数字阵列雷达中多通道数字收发技术分析

吕芝伟++祝依飞

摘 要：在数字阵列雷达中对多通道数字收发技术有非常高的要求，既要求发射通道的稳定性及多路增益一致性，又对接受通道具有很高的要求，本文就对数字阵列雷达中基于数字下变频技术及直接数字合成技术等多通道数字收发技术进行简单分析。

关键词：数字阵列雷达 多通道 数字收发技术

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0031-02

数字阵列雷达中，多通道数字收发技术具有设备量大、通道数量多得特点，在进行其多通道数字收发技术的分析时，除了要考虑其各种使用性能，其可维修性及可测试性也是设计过程中需要考虑的参数，本文就对基于DDC与DDS的数字收发模块进行研究。

1 数字阵列雷达中多通道数字收发系统的基本设计要求

在数字阵列雷达中的多通道数字收发系统的设计过程中，对其发射通道及接受通道的性能设计具有非常严格的要求，主要表现为：（1）在其发射通道的设计过程中，要求其多路的发射通道之间能够保持功率一致性，对增益一致性及幅相稳定性也有严格的要求；（2）在接收通道的设计时，除了要求多路增益一致性及幅相稳定性之外，另一个设计要点是中频采样通道及多路模拟接收通道的可靠性，并且要求其性能特性能够满足批量生产的要求。为了满足上述要求中的稳定性、幅相一致性、I/Q信号的高镜像抑制度要求，在系统的设计过程中，I/Q基带信号的分离，必须采用数字化接收机技术，另外，接收机需要具有较大数量的路数，每一路又会被解调成为多位的I/Q数字信号，所以在系统的设计过程中，一个设计重点及难点就是要解决系统中的大容量数据传输的问题。

2 基于DDC及DDS的数字收发模块技术分析

2.1 基于数字收发技术的T/R数字收发模块的结构

基于数字收发技术的T/R数字收发模块的系统结构，根据其设计要求的不同，其系统结构存在一定的差异，本次研究中选取基于数字T/R组件的典型数字阵列模块进行分析，其系统结构图如图1所示。

2.2 基于DDC的数字接收技术

在基于DDC的数字多路接收模块的设计工作中，其主要的设计要点有三个，分别为：多路数模混合电路的电磁兼容性设计、数字I/Q形成技术、中频信号采样技术、A/D转换器的电路设计，下面予以详细的说明。

本次研究中的数字多路接收模块，具有多路接收的特点，因此在设计的过程中要能够有效的提高设备的集成度，以减少I/Q形成的插件数量，电磁兼容性设计的过程中，需要在满足70 dB信噪比的前提下，在一块数字板上集成10路的数字射频接收机，这就需要在进行电磁兼容性设计时，综合考虑其各种影响因素，如PCB板的设计、高速数据线的布局、关键元件的布局、电源的处理等，这些关键因素的设计好坏将关系到电路设计的性能好坏。其中系统中需要用到的高分辨率、高速的ADC，这是一种非常敏感的器件，其对参考时钟、地平面、工作电源、模拟信号输入端等参数有着严格的要求，一旦这些参数设计中出现不合理，会对其性能产生严重的影响，所以在进行系统设计的过程中，要注意多路接收电路之间的相互串扰，在保证系统的电源及信号的完整性的前提下，要采取合理的设计尽量减少数模信号之间的相互干扰。

在进行A/D转换电路的设计时，首先要能够选择性能指标合格的A/D转换器，对其性能指标进行衡量时，主要的参考指标有信噪比与有效分辨率两种，A/D转换器所能达到的信噪比的高低，直接关系到该系统对于改善因子的限制作用是否与数字阵列雷达的多通道数字收发模块的性能要求相符；而其动态设计范围能否满足设计要求则由其有效分辨率来决定。

在本次设计中，要使系统的灵敏度不受A/D转换器的影响的前提下，使系统的瞬时动态范围达到60 dB的要求，就需要在满刻度的情况下，A/D转换器的信噪比能够不小于70 dB，在理想状态的A/D转换器的性能参数中，其量化噪声功率的值应该是其动态范围的下限，但是在实际的应用中，A/D转换器的设计及应用过程中会受到各种各样的因素的影响，其噪声功率的值通常会比量化噪声功率的值大。

2.3 基于DDS的信号产生技术

在对基于DDS的信号产生进行分析之前，首先对DDS的工作原理进行简单的分析，在参考时钟的控制之下，频率控制字在相位累加器的作用下，进行线性的累加，在此过程中会得到相应的相位码，在经过波形存储寻址之后，会得到数字幅度信号，将该数字信号送入到低通滤波器及D/A转换器中，能够得到连续的模拟信号。在相控阵列雷达中，信号频谱纯度的变化与整个系统的正常工作有非常紧密的关联。

在基于DDS的多通道数字合成模块中，信号频谱纯度的变化主要表现在：（1）电源噪声及电源波纹引起的边带中；（2）振动附加调制对边带的影响；（3）激励信号的相位噪声的分布情况；（4）DDS通道中的直接中频采样对改善因子的限制。

DDS通道中的直接中频采样对改善因子的限制情况，受到各种影响因素的影响，如A/D转换中的频谱混叠、A/D转换器中的量化噪声、A/D采样时钟中产生的孔径抖动等，在实际的工程应用中，应该采用合理的设计，对以上几种设计参数进行有效的控制，保证系统的整体性能。另外，在基于DDS的数字信号合成系统的安装过程中，应该注意采取有效的措施，对系统进行必要的抗振处理，尽量较少系统中多通道信号之间的串扰，使系统的各项指标能够满足使用要求。

基于DDS的直接合成技术，在系统波形的产生方案上，具有一定的特点，如系统的可靠性强、稳定性高、体积小、相位连续、相对带宽较宽、频率分辨率极高等，但是该系统也存在着一些缺点，如系统的杂散抑制差、相位噪声较大、工作频率受限等，近年来，随着各项研究的深入，其性能在不断的改善。

数字阵列收发模块（DAM）是多通道数字收发技术在数字阵列雷达中的典型应用，该技术运用一体化的设计方法，能够实现系统测试信号产生、多通道校正、多通道波形的产生、多通道接收预处理数字化等，是雷达系统能够以模块化的方式进行组合。

3 结语

本文对基于DDS、DDC的多通道数字收发技术在数字阵列雷达中的应用进行了简单分析，对系统中的设计要点及主要的参数控制进行了简单阐述，具体的设计方法还有待更进一步的研究。

参考文献

[1] 陶玉龙，余海龙.数字阵列雷达中多通道数字收发技术研究[J].硅谷，2012（11）.

[2] 陈菡，谭剑美，吴兵.应用于数字阵列的多通道波形产生系统设计[J].现代电子技术，2012（9）.endprint