专利名称：一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路。
背景技术：
雷达散射截面是定量表征目标对雷达照射波散射强弱的物理量。随着电子战的迅猛发展，隐身武器的大规模使用成为现代战争的一个显著特征。隐身技术能有效减小雷达发现目标的距离，成为增强突击能力或保护自身的重要手段。目标的隐身性能主要取决于其RCS(Radar Cross-Section，雷达散射截面)的大�。蚨愿髦址椒ㄋ跫趵状锷⑸浣孛妫统晌芯恳砑际醯闹饕勘�。随着隐身技术的发展，各种隐身装备的RCS特性也成数量级下降，这就为贯穿装备研制、生产和试验过程中的RCS测试技术提出了新的挑战，要求RCS测试系统具有更小的RCS测试能力、更高的测量精度和准确度。对于低散射RCS测试系统来说，场地环境中各种反射干扰的影响是造成RCS测试误差的一项重要因素。图1所示为典型紧缩场测试环境下接收到的各主要回波的时域分布情况，包括收发泄漏信号15、反射面回波信号16、馈源回波信号17、目标回波信号18和后墙反射信号19。通过图1可以看到，对于小RCS值目标来说，场地中的强反射将比目标回波信号要大得多。为了准确接收目标回波信号，就需要采取各种措施抑制强干扰的影响，传统的处理方法主要包括软件时域门技术和中频硬件时域门技术。软件时域门技术是一种能够有效去除在距离上能够分开的一些干扰信号的有效办法，其原理是系统进行扫频连续波测试，通过获取一定频带宽度下频域回波信号的幅度和相位数据，再进行逆傅立叶变换可以得到接收回波信号的时域曲线。对于软件时域加门，实际上就是在时域上对数据乘上一个窗函数，将时域上我们希望得到数据之外的其它数据进行截断，只保留软件门内部的数据。对于软件时域门技术，其时域分辨率仅同系统扫频带宽成反比，因此可以通过增加扫频带宽来提高时域分辨率，具有较好的时域分辨效果，可用于去除距离目标较近的各种干扰信号。如图2所示，中频时域门技术是系统发射出脉冲调制信号，该信号经目标反射后到达接收机，接收机将回波信号经过放大器201射频门时域放大、再通过混频器202与本振信号203混频后得到中频信号，通过在中频信号上增加门控开关204，控制接收机中频信号的通断时刻来实现只让有用中频信号通过而抑制干扰信号，进而达到在时域上滤除干扰信号的目的。由于中频门控开关的开关比特性较好，因此对于时域上距离目标较远的各种干扰能够达到较好的时域硬件滤波效果。对于软件时域门，采用的是数学运算的方法实现时域数据的人为截�。梅椒ㄋ淙痪哂薪虾玫氖庇蚍直媛剩庵纸鐾ü砑洗淼慕囟闲вΡ厝换嵋鹞蟛睿硐衷谄涤蚓褪羌妓�(Gibbs)效应，该效应引起通带和阻带内的波动，对应于窗函数就是在通带内具有一定纹波，同时阻带内的衰减特性也是有限的。特别是当干扰信号远大于目标回波信号时，去除效果并不理想，将对结果造成较大误差。
对于中频硬件时域门，由于门控开关放置在中频路径上，而中频频率较低，因此中频带宽有限，这就导致门宽度无法设置的足够窄、时域分辨率较差等缺点。该缺点导致同目标回波距离较近的各种干扰信号无法有效去除，技术的实用性不强。
发明内容
本发明提出一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，通过兼顾较高的时域分辨率、较好的时域滤波效果及优异的通带特性，最终达到有效抑制环境杂波干扰，提高RCS测量精度的目的。本发明的技术方案是这样实现的一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，包括多路脉冲基带信号产生模块，产生第一基带信号和第二基带信号，第二基带信号以第一基带信号为基准、经过延时生成；第一窄脉冲调制器，接收射频信号源产生的连续波信号，由所述第一基带信号进行调制，输出脉冲调制信号，并通过整机发射端口送出；第二窄脉冲调制器，接收经过放大的回波信号，其通断时刻由所述第二基带信号控制，输出目标区域信号。 可选地，所述多路脉冲基带信号产生�？榘‵PGA电路及外部电路，FPGA电路完成基带信号周期、脉宽的计数及精密调节，并产生基带信号，外部电路完成脉冲沿特性的整形处理。可选地，所述FPGA电路包括时钟�？椋械募剖骷熬艿鹘诘缏诽峁┕驳幕际敝樱坏谝患剖鳎眉剖魑芷诩剖鳎菹低成瓒ǖ穆龀逯芷谑奔洳芷谛藕牛弥芷谛藕抛魑竺媪铰仿龀宓钠舳藕牛坏诙剖骱偷谝痪艿鹘诘缏罚运鲋芷谛藕盼芷�、脉冲宽度满足设定要求的基带信号；第三计数器、第二精密调节电路、第四计数器和第三精密调节电路，其中第三计数器和第二精密调节电路为延时控制部分，第四计数器和第三精密调节电路为脉冲宽度控制部分，产生以所述周期信号为周期、脉冲延时值和脉冲宽度满足设定要求的基带信号。可选地，所述外部电路包括第一脉冲整形电路和第二脉冲整形电路，第一脉冲整形电路接收所述第一精密调节电路输出的基带信号，对脉冲沿特性进行整形处理后通过第一同轴接头送出所述第一基带信号；第二脉冲整形电路接收所述第三精密调节电路输出的基带信号，对脉冲沿特性进行整形处理后通过第二同轴接头送出所述第二基带信号。可选地，所述窄脉冲调制器包括射频输入端口、射频输出端口和脉冲输入端口，微波信号由射频输入端口输入并从射频输出端口输出，脉冲基带信号由脉冲输入端口输入，将脉冲基带信号调制到微波信号。可选地，所述窄脉冲调制器包括微波部分和驱动电路部分，两者之间通过穿心电容连接。可选地，所述窄脉冲调制器的微波部分包括微波场效应管形式的单刀双掷开关，其中，I脚为射频输入脚；2脚为输出1，用于射频输出；3脚为输出2，通过匹配电阻接地。可选地，所述窄脉冲调制器的驱动电路部分包括高速比较器和三路高速差分运放，高速比较器接收TTL电平的开关通断控制脉冲，将脉冲信号进行整形处理并提高驱动能力，处理后的脉冲信号被分成3路分别送到三路高速差分运放，高速差分运放实现信号单端到差分的转换后实现对微波开关的控制。
可选地，所述单刀双掷开关的正、负端为开关的控制端口，该端口通过到地匹配电容和穿心电容连接到所述高速差分运放的输出端。本发明的有益效果是(I)门控能力强由于将门控电路由中频路径前移到微波路径，避免了中频带宽对窄脉冲能力的限制，可以将窄脉冲能力由中频门控技术的16. 7ns提升到8ns，从而实现更强的干扰去除能力；(2)门控分辨率高采用了基于FPGA的高精度延时技术，可将门控分辨率提高到O. 1ns，使得射频门位置设置更准确；(3)门控效果好基于3级开关串联及分布式驱动方式的射频窄脉冲调制器设计方案确保了优于70dB的脉冲开关比，可提供出色的门控效果；(4)体积结构小巧，应用灵活采用微波窄脉冲调制器�？榕浜匣贔PGA的脉冲基带产生电路实现射频时域门技术，具有体积小巧、结构形式独立的特点，在不改变传统幅相收发设备结构形式及工作方式的前提下，只需在微波路径上增加本发明，即可实现射频时域门的应用。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为典型紧缩场测试环境下接收到的各主要回波的时域分布图；图2为中频门杂波干扰去除电路的示意图；图3为本发明基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路的控制框图；图4为图3中多路脉冲基带信号产生�？榈牡缏房蛲迹煌�5为图3中脉冲基带信号波形示意图；图6为图3中窄脉冲调制器的电路框图；图7为本发明基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路处理后的回波时域效果图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明公开了一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，在RCS测试过程中，收发天线耦合、场地环境的反射、转台及目标支架的反射、多径反射的影响等各种反射信号都随着目标的反射信号到达接收机，由于这些反射信号到达接收机的时刻各不相同，因此可以利用时域门技术来滤除不需要的时域信号并且只保留目标反射信号。本发明通过在接收通道的微波通道前端增加窄脉冲微波调制器，将门控开关位置由中频路径改变到微波路径，可消除带宽限制，大大提高窄脉冲能力，最终实现更高精度的杂波干扰去除能力。图3为本发明一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路的整体控制框图，具体描述如下整个实施方案在一台一体化幅相接收设备内完成，在传统一体化幅相收发设备内增加了如图3中所示的射频硬件时域门电路20。射频信号源I产生连续波信号，该信号送到第一窄脉冲调制器2的开关�？椋倍嗦仿龀寤藕挪？�7产生脉宽、周期可调的窄脉冲信号，即第一基带信号11，对第一窄脉冲调制器2进行调制，得到脉冲调制信号，并通过整机发射端口 3送出；接收到的回波信号通过整机接收端口 4送入接收机，经放大器5放大后被送入由第二窄脉冲调制器22构成的射频门，此时多路脉冲基带信号产生�？�7产生第二基带信号12，第二基带信号12以第一基带信号11为基准，经过延时操作生成，脉宽精确可调，该信号作为门控信号控制第二窄脉冲调制器22的通断时刻，实现只保留目标区域信号而滤除干扰信号的目的；经第二窄脉冲调制器22时域滤波后的信号被送入混频器6，同本振信号8进行混频，得到中频信号，该信号经中频滤波后送入ADC电路9中进行量化及数字中频处理，可以得到待测目标的信息，完成测试处理工作。图4所示为图3中多路脉冲基带信号产生�？榈氖迪挚蛲迹肍PGA内部构建计数器的灵活性及精密延时单元的高延时分辨率特点，可产生周期、脉宽及延时精确可控的多路脉冲基带信号。在图4中，多路脉冲基带信号产生模块包括FPGA电路701及外部电路702两个部分，FPGA电路701部分完成基带信号周期、脉宽的计数及精密调节等主要功能，并产生基带信号，外部电路702主要实现脉冲沿特性的整形处理。时钟�？�708产生200MHz的时钟信号，该信号为所有的计数器及精密调节电路提供公共的基准时钟；第一计数器703为周期计数器，该计数器根据系统设定的脉冲周期时间产生周期信号START，该信号作为后面两路脉冲的启动信号；根据系统第一基带信号11脉冲宽度的要求，第二计数器704和第一精密调节电路705相互配合，产生以START为周期、脉冲宽度满足设定要求的基带信号，并经外部第一脉冲整形电路711后经第一同轴接头713送出，产生第一基带信号11 ;第三计数器706、第二精密调节电路707、第四计数器709及第三精密调节电路710共同配合，其中第三计数器710和第二精密调节电路707为延时控制部分，第四计数器709和第三精密调节电路710为脉冲宽度控制部分，最终产生以周期信号START为周期，脉冲延时值和脉冲宽度满足设定要求的基带信号，外部第二脉冲整形电路712后经第二同轴接头714送出，产生第二基带信号12。多路脉冲基带信号产生�？椴牡谝换藕藕偷诙藕欧直鹩糜谠绰龀宓髦坪蜕淦得诺髦�。两路信号间相互关系示意如图5所示，第一基带信号11和第二基带信号12具有相同的周期T，tl为第一基带信号11的脉冲宽度，t2为第二基带信号12的脉冲宽度，τ为第二基带信号12脉冲相对于第一基带信号11的延时。为了实现灵活的接收门控制，门延时τ、门宽度t2根据目标回波的要求任意可调。基于FPGA的多路脉冲基带信号产生�？榈挠诺惆ㄌ寤∏桑饕δ茉谝黄現PGA上即可实现，外部电路简单；控制精度高，由于利用了 FPGA自身的高精度延时�？椋虼丝梢允迪趾芨叩目刂凭龋？榭梢允迪諭OOns Ims的周期范围、最小8ns脉冲宽度、脉宽及延时设置分辨率O.1ns等指标。对于图3中所示的第一窄脉冲调制器2和第二窄脉冲调制器22，整体实现方案如图6所示。窄脉冲调制器包括微波部分201和驱动电路部分202，两者之间通过穿心电容205连接。为了提高窄脉冲调制开关比，本发明采取了 3级开关串联的结构形式。如图6所示，窄脉冲调制器包括射频输入(RF IN)端口 209、射频输出(RFOUT)端口 210和脉冲输入(TTL)端口 211，微波信号由调制器的射频输入端口 209输入并从射频输出端口 210输出，脉冲基带信号由脉冲输入端口 211输入，通过本模块将脉冲基带信号(即第一基带信号或者第二基带信号)调制到微波信号上去。窄脉冲调制器还包括微波场效应管形式的单刀双掷开关203，其中，I脚为射频输入脚；2脚为输出1，用于射频输出；3脚为输出2，通过50欧姆匹配电阻206接地，目的是在开关处于关断状态时将信号接通到50欧姆匹配负载上，实现全吸收，减小反射信号的影响，增大隔离度。图6中所示的正、负端为开关的控制端口，该端口通过到地匹配电容204和穿心电容205连接到高速差分运放207的输出端。在驱动电路部分202，TTL电平的开关通断控制脉冲送入高速比较器208中，将脉冲信号进行整形处理并提高驱动能力，处理后的脉冲信号被分成3路分别送到三路高速差分运放207，高速差分运放207实现信号单端到差分的转换后实现对微波开关的控制。在图6中，3级微波开关电路和3级驱动电路采用了相同的结构形式，通过这种分布式驱动的形式并结合3级开关结构，窄脉冲调制器在O. 8-40GHZ范围内可以实现70dB的脉冲调制开关比以及8ns脉宽的窄脉冲调制能力。在本�？橹校植际角绞降挠诺闶怯行Ы档颓鞯母涸氐缛荩佣岣叩髦破鞯纳仙�、下降沿特性，并提高窄脉冲能力；驱动电路和开关控制端之间的穿心电容205、匹配电容204都反映到驱动电路的负载电容上，选择过程中按照微波开关的要求实施。利用上述硬件电路，本发明最终达到效果如图7所示。由图7中，发射脉冲调制信号为一个窄脉冲信号；接收信号为一系列在时域上能够区分开的各个干扰信号和目标回波信号，包括收发泄漏信号15、反射面回波信号16、馈源回波信号17、目标回波信号18和后墙反射信号19 ;利用精确的门延时功能，通过在接收射频通路上加上精确的硬件门信号，使接收通道只在目标回波到达的时候打开，从而达到了硬件滤除杂波干扰的目的。由于采用了基于窄脉冲调制器、在微波信号上进行硬件时域门控制的技术，因此可以将射频门控宽度做的很窄，从而可以实现更好的目标信号提取能力；由于采用了硬件的提取方式，因此不会引起软件处理误差，具有更高的精度。综上所述，采用本发明的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，通过合理设置脉冲门控参数，可以在O. 8 40GHz宽频带内实现8ns的最小门控宽度、O.1ns的门控分辨率及优于70dB的门控能力，能够更精确的实现目标回波信号提取功能。本发明的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路具有以下优点(I)门控能力强由于将门控电路由中频路径前移到微波路径，避免了中频带宽对窄脉冲能力的限制，可以将窄脉冲能力由中频门控技术的16. 7ns提升到8ns，从而实现更强的干扰去除能力；(2)门控分辨率高采用了基于FPGA的高精度延时技术，可将门控分辨率提高到O. 1ns，使得射频门位置设置更准确；(3)门控效果好基于3级开关串联及分布式驱动方式的射频窄脉冲调制器设计方案确保了优于70dB的脉冲开关比，可提供出色的门控效果；(4)体积结构小巧，应用灵活采用微波窄脉冲调制器�？榕浜匣贔PGA的脉冲基带产生电路实现射频时域门技术，具有体积小巧、结构形式独立的特点，在不改变传统幅相收发设备结构形式及工作方式的前提下，只需在微波路径上增加本发明，即可实现射频时域门的应用。本发明具有更好的窄脉冲及时域分辨率特性，而且提供了更优异的时域硬件滤波效果，在内场、外场等RCS测试领域具有很好的推广和使用价值。同时本专利还可扩展应用到天线测试过程中，用于解决测试场地条件不理想对天线测试精度影响的问题。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，包括 多路脉冲基带信号产生�？椋谝换藕藕偷诙藕牛诙藕乓缘谝换藕盼�、经过延时生成； 第一窄脉冲调制器，接收射频信号源产生的连续波信号，由所述第一基带信号进行调制，输出脉冲调制信号，并通过整机发射端口送出； 第二窄脉冲调制器，接收经过放大的回波信号，其通断时刻由所述第二基带信号控制，输出目标区域信号。
2.如权利要求1所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述多路脉冲基带信号产生�？榘‵PGA电路及外部电路，FPGA电路完成基带信号周期、脉宽的计数及精密调节，并产生基带信号，外部电路完成脉冲沿特性的整形处理。
3.如权利要求2所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述FPGA电路包括时钟�？椋械募剖骷熬艿鹘诘缏诽峁┕驳幕际敝樱坏谝患剖鳎眉剖魑芷诩剖鳎菹低成瓒ǖ穆龀逯芷谑奔洳芷谛藕牛弥芷谛藕抛魑竺媪铰仿龀宓钠舳藕牛坏诙剖骱偷谝痪艿鹘诘缏罚运鲋芷谛藕盼芷�、脉冲宽度满足设定要求的基带信号；第三计数器、第二精密调节电路、第四计数器和第三精密调节电路，其中第三计数器和第二精密调节电路为延时控制部分，第四计数器和第三精密调节电路为脉冲宽度控制部分，产生以所述周期信号为周期、脉冲延时值和脉冲宽度满足设定要求的基带信号。
4.如权利要求3所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述外部电路包括第一脉冲整形电路和第二脉冲整形电路，第一脉冲整形电路接收所述第一精密调节电路输出的基带信号，对脉冲沿特性进行整形处理后通过第一同轴接头送出所述第一基带信号；第二脉冲整形电路接收所述第三精密调节电路输出的基带信号，对脉冲沿特性进行整形处理后通过第二同轴接头送出所述第二基带信号。
5.如权利要求1所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述窄脉冲调制器包括射频输入端口、射频输出端口和脉冲输入端口，微波信号由射频输入端口输入并从射频输出端口输出，脉冲基带信号由脉冲输入端口输入，将脉冲基带信号调制到微波信号。
6.如权利要求5所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述窄脉冲调制器包括微波部分和驱动电路部分，两者之间通过穿心电容连接。
7.如权利要求6所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述窄脉冲调制器的微波部分包括微波场效应管形式的单刀双掷开关，其中，I脚为射频输入脚；2脚为输出1，用于射频输出；3脚为输出2，通过匹配电阻接地。
8.如权利要求7所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述窄脉冲调制器的驱动电路部分包括高速比较器和三路高速差分运放，高速比较器接收TTL电平的开关通断控制脉冲，将脉冲信号进行整形处理并提高驱动能力，处理后的脉冲信号被分成3路分别送到三路高速差分运放，高速差分运放实现信号单端到差分的转换后实现对微波开关的控制。
9.如权利要求8所述的基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，其特征在于，所述单刀双掷开关的正、负端为开关的控制端口，该端口通过到地匹配电容和穿心电容连接到所述高速差分运放 的输出端。
全文摘要
本发明提出一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，通过兼顾较高的时域分辨率、较好的时域滤波效果及优异的通带特性，最终达到有效抑制环境杂波干扰，提高RCS测量精度的目的。一种基于窄脉冲调制器的射频硬件时域门电路，包括多路脉冲基带信号产生�？椋谝换藕藕偷诙藕牛诙藕乓缘谝换藕盼�、经过延时生成；第一窄脉冲调制器，接收射频信号源产生的连续波信号，由所述第一基带信号进行调制，输出脉冲调制信号，并通过整机发射端口送出；第二窄脉冲调制器，接收经过放大的回波信号，其通断时刻由所述第二基带信号控制，输出目标区域信号。
文档编号G01S7/41GK103018731SQ20121057615
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者王亚海, 常庆功, 张文涛, 张志刚, 刘伟, 刘军智, 杜刘革, 赵锐 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所
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