一種星載大型相控陣天線波束控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載天線載荷測控技術(shù)，尤其涉及的是一種星載大型相控陣天線波束控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣天線系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)航以及電子對抗等工程技術(shù)領(lǐng)域。相控陣天線系統(tǒng)的基本原理是對相控陣天線陣列的各個陣元上發(fā)射和接收信號的幅度和相位進(jìn)行控制，使得在空間合成的波束指向特定的方向，或者在某些特定的方向形成零陷。具有波束指向靈活、方向圖可綜合性等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]相控陣天線克服了機(jī)械方法旋轉(zhuǎn)天線慣性大、速度慢的缺點(diǎn)，采用計(jì)算機(jī)控制饋電相位、變化速度快(毫秒級)，控制靈活，可配合大系統(tǒng)完成多種工作模式，合理地將天線輻射的能量在空間最大化利用，提高大系統(tǒng)的工作效能。因相控陣天線的巨大優(yōu)勢，以及在地面雷達(dá)和空中機(jī)載平臺的成熟應(yīng)用，近年來，也逐漸將相控陣天線應(yīng)用到衛(wèi)星平臺，并且由較小規(guī)模的天線陣元向大規(guī)模天線陣列發(fā)展。但是由于衛(wèi)星平臺所處的環(huán)境和地面及低空平臺完全不同，特別是面臨空間高能粒子輻射、宇宙射線的影響，電子設(shè)備容易產(chǎn)生電離總劑量損傷、各種單粒子效應(yīng)(如:單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子瞬態(tài)、單粒子閂鎖、單粒子功能中斷)，造成電子設(shè)備功能失常，甚至產(chǎn)生永久性的失效。同時(shí)空間電子設(shè)備還要求低重量、小體積、低熱耗設(shè)計(jì)。要求生命周期內(nèi)在軌可靠工作、免維護(hù)。因此，地面平臺上用于相控陣天線的波束控制單元已經(jīng)完全不符合星載環(huán)境的使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種星載大型相控陣天線波束控制裝置，能夠適應(yīng)空間高能粒子輻射、避免電子設(shè)備表面充放電。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括衛(wèi)星平臺數(shù)管計(jì)算機(jī)，波束控制計(jì)算機(jī)，多個波束控制單元、C波段T/R組件、C波段延時(shí)放大組件、L波段T/R組件和L波段延時(shí)放大組件；所述衛(wèi)星平臺數(shù)管計(jì)算機(jī)將波束指向數(shù)據(jù)(β，α)發(fā)送給波束控制計(jì)算機(jī)，所述波束控制計(jì)算機(jī)根據(jù)波束指向方位數(shù)據(jù)得到波控碼，并將波控碼和工作時(shí)序一起發(fā)送到各個波束控制單元，所述每個波束控制單元接收到波控碼和工作時(shí)序后，對波控碼進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)證，將每個T/R組件的波控碼相累加，累加得到的校驗(yàn)碼與波束控制單元接收到的校驗(yàn)碼相比較，如果相符，則將對應(yīng)通道的波控碼和工作時(shí)序提取并按照各個組件的數(shù)據(jù)格式要求重組后，然后轉(zhuǎn)發(fā)至該波束控制單元對應(yīng)的C波段T/R組件、C波段延時(shí)放大組件、L波段T/R組件和L波段延時(shí)放大組件，每個T/R組件接收到波控碼后，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，將每個碼值送給被控器件的移相器和衰減器，按照工作時(shí)序要求，完成整個天線陣面的波束指向切換。
[0006]所述波控碼為:根據(jù)波束指向角，計(jì)算出天線陣面上每個移相器的移相碼、衰減器的衰減碼、延時(shí)放大器的延時(shí)碼，并與天線陣面在上電初始化過程中得到的校驗(yàn)碼相加，消除每個通道的不一致性，最后得到每個移相器的移相碼、衰減器的衰減碼和延時(shí)線的延時(shí)碼，統(tǒng)稱波控碼。
[0007]所述波束控制單元包括反熔絲FPGA芯片、Α/D轉(zhuǎn)換芯片、差分信號輸入輸出驅(qū)動模塊、多組保險(xiǎn)絲電路和儲能電容；所述差分信號輸入輸出驅(qū)動模塊包括差分接收電路和差分發(fā)送電路，所述反熔絲FPGA芯片通過差分接收電路從波束控制計(jì)算機(jī)接收波控碼，A/D轉(zhuǎn)換芯片將采集的C波段電源和L波段電源及天線陣面不同位置的溫度數(shù)據(jù)送入反熔絲FPGA芯片，所述反熔絲FPGA芯片進(jìn)行字頭判別、校驗(yàn)和檢查，如果都正確無誤，再從接收到的波控碼中提取每個T/R通道的數(shù)據(jù)，根據(jù)C波段組件、L波段組件數(shù)據(jù)協(xié)議要求，在反熔絲FPGA芯片內(nèi)部完成數(shù)據(jù)的拼接和重組，最后將每個通道的波控碼按照時(shí)鐘節(jié)拍串行發(fā)送至對應(yīng)的T/R組件，反熔絲FPGA芯片按照規(guī)定的協(xié)議將狀態(tài)信息通過差分發(fā)送電路上傳到波束控制計(jì)算機(jī)，多組保險(xiǎn)絲電路依次串聯(lián)在C波段T/R組件的+9V電源上，儲能電容并聯(lián)在C波段T/R組件的+9V電源上。
[0008]所述波控碼數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿發(fā)送，T/R組件在時(shí)鐘的上升沿采集串行數(shù)據(jù)。
[0009]所述反熔絲FPGA芯片的原型驗(yàn)證方法如下:首先對反熔絲器件設(shè)計(jì)文件編譯生成網(wǎng)表文件，然后將生成的網(wǎng)表文件轉(zhuǎn)換成基于flash工藝的ProAsic芯片的網(wǎng)表，使得反熔絲芯片和原型適配器flash芯片的時(shí)序匹配，同時(shí)進(jìn)行兩種芯片的引腳轉(zhuǎn)換。完成反熔絲芯片前期的原型驗(yàn)證后，就可以將真正的反熔絲芯片落焊到電路板上。由于封裝完全一致，波束控制單元無需改版，極大地縮短了開發(fā)周期、降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]所述反熔絲FPGA芯片的型號為A54SX72A-CQ208B。
[0011]所述波束控制單元共54個，波束控制計(jì)算機(jī)與整個天線陣面共計(jì)9個接口，每個接口連接6個波束控制單元，每個波束控制單元控制12個C波段T/R組件、4個C波段延時(shí)放大組件、8個L波段T/R組件和4個L波段延時(shí)放大組件，將12個C波段T/R組件分成4組，每組包含3個C波段T/R組件和I個C波段延時(shí)放大組件，將8個L波段T/R組件分成2組，每組包括4個L波段T/R組件和2個L波段延時(shí)放大組件。
[0012]所述每個波束控制單元與波束控制計(jì)算機(jī)和各個T/R組件之間采用RS422差分總線方式傳輸數(shù)據(jù)，采用一驅(qū)多的連接方式，即發(fā)送源端一路信號，驅(qū)動多路接收端，在最遠(yuǎn)端并接匹配電阻。
[0013]所述Α/D轉(zhuǎn)換芯片有兩個，選用TLC2543作為Α/D轉(zhuǎn)換芯片，一個用以采集C波段T/R組件電源-5V、9V和天線陣面各個位置的溫度，另一個用以采集L波段T/R組件電源-5V、+5V、28V。
[0014]所述每組保險(xiǎn)絲電路和儲能電容包括兩個保險(xiǎn)絲保護(hù)電路和三個大容量儲能電容，保險(xiǎn)絲電路串聯(lián)在C波段T/R組件+9V電源上，三個大容量儲能電容并聯(lián)在C波段T/R組件+9V電源上，所述兩個保險(xiǎn)絲保護(hù)電路中，其中的一個保險(xiǎn)絲保護(hù)電路串聯(lián)大功率電阻后再與另一個保險(xiǎn)絲保護(hù)電路并聯(lián)。
[0015]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了相控陣天線由地面平臺跨越到衛(wèi)星平臺的應(yīng)用，完成了二維大型相控陣的波束電掃描控制。本發(fā)明能夠滿足火箭點(diǎn)火上升階段的劇烈震動，空間復(fù)雜環(huán)境下，特別是空間高能粒子輻射、真空條件下可靠應(yīng)用，整個波束控制單元電路板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和貼片嚴(yán)格按照航天工藝流程，選用具有抗輻射指標(biāo)的高質(zhì)量等級器件，無孤立大面積金屬導(dǎo)體、單機(jī)之間連接線纜采用雙點(diǎn)雙線，集成電路電源端加限流電阻、板上加金屬加強(qiáng)筋、超過300mw的器件傳導(dǎo)散熱、表貼器件需要點(diǎn)膠固定。星載大型相控陣天線波束控制單元，可廣泛應(yīng)用于通信衛(wèi)星、測量衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星等領(lǐng)域。具有小體積、低重量、高可靠特點(diǎn)，滿足星載電子設(shè)備在軌工作時(shí)間長，不可維修的要求。
【附圖說明】
[0016]圖1是整個天線陣面三級波束控制流程框圖；
[0017]圖2是波束控制計(jì)算機(jī)與波束控制單元之間的接口網(wǎng)絡(luò)圖；
[0018]圖3是每個波束控制單元控制4種T/R組件和延時(shí)放大器的示意圖；
[0019]圖4是波束控制單元的組成框圖；
[0020]圖5是圖4中ACTEL反熔絲FPGA原型驗(yàn)證流程圖；
[0021]圖6是圖4中Α/D轉(zhuǎn)換芯片的原理圖；
[0022]圖7是圖4中RS422差分信號接收電路原理圖；
[0023]圖8是圖4中RS422差分信號發(fā)送電路原理圖；
[0024]圖9是圖4中大容量儲能電容和保險(xiǎn)絲保護(hù)電路原理圖；
[0025]圖10是圖4中波束控制單元與波控計(jì)算機(jī)的通訊時(shí)序示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0027]如圖1所示，本實(shí)施例包括衛(wèi)星平臺數(shù)管計(jì)算機(jī)1，波束控制計(jì)算機(jī)2，多個波束控制單元3、C波段和L波段T/R組件4、被控器件的移相器和衰減器；C波段和L波段T/R組件4包括C波段T/R組件、C波段延時(shí)