更为优良、综合程度更高。多功能综合射频通过射频系统集成,共享接收机、发射机和信号处理机等方式,使用尽可能少的多功能模块构建出兼具任务规划的多功能综合系统。多功能综合射频可以分为天线、射频开关矩阵、频率变换、DAC.ADC频率综合器、波形产生、时间基准、数据开关矩阵、处理器等功能模块。其中,天线设计将采用尽可能少的孔径实现雷达、通信及电子战等功能;射频开关矩阵模块实现不同功能射频链路间的切换;频率变换、DAC.ADC模块完成射频链路的变频、滤波及数字化;频率综合器、波形产生、时间基准模块完成系
8、统基准时钟产生、各种功能波形产生及系统时序产生等功能;数据开关矩阵、处理器模块完成不同功能数据处理模块间的切换及各种功能的数字信号处理等功能。每个功能模块可以按照标准化、开放式的架构进行研发与设计,典型的多功能综合射频架构图如图1所示,未来多功能综合射频技术向宽频带、可重构、开放式、多功能方向发展。图1多功能综合射频架构图3 .开放式系统架构开放式系统架构即采用标准化的方法构建子系统或系统装备,对射频/微波技术而言就是采用标准化、模块化的方法构建集成微波组件(IMAs-IntegratedMicrowaveAssemb1ies),满足多个平台使用需求。一个模块化的、定义明确的、可扩展的架构可以
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