一种雷达有源标定器的制作方法

41dbm，p1db为∞。
14.所述x波段低噪放模块中低噪声放大器的增益为15db，输入功率为-41dbm，输出功率为-26dbm，p1db为18。
15.所述x波段低噪放模块中3db衰减器的增益为-3db，输入功率为-26dbm，输出功率为-x波段低噪放模块29dbm，p1db为∞。
16.所述x波段低噪放模块的总增益为11db。
17.进一步的，所述延迟线模块为光纤延迟线，光纤延迟线系统包括光发射机、高精度延迟组件和光接收机，光发射机包含一个可调制的dfb激光器，用于实现信号的电光转换，光接收机包含一个光探测器及一个功率放大器，用于实现光信号的光电转换。
18.进一步的，所述光纤延迟线的增益为-30db，输入功率为-29dbm，输出功率为-59dbm，输入p1db为15dbm。
19.所述光纤延迟线的总增益为-30db。
20.进一步的，所述动态模块中第一射频放大器的增益为29db，输入功率为-59dbm，输出功率为-30dbm，p1db为12dbm。
21.所述动态模块中第一数控衰减器的增益为-4db，输入功率为-30dbm，输出功率为-34dbm，p1db为∞。
22.所述动态模块中第二射频放大器的增益为29db，输入功率为-34dbm，输出功率为-5dbm，p1db为12dbm。
23.所述动态模块中第一温补衰减器的增益为-4db，输入功率为5dbm，输出功率为-9bm，p1db为∞。
24.所述动态模块中第二数控衰减器的增益为-4db，输入功率为9dbm，输出功率为-13bm，p1db为∞。
25.所述动态模块中第二温补衰减器的增益为-6db，输入功率为-13dbm，输出功率为-19bm，p1db为∞。
26.所述动态模块中第三射频放大器的增益为23db，输入功率为-19dbm，输出功率为4bm，p1db为13.5dbm。
27.所述动态模块中固定衰减器的增益为-2db，输入功率为4dbm，输出功率为2bm，p1db为∞。
28.所述动态模块的总增益为61db。
29.进一步的，所述末级放大模块包括末级功率放大器、低通滤波器和均衡器，均衡器用于补偿平坦度，末级输出功率放大器采用高谐波抑制放大器，末级功率放大器的频率典型值为8~12ghz，增益典型值为20db，噪声系数典型值为4db，p-1db典型值为23dbm，psat典型值为24dbm，静态电流典型值为130ma。进一步的，所述末级放大模块中均衡器的增益为-1db，输入功率为2dbm，输出功率为1dbm，p1db为∞。
30.所述末级放大模块中末级功率放大器的增益为20db，输入功率为1dbm，输出功率为21dbm，p1db为23dbm。
31.所述末级放大模块中滤波器的增益为20db，输入功率为1dbm，输出功率为21dbm，p1db为∞。
32.所述末级放大模块中功分器的增益为-4db，输入功率为20dbm，输出功率为16dbm，p1db为∞。
33.所述末级放大模块中电缆的增益为-1db，输入功率为16dbm，输出功率为15dbm，p1db为∞。
34.所述末级放大模块的总增益为13db。
35.进一步的，所述第一温补衰减器和第二温补衰减器的选用型号均为wtca2003n7wb2温补衰减器。
36.所述wtca2003n7wb2温补衰减器的温度系数为n7，补偿效果为3*0.007*70=1.47db。
37.进一步的，所述线极化天线为喇叭天线。
38.本发明的有益效果：1、本发明有源标定器在模块化设计的基础上，各功能单元在结构上形成独立的可更换组件，可以在短时间内进行拆卸和安装。外场维修只需更换相应的故障模块，无需调整，系统即可恢复正常；2、本发明有源标定器通过在两两放大器之间加衰减器来隔离的形式，避免链路中放大器增益过高导致的自激风险。同时该有源标定器采用分模块设计，降低多级放大器在同一个腔体之间直接级联导致自激的概率；3、本发明有源标定器通过温度传感器采集环境温度信息，经模数转换后，将温度信息上传至单片机，从而控制数控衰减器衰减量来实现不同温度下该有源标定器设备的温度稳定性。
附图说明
39.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
40.图1是本发明x波段延迟线系统总体框图；图2是本发明动态模块衰减特性曲线图；图3是本发明12ghz低通滤波器仿真结果曲线图；图4是本发明光发射机工作原理示意图；图5是本发明光接收机构成示意图；图6是本发明光电二极管线性响应度曲线图；图7是本发明光纤色散对信号幅频的影响曲线图；图8是本发明低噪声放大器输入回波损耗曲线图；图9是本发明功分器输出回波损耗曲线图；图10是本发明低噪声放大器温度幅频曲线图；图11是本发明第一数控衰减器和第一数控衰减器温度幅频曲线图；图12是本发明第一射频放大器温度幅频曲线图；图13是本发明第二射频放大器温度幅频曲线；图14是本发明功率放大器温度幅频曲线图；图15是本发明温度传感器输出电压vs温度变化曲线图；图16是本发明均衡器幅频曲线图；
图17是本发明低噪声放大器噪声系数曲线图；图18是本发明第一射频放大器噪声系数曲线图；图19是本发明第二射频放大器噪声系数曲线图；图20是本发明功率放大器噪声系数曲线图；图21是本发明光纤色散对信号幅频的影响曲线图。
具体实施方式
41.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它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.一种雷达有源标定器，有源标定器包括x波段延迟线系统，如图1所示，x波段延迟线系统包括射频输入模块、x波段低噪放模块、延迟线模块、动态模块、末级放大模块和射频输出模块，x波段延迟线系统还包括用于上述模块供电的电源模块。
43.x波段延迟线系统的输入输出频率覆盖8~12ghz，x波段低噪放模块位于x波段延迟线系统的输入段，x波段低噪放模块为一级低噪放用来降低系统的噪声系数。
44.延迟线模块用于实现对x波段低噪放模块输出信号的延迟控制。
45.射频输入模块用于接收辐射信号，射频输出模块用于发射末级放大模块输出的射频信号。
46.射频输入模块和射频输出模块均可以为线极化天线，该有源标定器通过线极化天线接收辐射信号，到达输入段的信号功率为-40~0dbm，因此x波段低噪放模块需要具备高p1db特点和合适的增益，且延迟线模块的输入p1db≥15dbm，最大不超过20dbm。为满足上述要求，x波段低噪放模块的电气性能参数如下表：表1.x波段低噪放模块电气性能参数表其中，p-1db是指增益压缩1db时候的最大输出功率。
47.x波段低噪放模块包括低噪声放大器和3db衰减器，考虑到x波段低噪放模块的输入端与射频输入模块之间连接有电缆，这里将电缆损耗计入到计算中，其指标计算如下表：表2.x波段低噪放模块指标计算表
其中，p1db是指与在很低的功率时相比增益减少1db时的输入(或输出)功率点。
48.延迟线模块可以是光纤延迟线，光纤延迟线是一种新型的光信号处理器件，它的主要功能就是实现对信号的延迟控制。由于光纤延迟线具有体积小、重量轻、带宽高、损耗极小、抗电磁干扰以及延迟与频率无关(真延迟)等许多优点，因而它大量的取代了传统的体积笨重、性能较差的金属波导和同轴电缆延迟线。
49.光纤延迟线，顾名思义是用于对光信号进行延迟的一种结构，图3是它的一个典型的应用结构，激光器发出的连续波被一个频率f的模拟信号进行强度调制，该调制信号经过一段长为l的光纤传输后，被探测器解调，这个过程中，信号所经历的时间为：式中，为信号的群速度，一般它可以近似的等于光纤的折射率，c为真空中的光速。上式表明，通过改变光纤的长度l就可实现信号的延迟。这即是本方案实施的依据。长度l改变的范围以及精度直接决定了信号的延迟范围和精度。
50.基本的光纤延迟线系统一般包括光发射机、高精度延迟组件和光接收机，光发射机主要包含一个可调制的dfb激光器（分布式反馈激光器)，用于实现信号的电光转换。
51.如图4所示，光发射机的工作原理如下：小功率的射频输入信号经过前置放大进入光激光二极管，被直接调制到激光上，实现电信号到光信号的转换。调制后的光信号经过光隔离器后输出。为了让激光二极管工作稳定，需要对激光二极管进行自动功率控制（apc）和自动温度控制（atc）。
52.自动功率控制包含：监测光电二极管、apc电路和偏置电路。从激光二极管背向输出的光功率，经光电探测器转换为电信号，在apc电路中与基准电压进行误差比较放大，进入为激光二极管提供偏置工作电流的偏置电路；偏置电路的恒流源控制激光二极管产生稳定的功率。
53.自动温度控制包含：热敏电阻、atc电路和tec（半导体制冷器）。自动温度控制电路通过由热敏电阻构成的电桥将激光器芯片温度的变化转换为电流的变化，从而驱动激光器内集成的tec芯片对激光器芯片进行相应的制冷和加热，保持激光器芯片温度的稳定，从而保持输出光波长的稳定。
54.高精度延迟组件包含了高精度光纤延迟线的数控延迟网络，通过高精度延迟组件控制光纤延迟线系统，可实现规定状态的延迟量。
55.高精度延迟组件延时精度的一致性是通过光纤线段长度的制作得到的，采用的制作仪器主要为光纤熔接机，采用的测试仪器主要为高精度适量网络分析仪。选用agilent的pna系列e8363b矢量网络分析仪，其工作频率可达40ghz，时域测量精度可达fs量级。光纤熔接机的主要作用时对截取的两端光纤进行熔接。
56.如图7所示，高精度延迟组件的插入损耗分析如下：对于远距离光纤传输，需要考虑光纤对色散的影响。使用软件可以模拟不同频率的射频信号在通过不同长度的光纤后，因为光纤色散带来的功率变化。
57.图9模拟了射频信号在0~18ghz范围内，通过3km光纤和12km光纤传输所产生的色散祥光功率衰减。可以看出在8~12ghz内，当光纤长度≤3km时，射频信号几乎不受色散影响，不会有明显的功率下降。而我们使用的光纤长度仅为6.67us=1.333km，因此不需要进行色散补偿。
58.电光/光电转换增益可统计为-28db左右，噪声系数41db左右，光纤环损耗约2db，因此链路的插损共计30db，噪声系数≤41db。
59.高精度延迟组件的带内幅度平坦度分析如下：由于光电-电光转换链路自身，在8~12ghz的频段内可以控制在
±
0.75db；但为了获得更好的带内幅度平坦度指标，可通过增益斜率模块进行补偿，以使整个设备的幅度平坦度具有更好的指标。
60.光接收机包含一个光探测器及一个功率放大器，实现光信号的光电转换。
61.光接收机主要担负将光信号转换回电信号的功能，但由于光电、电光的转换过程会带来较大的差错，所以在光接收机内的探测器之后必须加入放大器，以满足技术要求中对输出信号幅度的要求。
62.另外，为了方便用户对接收机的工作状态进行及时监控，还设置了接收机工作状态指示。图5是光接收机的结构示意图。
63.在光探测器中，激光输入后被pin光电二极管探测到，并被它转变回电流。光电二极管的特性由图6所示的响应度曲线给出，曲线的斜率为响应，就一个没有任何阻抗匹配的光电二极管芯片而言，它的典型值大于0.75ma/mw。本实施例中设计的光探测器中的pin光电二极管的相应度约为0.8ma/mw，可满足系统要求。
64.光探测器的噪声经常用等效噪声电流表示，与ein（等效输入噪声）类似，等效噪声电流是光电二极管上rms电流（电流有效值）的理论值，在光探测器内的其它器件不产生噪声的前提下，观察到的噪声将由该电流产生。本系统所用光探测器等效的噪声电流值约为20pa/hz。光探测器的输出纯阻抗约为kω，要与端口50ω阻抗相匹配应做阻抗匹配电路设计。为了补偿光链路的插入损耗以及获得更好的输出阻抗特性，在光探测器依次加入阻抗匹配电路、信号放大电路、增益控制电路和滤波器。
65.光纤延迟线系统的基本工作过程是：射频信号通过光发射机实现信号的电光转换，之后进入高精度光纤延迟组件，在延迟控制系统的控制下，完成规定范围内的延迟控制。根据不同的需求，完成光信号的延迟控制。最后通过接收机将光信号转换为电信号，完成对信号的精确延迟仿真。
66.x波段延迟线系统输入输出频率覆盖8~12ghz，固定延迟时间为2km（6.67us），光纤延迟线链路的增益和噪声系数是链路的基本参数，增益和噪声系数与激光器（ld）的转换效率、光纤损耗、探测器（pd）转换效率、激光器和探测器的阻抗以及链路的负载有关，简化为电光转换
→
光纤环
→
光电转换。
67.电光/光电转换增益可统计为-28db左右，噪声系数41db左右，光纤环损耗约2db，因此链路的插损共计30db，噪声系数≤41db。
68.光纤延迟线部分参与整体指标计算结果如下表所示：表3.光纤延迟线指标计算表x波段延迟线系统的总动态为30db，输入功率为-40~0dbm，当输入功率为-40dbm时，系统不衰减，总体增益55db，当输入功率为0dbm时，系统30db全部开启，经末级放大模块输出后，一路由射频输入模块输出，另一路功分后做为检测使用。为满足上述要求，动态模块为7bit数控衰减，最小步进0.25db，最大步进16db，合计31.5db动态。其衰减特性曲线如图2所示。
69.动态模块包括第一射频放大器、第一数控衰减器、第二射频放大器、第一温补衰减器、第二数控衰减器、第二温补衰减器和固定衰减器，其中，第一数控衰减器和第二数控衰减器作动态调节使用，第一温补衰减器和第二温补衰减器作温度补偿使用，固定衰减器用以调配增益使其获得合适的输出功率，动态模块的指标如下表所示。
70.表4.动态模块指标计算表末级放大模块包括末级功率放大器、低通滤波器和均衡器，均衡器用于补偿平坦度，末级输出功率放大器采用高谐波抑制放大器，当低通滤波器的截止频率为12ghz时，通
过hfss仿真软件对整体链路进行仿真，如图3所示，从图中可以看出，低通滤波器通带为5~12ghz，在16ghz处的谐波抑制达到60dbc以上，满足谐波抑制40dbc的指标要求。
71.功分后的输出功率最大为15dbm，为满足上述要求，末级功率放大器的部分电气性能参数如下表：表5.末级功率放大器电气性能参数表其中，psat为饱和输出功率。
72.根据上表计算末级放大模块链路的增益，末级放大模块的射频输出端与射频输入模块之间连接有一段电缆，需将线缆损耗计入到增益计算，具体如下表所示：表6.末级放大模块链路指标计算由于x波段延迟线系统的整个链路包含多个放大器，合计增益很高，通过在两两放大器之间加衰减器来隔离的形式，避免自激风险。同时该有源标定器采用分模块设计，降低多级放大器在同一个腔体之间直接级联导致自激的概率。
73.x波段延迟线系统的输入输出驻波取决于端口器件本身的驻波，以及接插件的处理水平，通过放大器和衰减前后级进行阻抗匹配，该系统输入端口为低噪声放大器，输出端口为低通滤波器，部分器件的驻波曲线图8、图9所示。
74.由图8可以看出低噪声放大器的输入回波损耗为-14db左右，即驻波为1.5db，由图9可以看出，输出端口功分器的回波损耗在全频段的回波损耗≤-20db，即驻波≤1.22db。满足指标＜1.8db的要求。
75.低噪声放大器温度幅频曲线如图10所示，第一数控衰减器和第二数控衰减器温度幅频曲线均如图11所示，第一射频放大器温度幅频曲线如图12所示，第二射频放大器温度幅频曲线如图13所示，功率放大器温度幅频曲线如图14所示。
76.从图中可以看出，低噪声放大器在-55~ 85℃下增益变化约1.5db，则在-20~ 50℃
下增益变化约0.75db；第一数控衰减器和第二数控衰减器温度幅频曲线在-55~ 85℃下增益变化约0.3db，则在-20~ 50℃下增益变化约0.15db；第一射频放大器在-55~ 85℃下增益变化约1.4db，则在-20~ 50℃下增益变化约0.7db；第二射频放大器在-55~ 85℃下增益变化约1.5db，则在-20~ 50℃下增益变化约0.75db；功率放大器在-55~ 85℃下增益变化约2.4db，则在-20~ 50℃下增益变化约1.2db。
77.整个通道在-20~50℃内增益变化了4.4db，通过第一温补衰减器和第二温补衰减器来补偿增益变化。
78.第一温补衰减器和第二温补衰减器均可以选用型号为wtca2003n7wb2或wtca2005n7wb2的温补衰减器。
79.wtca2003n7wb2温补衰减器的温度系数为n7，补偿效果为3*0.007*70=1.47db。
80.wtca2005n7wb2温补衰减器的温度系数为n7，补偿效果为6*0.007*70=2.94db。
81.上述两种温补衰减器均可在-50~20℃内获得4.41db的增益补偿效果，满足指标需要。
82.数控衰减器是通过温度传感器采集环境温度信息，经模数转换后，将温度信息上传至单片机，从而控制数控衰减器衰减量来实现不同温度下设备的温度稳定性。
83.为了满足使用需求，选取温度检测范围为-55~130的温度传感器，在-20~50℃范围内输出电压的变化范围是1.3~2.1v之间，可以很容易找到适配的ad（数模转换）器件，该温度传感器的输出电压随温度变化的曲线如图15所示。
84.x波段延迟线系统的带内平坦度就是频率在整个微波传输过程，经过微波链路最终输出频率的线性程度，包括频率的转换，彼此器件之间，电路传输线长短的匹配影响情况。
85.为了降低因装配引起的端口匹配不好从而导致带内纹波差的因素，对金丝键合进行了模拟补偿电路的设计。
86.在微波毫米波电路中，金丝键合技术被广泛用于多芯片互联，芯片与无源电路的互联及无源电路之间的互联。然而随着工作频率的升高，由键合线引入的不连续性逐渐显现，并成为影响互联性能的主要因素。为了改善金丝键合线的连接性能，需要采取有效措施补偿键合线引入的不连续性。获取金丝模型的方法包括静态分析法，全波分析法，神经网法等。
87.由于实际压焊金丝过程中，金丝的形状很难精确控制。因此，实际的金丝形状与仿真中的金丝形状会有所差别，从而导致实测驻波比仿真驻波要差。尽管如此，与未经补偿的键合金丝的连接性能相比，经过补偿后的键合线的连接性能还是得到了明显的改善。其中回波损耗至少改善了3db，插入损耗至少改善了1db。
88.下面基于器件本身，对通道平坦度作理论计算如下：0.2（电缆） 0.2（3db衰减器）*2 0.6（第一射频放大器） 0.6（第二射频放大器） 0.2（第三射频放大器） 1（光纤延迟线） 0.5（第一数控衰减器） 0.5（第二数控衰减器） 0.2（第二温补衰减器） 0.2（第三温补衰减器）-0.2（功率放大器） 0.2（低通滤波器） 0.1（功分器） 0.5（电缆）=5db，以上计算不包括带内波纹，此频段带内波纹以往经验设计验证为0.5db。
89.如图16所示，均衡器的指标,在通带内可实现约3db的增益补偿。
90.所以总带内平坦度为5-3（均衡器） 0.5（带内波纹）=2db，满足全频段3db平坦度技术要求。
91.射频链路中，级联系统的噪声特性以第一级的特性为主，因为第二级的作用会由于第一级增益而削弱，其任意级的噪声公式为：
92.低噪声放大器噪声系数曲线如图17所示，第一射频放大器的噪声系数曲线如图18所示，第二射频放大器噪声系数曲线如图19所示，功率放大器噪声系数曲线如图20所示，通过agilent的阻抗软件appcad，仿真得出系统的噪声系数约为30.15db，其仿真结果如图21所示。
93.线极化天线可以用喇叭天线，喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单，频带宽，功率容量大，调整与使用方便。合理地选择喇叭天线尺寸，可以获得很好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣。因此，喇叭天线应用非常广泛，它是一种常见的天线增益测试用标准天线。
94.喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成：一是波导管部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。
95.波导管部分相当于喇叭天线中的馈线，是供给喇叭天线信号的和能量的部分。对工作在厘米波或毫米波段内的面天线，如采用线状馈线，将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上，所以，必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。
96.喇叭天线外形其采用线极化设计，具有辐射效率高和极化隔离度高等优点。
97.喇叭天线测试系统，以灵敏度更高、动态更大的矢量网络分析仪作为整套系统的核心，并使用紧缩场测试环境。发射端使用型号为keysight e8257d作的信号源，然后接标准波纹喇叭馈源天线作为发射天线，照射紧缩场反射面。待测天线作为接收天线置于方位面可旋转的转台之上。待测天线与型号为keysight n9030a的信号分析仪直接相连，接收的测试中频由频率分布单元负责接收并输入至矢网接收机完成检波，检波输出数据传输至pc终端进行软件处理，pc终端还通过控制界面及lan口实现测试参数的设置及对各仪表的程控。
98.喇叭天线的详细指标如表9所示：表9.x波段喇叭天线指标记录表该有源标定器为机箱设计，本实施例中其对外接口表如下：表10.接口列表
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
99.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。