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数字阵列天线发射数字波束扫描技术研究

作　者: 张德平
导　师: 袁乃昌
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 数字阵列雷达 数字T/R组件 发射数字波束形成 DDS(直接数字频率合成) AD9959
分类号: TN958
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 1次
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内容摘要


全新概念的数字阵列雷达(Digital Array Radar,DAR)是将数字技术与天线技术相结合,在发射和接收模式下均采用数字波束形成技术的新型雷达,具有传统雷达无可比拟的优势。数字阵列雷达的核心部件是数字T/R组件。论文讨论了其发射通道,包括LO产生器、模拟上变频、功率放大、数字波形产生和数字控制。控制相控阵天线波束的扫描本质是控制馈入天线阵元信号的相位。数字T/R组件技术将该相位的控制用数字方法实现。本文设计了8通道C波段发射数字波束形成系统。该系统包含数字部分和模拟上变频部分。数字部分设计论文提出了三种实现DDS的技术方案,分别为采用FPGA内部实现DDS、采用单通道输出DDS芯片和采用多通道输出DDS芯片。本文选择采用多通道输出DDS芯片AD9959。因此实现8通道输出只需两片AD9959。控制芯片采用Spartan-3系列FPGA芯片。与计算机的通信则采用串口通信方案。模拟上变频部分设计主要包括输出4.75GHz本振信号的PLL设计、输出600MHz DDS参考时钟的PLL设计、DDS输出200MHz幅度相位可控的信号与4.75GHz本振信号进行混频输出4.95GHz信号的混频电路设计,其他还包括放大滤波等电路设计。控制软件方面包括VHDL语言的设计和Matlab语言的设计。在软件的控制下,进行了数字部分的测试和整个系统的测试。数字部分测试验证了系统的幅度相位频率数字控制性能。系统测试给出了系统输出频谱特性。

全文目录


表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
Abstract  10-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 课题背景  11
  1.2 国内外数字阵列雷达发展动态  11-15
    1.2.1 国外主要国家的数字阵列雷达研究  11-12
    1.2.2 中国华东电子工程研究所的数字阵列雷达研究  12-13
    1.2.3 机会数字阵列雷达研究[19]  13
    1.2.4 数字波束形成在合成孔径雷达中的应用发展进程简介  13-14
    1.2.5 数字阵列雷达的应用方向与未来发展构架  14-15
  1.3 研究思路与主要工作  15-16
第二章 数字阵列波束形成技术  16-23
  2.1 相控阵雷达的相位控制概念  16-18
  2.2 数字波束形成  18-23
    2.2.1 发射数字波束形成  18-20
    2.2.2 接收数字波束形成原理  20-23
第三章 数字T/R 组件技术  23-28
  3.1 数字T/R 组件的结构  23-24
  3.2 基于DDS 的雷达信号产生技术  24-25
    3.2.1 DDS 的基本构成  24-25
    3.2.2 DDS 的杂散分析  25
  3.3 基于DDS 的频率扩展技术  25-28
    3.3.1 采用DDS 加倍频器扩展频带  26
    3.3.2 DDS 加上变频扩展频带  26
    3.3.3 DDS 加PLL 扩展频率  26-28
第四章 8 通道C 波段发射数字波束形成系统设计  28-45
  4.1 理论分析  28-31
  4.2 方案选择  31-33
    4.2.1 在FPGA 内部实现DDS  31-32
    4.2.2 选用单通道输出DDS 芯片  32
    4.2.3 选用多通道输出DDS 芯片  32-33
  4.3 数字部分电路设计  33-40
    4.3.1 AD9959 简介  34-35
    4.3.2 FPGA 芯片的选型  35-36
    4.3.3 FPGA 配置电路设计  36-37
    4.3.4 电源设计  37-38
    4.3.5 其他部分设计  38-39
    4.3.6 通信接口电路的设计  39-40
  4.4 模拟部分电路设计  40-45
    4.4.1 4.75GHz 锁相环设计  40-42
    4.4.2 600MHz 锁相环设计  42-43
    4.4.3 其他部分设计  43-45
第五章 系统控制软件设计及系统测试  45-62
  5.1 VHDL 语言设计  45-48
    5.1.1 串口通信模块  45-46
    5.1.2 指令生成模块  46-47
    5.1.3 AD9959 接口模块  47-48
    5.1.4 初始化及时钟管理与复位模块  48
  5.2 MATLAB 控制软件设计  48-50
  5.3 系统测试  50-62
    5.3.1 数字部分测试  50-55
    5.3.2 系统测试  55-59
    5.3.3 波束形成仿真  59-62
第六章 结论与展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
在校期间研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达：按体制分
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