專利名稱：一種相控信號(hào)發(fā)生器及相控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信號(hào)產(chǎn)生裝置，本發(fā)明也涉及一種相控方法。
背景技術(shù)：
在船用聲納設(shè)備中，波束形成系統(tǒng)占有非常重要的地位。而對(duì)設(shè)備波束指向性的測(cè)量往往需要產(chǎn)生與設(shè)備輸入基元數(shù)(通道數(shù))相同的多路信號(hào)，且各信號(hào)的相位不同。 這就需要一個(gè)相位分別可調(diào)的多路信號(hào)源，這樣的設(shè)備往往比較龐大，尤其在高分辨聲納設(shè)備中。由于高分辨聲納設(shè)備的基元個(gè)數(shù)較多，有時(shí)可達(dá)數(shù)百個(gè)，其信號(hào)源的路數(shù)多達(dá)數(shù)百個(gè)，信號(hào)源與設(shè)備同樣龐大。目前國(guó)內(nèi)外功率放大器控制方式，可參見(jiàn)龔偉等“D類(lèi)音頻功率放大器控制方式綜述”，重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2003. 02. P117 122。DC-DC變換器，可參見(jiàn)陳念軍等“基于單片機(jī)控制的輸出連續(xù)可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)”，電氣應(yīng)用，2006年第25卷第4期.P116 118。學(xué)位論文“相位可控信號(hào)源的研制”該設(shè)計(jì)只能產(chǎn)生4路信號(hào)。而采用本發(fā)明的相控方法減少信號(hào)源路數(shù)的方法，尚未見(jiàn)到任何形式文獻(xiàn)資料的報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以使信號(hào)源的規(guī)模大大降低的相控信號(hào)發(fā)生器。本發(fā)明的目的還在于提供一種相控方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的相控信號(hào)發(fā)生器由多個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元構(gòu)成，每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元又包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路、單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭依次電信號(hào)連接；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有一定相移的信號(hào)；幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制輸出信號(hào)的幅度，并提供驅(qū)動(dòng)能力；單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，這些多路信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測(cè)多波束系統(tǒng)不同的輸入端。基本信號(hào)產(chǎn)生單元的個(gè)數(shù)與想要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比，即基本信號(hào)產(chǎn)生單元的個(gè)數(shù)等于想要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目減一。例如想要模擬5個(gè)方向的多路回波信號(hào)，需要4個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元；若要模擬9個(gè)方向的回波信號(hào)需要8個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元?？煽叵嘁菩盘?hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生一個(gè)相移為0或的正弦信號(hào)，其中m= 1，2，...，它
與信號(hào)源要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比，當(dāng)要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目較多時(shí)，m相應(yīng)的增大，需要的基本信號(hào)產(chǎn)生單元的路數(shù)也會(huì)隨之增加。本發(fā)明的相控方法是根據(jù)需要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目確定基本信號(hào)產(chǎn)生單元的路數(shù)，構(gòu)成相控信號(hào)發(fā)生器，每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭；利用每一路基本信號(hào)產(chǎn)生單元中的單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，所述相同的多路信號(hào)對(duì)應(yīng)著被測(cè)多波束系統(tǒng)的輸入端；當(dāng)相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相位差為0時(shí)，則模擬正前方向0°的回波信號(hào)；當(dāng)相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相
位差為η/2或-π/2時(shí)，則模擬‘^(^^或-‘&^^)弧度方向上的回波信號(hào)；當(dāng)相鄰
的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相位差為η或ι時(shí)，則模擬arcsin($)或_arcsin($)弧
度方向上的回波信號(hào)；通過(guò)改變各路可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的初始相移，模擬各個(gè)方向的回波信號(hào)。本發(fā)明的基本信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)是連續(xù)信號(hào)或CW脈沖信號(hào)。相控信號(hào)源還可以利用反向運(yùn)算放大器，模擬相位差π的回波信號(hào)，這樣基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)的數(shù)量可以再減少一半，即用21"4個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)，可以產(chǎn)生模擬 2m+l個(gè)方向的幾十甚至幾百路回波信號(hào)。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明利用相控原理，將信號(hào)源模擬的回波信號(hào)方向固定在一些特定的方向上，
2π
使相鄰2路回波信號(hào)的相位差為^^ (m = 1,2,3, _)的關(guān)系，這樣，可以用少量的信號(hào)產(chǎn)
生電路實(shí)現(xiàn)模擬多路的不同相移的回波信號(hào)，使得該相控信號(hào)源的規(guī)模大大降低，幾個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元，可以作為幾十甚至幾百路的相控信號(hào)。對(duì)于有η個(gè)基元的多波束系統(tǒng)，要模擬不同方向的回波信號(hào)其信號(hào)源需要產(chǎn)生η 個(gè)初始相位不同的信號(hào)，但這些初始相位在某些方向上有周期性的重復(fù)，利用這一點(diǎn)，可將 η路信號(hào)減少至4路、8路、16路等等。
2π當(dāng)η元直線陣相鄰基元回波信號(hào)的相位差為0 = ^^時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)入射波方向?yàn)?br> 0 = ±arcsin(^T)，其中C為信號(hào)傳播速度，d為相鄰基元的距離，f為信號(hào)頻率。即只要兩個(gè)
2π
基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)產(chǎn)生信號(hào)的相位差為0 = ，m可以取1或取2，或取3，. . .，2m < η，
則每隔2m個(gè)基元(基元序號(hào)每增加2m，對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)的相位相同)的回波信號(hào)的相位相同，因此，可以用一個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)模擬產(chǎn)生相位相同的各路回波信號(hào)。若取m = 2，相鄰基元回波信號(hào)的相位差為士 π/2，記信號(hào)路號(hào)為1、2、3.....η,
并設(shè)1路信號(hào)的初相為0，則2、3、4、5、6.....η路的初相為分別為士 π /2、士 π、士3 π /2、
士之^^士^^！ + ^！/^”…，每隔彳^ )個(gè)基元回波相位相同。由此，若將多路信號(hào)源的 1、5、9、...路合并為一路(記為A路)信號(hào)，將2、6、10、...路合并為一路(記為B路)信號(hào)，將3、7、11、...路合并為一路(記為C路)信號(hào)，將4、8、12、...路合并為一路(記為D 路)信號(hào)，A、B、C、D四路信號(hào)的相位可控。當(dāng)A、B、C、D四路信號(hào)的相位差取0時(shí)，則作為η 個(gè)基元多波束系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸入，其波束形成器可在正前方形成一個(gè)波束；取相鄰兩路信號(hào)的相位差為士 η則作為η個(gè)基元多波束系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸入，其波束形成器可在θ = ±arcsin($)方向上形成兩個(gè)波束；取相鄰兩路信號(hào)的相位差為士 η，則作為η個(gè)基元
多波束系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸入，其波束形成器可在0 = ±arcsin(i)方向上形成兩個(gè)波束；這
樣當(dāng)有4路相位可調(diào)的基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)時(shí)，共可以模擬實(shí)現(xiàn)η個(gè)基元5個(gè)方向的回波信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小成本低，實(shí)現(xiàn)方便。幾個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元(1)產(chǎn)生的信號(hào)，可以模擬幾十甚至幾百路多個(gè)方向的回波信號(hào)?？捎糜诟鞣N多波束系統(tǒng)中對(duì)波束形成電路或波束形成算法的調(diào)試與測(cè)量。綜上所述，由于本發(fā)明采用了相控陣技術(shù)，使得該相控信號(hào)源可以用少量的信號(hào)產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)模擬多路的不同相移的回波信號(hào)，幾個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元，可以模擬幾十甚至幾百路的相控信號(hào)，使信號(hào)源的規(guī)模大大降低。本發(fā)明可用于各種多波束系統(tǒng)對(duì)波束形成電路或波束形成算法的調(diào)試與測(cè)量中。


圖1基本信號(hào)產(chǎn)生單元組成框圖；圖2產(chǎn)生5個(gè)方向的模擬信號(hào)的電路組成框圖；圖3產(chǎn)生5個(gè)方向的模擬信號(hào)的具體實(shí)施方式
圖；圖4產(chǎn)生5個(gè)方向的模擬信號(hào)的另一種實(shí)施方式圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1和圖2。本發(fā)明的相控信號(hào)發(fā)生器由多個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元1構(gòu)成，每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元又包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路2、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路3和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭4。其中，可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路、單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭依次電信號(hào)連接?？煽叵嘁菩盘?hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有一定相移的信號(hào)；幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制輸出信號(hào)的幅度，并提供一定的驅(qū)動(dòng)能力；單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，這些多路信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測(cè)多波束系統(tǒng)不同的輸入端?；拘盘?hào)產(chǎn)生單元的個(gè)數(shù)與想要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比。例如想要模擬5個(gè)方向的多路回波信號(hào)，需要4個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元；若要模擬9個(gè)方向的回波信號(hào)需要8個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元?？煽叵嘁菩盘?hào)產(chǎn)生單元2用于產(chǎn)生一個(gè)相移為0或的正弦信號(hào)，其中m= 1，
2，...，它與信號(hào)源要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比，當(dāng)要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目較多時(shí)，m相應(yīng)的增大，需要的基本信號(hào)產(chǎn)生單元1的路數(shù)也會(huì)隨之增加。本發(fā)明的相控方法是若需要產(chǎn)生5個(gè)方向的模擬信號(hào)時(shí)，只需按附圖2做4個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元1，并利用單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭4將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路3的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，該相同的多路信號(hào)對(duì)應(yīng)著被測(cè)多波束系統(tǒng)的1、5、 9、...號(hào)輸入端，同樣，另外3路基本信號(hào)產(chǎn)生單元1產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)各自的幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路3連接到對(duì)應(yīng)的單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭4上，單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭4的輸出分別對(duì)應(yīng)著被測(cè)多波束系統(tǒng)的2、6、10、...號(hào)輸入端，3、7、11、...號(hào)輸入端和4、8、12、...號(hào)輸入端。令相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元2的相位差為0，則可模擬正前方向(0° )的回波信號(hào)；令相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元2的相位差為π/2或-π/2，即4個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元2產(chǎn)生的信號(hào)初始相位分別為0、π /2、2 π /2和3 π /2，或0、- π /2、-2 π /2
和。-3π/2，則可模擬
權(quán)利要求
1.一種相控信號(hào)發(fā)生器，由多個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元構(gòu)成，其特征是每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元又包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路、單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭依次電信號(hào)連接；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有一定相移的信號(hào)；幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制輸出信號(hào)的幅度，并提供驅(qū)動(dòng)能力；單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，這些多路信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測(cè)多波束系統(tǒng)不同的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控信號(hào)發(fā)生器，其特征是基本信號(hào)產(chǎn)生單元的個(gè)數(shù)與想要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比，即基本信號(hào)產(chǎn)生單元的個(gè)數(shù)等于想要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目減一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的相控信號(hào)發(fā)生器，其特征是可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生一個(gè)相移為0或的正弦信號(hào)，其中m = 1，2，...，它與信號(hào)源要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目成正比，當(dāng)要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目較多時(shí)，m相應(yīng)的增大，需要的基本信號(hào)產(chǎn)生單元的路數(shù)也會(huì)隨之增加。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的相控信號(hào)發(fā)生器的相控方法，其特征是根據(jù)需要模擬回波信號(hào)的方向數(shù)目確定基本信號(hào)產(chǎn)生單元的路數(shù)，構(gòu)成相控信號(hào)發(fā)生器，每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭；利用每一路基本信號(hào)產(chǎn)生單元中的單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，所述相同的多路信號(hào)對(duì)應(yīng)著被測(cè)多波束系統(tǒng)的輸入端；當(dāng)相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相位差為0時(shí)，則模擬正前方向0°的回波信號(hào)；當(dāng)相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相位差為π /2或-π /2時(shí)，則模擬arcsin(^)或_arcsin(^)弧度方向上的回波信號(hào)；當(dāng)相鄰的兩個(gè)可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的相位差為η或ι時(shí)，則模擬arcsin(g)或_arcsin(g)弧度方向上的回波信號(hào)；通過(guò)改變各路可控相移信號(hào)產(chǎn)生單元的初始相移，模擬各個(gè)方向的回波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相控信號(hào)發(fā)生器的相控方法，其特征是基本信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)是連續(xù)信號(hào)或CW脈沖信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種相控信號(hào)發(fā)生器及相控方法。由多個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元構(gòu)成，每個(gè)基本信號(hào)產(chǎn)生單元又包含可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路和單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路、幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路、單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭依次電信號(hào)連接；可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有一定相移的信號(hào)；幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制輸出信號(hào)的幅度，并提供驅(qū)動(dòng)能力；單路-多路信號(hào)轉(zhuǎn)接頭將可控相移信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的并經(jīng)幅度控制及驅(qū)動(dòng)電路的單路信號(hào)分接成相同的多路信號(hào)，這些多路信號(hào)對(duì)應(yīng)于被測(cè)多波束系統(tǒng)不同的輸入端。本發(fā)明可用于各種多波束系統(tǒng)對(duì)波束形成電路或波束形成算法的調(diào)試與測(cè)量中。
文檔編號(hào)H03K3/011GK102231625SQ20111007207
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者盧逢春, 孫大軍, 張殿倫 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)