射频采样实现雷达TR组件通道校正

射频采样实现雷达TR组件通道校正

陈钟,李俊杰

（武汉滨湖电子有限责任公司 湖北 武汉 430205）

摘要：通道校正是对雷达各TR通道的特性进行补偿，使其差异性减小到可接受范围的必要措施，校正后可提高雷达的波束赋形增益，改善雷达系统性能。射频采样电路功耗低、模拟器件少、尺寸小、采样带宽高。将射频采样集成在TR组件中，可直接完成各通道校正，减少TR组件内部下变频模拟电路设计。

关键词：通道校正；波束赋形；射频采样

0 引言

随着超大规模数字集成电路技术的迅猛发展，射频采样芯片设计与制造工艺愈发先进，体积越来越小，采样频率越来越高，采样带宽越来越大。伴随射频采样芯片技术提升的同时，其应用范围变得更加广泛，前景也更加广阔。特别在雷达ADC模块设计中，射频采样已成为不可或缺的技术，本文介绍一种基于AD9680射频采样实现TR组件通道校正的方法。

1 通道校正的必要性

由于雷达每个TR组件中都有多组发射和接收通道，且每个通道都包含高功放、混频等模拟器件，组件各个通道不可避免的存在特性上的差异，初始化时通道的幅度响应和相位响应不可能一致，对雷达的发射波束合成、接收波束合成都有较大影响。因此必须对其响应特性进行校正，通过TR组件内部的移相器和衰减器，解决各个通道的失配和不一致性。

2 射频采样技术优势

（1）射频采样链路中模拟器件数量少[1]，架构较传统的方案更简单，板卡设计更加小型化[3]；

（2）射频采样链路中去掉了射频端到中频端的混频器和滤波器的电路设计，而且没有半中频干扰、镜频干扰等杂散；

（3）射频采样支持较大的信号带宽，ADC可工作在更高的采样频率，提高了雷达的抗干扰性能；

（4）在射频接收机前端对回波信号进行数字化，后续即可使用数字信号处理芯片或计算机软件进行数据处理，简化信号处理流程，符合软件化雷达的要求。

3 通道校正系统组成

射频采样芯片采用AD9680是ADI公司提供的一款采样速率达1 Gbps的14位双通道模数转换器(ADC)，该器件可采样高达2 GHz模拟输入信号，具有功耗低、尺寸小和易使用的特点[2]。FPGA为XILINX公司XC7K325T-2FFG900I。该芯片的普通IO口通过SPI模式去配置AD9680。该芯片具有16个高速串行编码器，通过JESD204B协议[3]接收AD9680的高速采样数据。TR组件通道校正框架图如下：

图1 通道校正框架图

4 幅相码求取原理

在AD板内部由FPGA通过SPI线控制AD9680的正常工作。当AD采样率为时，FPGA正常接收AD采样I/Q数据后，由FPGA对I/Q数据实现数字正交（即DDC）[4]。数字正交原理如图所示：

图2 数字正交原理框图

NCO为相干振荡器[5]，根据需混频频率，可输出正/余弦两路正交数字信号与，其中。将AD采样后数据，与NCO产生的混频信号进行复数乘法，混频后得到将/滤波抽取后得到一组直流信号分量/。

当需要校正时，由FPGA内部的时序控制单元产生校正时序，依次打开TR组件的各个通道，同时AD模块对接收到的数据进行AD采样。通过FPGA对采样值进行数字正交得到各个通道的I/Q值。在FPGA内对单个通道分别求取幅度值和相位值，幅度值AMP=,相位值sinθ=Q/，则移相量θ=(Q/)。假设TR组件幅度衰减器位数为m，最大衰减幅度为A，相位移相器位数为n，最大移相为360度，则幅度衰减码ampcode=AMP×，相位移相码phcode=θ×。通过公式依次计算出TR组件各个通道的幅度衰减码和相位移相码，存储在FPGA内部，退出校正时序,完成TR组件的通道校正。在雷达正常工作状态时，根据需要调用TR组件对应通道的幅度衰减码和相位移相码，使雷达发射波束合成与接收波束合成达到最优状态。

4 结束语

随着电子技术的发展，雷达已由传统的抛物面雷达转型为相控阵雷达，且已成为世界雷达发展的主流。在相控阵雷达中TR组件的通道数成几何倍增长，随之而来的是大量的通道校正计算。本文给出了一种射频采样实现TR组件通道校正的方法，该方法优点是硬件体积小，功能强，可将校正板卡集成在TR组件内部，对多通道进行实时校正计算，同时射频采样还可以省去TR组件内部模拟下变频电路，节约硬件成本。该方法还可在雷达正常工作状态下，将回波数据直接数字化传输给信号处理终端，降低引入外部干扰的可能性，增强雷达抗干扰性能。

参考文献

[1]许士杰. 基于射频采样的多通道数据采集设计与实现[D]. 陕西:西安电子科技大学,2015.

[2]ANALOG DEVICES.AD9680_cn[EB].http://www.analog.com,2022-9-22.

[3]XILINX.JESD204v6.0[EB].http://www.xilinx.com,2022-8-5.

[4]胡跃,张正鸿.基于FPGA的数字正交混频变换算法的实现[J]. 国外电子测量技术,2007,26(5):9-11,14. 

[5]朱灿. 高灵敏度卫星导航接收机同步技术的研究[D]. 江苏:东南大学,2017.