磁通激勵鐵氧體移相器「零相移剩磁工作點」選擇方法

2023-10-04 04:16:39 1

專利名稱：：磁通激勵鐵氧體移相器「零相移剩磁工作點」選擇方法
技術領域：
：本發明屬於微波/毫米波
技術領域：
，具體涉及一種磁通激勵鐵氧體移相器"零相移剩磁工作點"選擇方法，應用於相控陣天線系統，實現天線固定指向波束的收、發互易和移相器的寬溫相移誤差補償。
背景技術：
：(一)某相控陣雷達系統對所採用的磁通激勵非互易鐵氧體移相器提出確保相控陣天線在某固定波束指向實現發、收互易技術要求，要滿足這一技術指標要求，當所有移相器被激勵到發方向零相移剩磁工作點時，其發、收方向對應的插入相移分布規律應該相同。傳統的磁通激勵非互易移相器，其發方向的零相移剩磁工作點取圖1中的T點，即負向最大剩磁點。如果用&(i=l，2，…，N)表示第i只移相器在發方向零相移剩磁工作點對應的發方向插入相移，用&,.(i=l，2，…，N)表示第i只移相器在發方向零相移剩磁工作點對應的收方向插入相移，那麼=&+Apmax,，其中Apmax,.為第i只移相器的最大差相移。為了便於比較所有移相器的發、收方向插入相移分布規律，不妨用1=1的第1隻移相器進行插入相移歸零處理，即得發、收方向各器件相對插入相移分別為^77二9V,—Pn(。9>,=—Pw=(9V,.—Pn)+(A^ma"—A^maxl)(2)嚴格從理論角度講，如果所有移相器的物理結構完全一樣，則A^^,.二Ap，，，從而有&,'=^,.'，g卩發、收方向對應的插入相移分布規律完全相同。在工程實際中，由於鐵氧體材料參數、鐵氧體和波導的加工裝配誤差等均存在不一致性，所有移相器的最大差相移很難保持一致，即Apmax,.與Apmaxl會存在較大差別。實際測量得到的50隻移相器最大差相移值A^^,.如表1所示，從中可以看出，各移相器的A^^.存在較大差別(最大差值約80°)。由此可見，在工程實際中，很難保證批量移相器發、收方向插入相移分布規律的一致性，從而很難實現固定指向天線波束的發、收互易功能。3表l測量得到的50隻移相器最大差相移值Ap,，tableseeoriginaldocumentpage4(二)相控陣天線系統一般要求所用的磁通激勵鐵氧體移相器能夠在較寬的溫區內滿足移相精度要求，而與移相精度密切相關的鐵氧體材料的飽和磁化強度參數會隨溫度發生較大變化，這給移相器實現寬溫區工作帶來了很大困難。圖2是不同環境溫度下測試得到的某磁通激勵移相器差相移隨置位電流值的變化曲線，從中可以看出，在絕大多數置位電流點，相移值隨環境溫度會產生較大變化，如果不採取特殊措施，常規要求的移相精度指標根本不能保證。為此，人們提出了磁通反饋驅動方式，將相移值隨環境溫度的變化量大大減小，即便如此，對某些相控陣雷達所需的移相器的移相精度指標仍不能滿足寬溫區工作要求。
發明內容本發明的目的是克服現有技術之不足，提供一種新的"零相移剩磁工作點"選擇方法，很方便地實現固定指向天線波束的收、發互易和寬溫相移誤差補償。實現本發明目的的技術方案是選擇剩磁為零的點(圖1中的"0"點)作為磁通激勵移相器的"零相移剩磁工作點"，移相器在該剩磁點具有互易特性，其發方向插入相移^,.和收方向插入相移&,完全相同，由(1)、(2)式得^,'=^,'，即發、收方向對應的插入相移分布規律完全相同，從而可確保相控陣天線在固定波束零度實現發、收互易和對移相器進行寬溫相移誤差補償。所述磁通激勵移相器選擇"零相移剩磁工作點"的實現過程如下1)在所有剩磁工作點上，對移相器在收、發兩個方向的插入相移分別進行測量；2)對每一個剩磁工作點對應的收、發兩個方向的插入相移進行比較，如果相等，即表明該點剩磁為零，可選為"零相移剩磁工作點"；得到在收、發方向插入相移的分布規律。3)用選擇的"零相移剩磁工作點"對應的移相器傳輸態作為零相移參考態，按照數字式移相器的步進要求對差相移值進行標定測量和控制碼裝訂，實現數字式移相器在收、發方向插入相移分布規律相一致。本發明選擇零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"，能夠對溫度變化引起的相移誤差進行有效補償，確保移相器在寬溫區實現較高的移相精度。由圖2可以看出，不同溫度下差相移隨激勵電流的變化曲線均存在一段線性區，並且線性區直線斜率基本一致，如果選擇零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"，並確保線性區移相範圍不小於360。(為了不影響其它性能，可將線性區移相範圍控制在360°400°之間)，就可使不同溫度對應的相移值隨激勵電流的變化曲線在有效移相範圍內(線性區內)趨於重合，從而可使溫度變化引起的相移誤差大大減小。與現有技術相比較本發明具有如下技術特徵1.突破以最大剩磁點作為"零相移剩磁工作點"的傳統模式，選擇剩磁為零的點作為磁通激勵移相器"零相移剩磁工作點"，使移相器在該零相移剩磁點具有互易特性，從而實現相控陣天線在固定波束零度指向的發、收互易。2.本發明選擇零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"，能夠對溫度變化引起的相移誤差進行有效補償，從而可使溫度變化引起的相移誤差大大減小。確保移相器在寬溫區實現較高的移相精度。滿足了相控陣天線系統對所用的磁通激勵鐵氧體移相器能夠在較寬的溫區內的移相精度要求。圖1磁通激勵移相器剩磁工作點示意圖圖2不同環境溫度下測試得到的某磁通激勵移相器差相移隨置位電流值的變化曲線具體實施例方式本發明以在某8mm波段五位數字式鐵氧體移相器中的具體實施為例，說明本發明的技術方案。該移相器採用磁通反饋驅動方式，相應驅動控制電路內部採用8位二進位碼對各剩磁工作點進行量化，測試中每一個8位二進位碼對應一個剩磁工作點。按照上述"零相移剩磁工作點"選擇方法的實現過程，首先對每一個8位二進位碼對應的收、發兩個方向的插入相移分別進行測量，部分測量結果如表2。從中可以看出，64(H)碼對應的收、發方向插入相移近似相等，相應的剩磁點即為該移相器的"零相移剩磁工作點"。以內部8位二進位控制碼64(H)為零相移參考態，按五位移相器的差相移步進要求，對所需32個激勵狀態的差相移值進行標定測量和內部8位碼裝訂，可得到如表3所示的五位移相器相移精度測量結果(常溫環境)。為了便於比較，按上述方法測量50隻移相器在"零相移剩磁工作點"上收、發方向的插入相移，測量結果見表4。從表4可以看出，小批量器件收、發方向插入相移的分布規律一致性可控制在2°以內，說明選擇內部8位二進位控制碼64(H)為零相移剩磁工作點所獲得的收、發方向插入相移的分布規律一致性較好。進一歩比較表1和表4可以看出，選擇零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"，可以確保發、收方向對應的插入相移分布規律趨於相同，從而為相控陣天線在固定波束零度指向實現發、收互易提供保證。表2某移相器8位二進位控制碼與收、發方向插入相移測量結果對照表tableseeoriginaldocumentpage667(H)253.3°241.2oE7(H)527.0°22.4°6F(H)270.2e224.3°EF(H)536.1°16.0°77(H)287.0°208.1°F7(H)542.4°11.5°7F(H)303.1°193.0°FF(H)547.5°8.0°表3常溫環境下測量得到的五位移相器差相移值及移相精度(零相移工作點為零剩磁點)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)0078.7577.6157.5159.3236.2523531531411.259.89088.6168.75169.7247.5245326.25324.722.523101.2599.7180179.2258.75257.2337.533633.7533.3112.5111.3191.25189.5270269348.75350.64544.3123.75122.6202.5200.7281.25279.8均方根誤差56.2556.7135134.5213.75210.6292.5291.81.43。67.567.6146.25144.5225222.5303.75304表450隻移相器零剩磁參考態收、發方向插入相移測量結果對照表器件序號發方向收方向器件序號發方向收方向插入相移插入相移插入相移插入相移1101Q101°2676o76o249o49e2783o85o381o81o2882o8111477Q76o2978e7611580o79e3010713105°671o71o3175e74o777o76o3271a71o878o77o3388Q87Q988o88o3494o93o1074Q76o3575a73o711137°138°3663o63Q12104°105°37104°105°1371o70Q38100°99o1459o60e39112°113°1591o92o4089a89Q16129°130°4145Q46a17107°106°4273o73o1890o90Q4392Q91。1981Q81o4486o87o20691570e45103。102o21118°117°4676o75o22941592o47116°115°2396o95e4871o70Q2488.5°87Q4974o73o2589Q88o5064o64o為了便於比較上述"零相移剩磁工作點"選擇方法對寬溫區相移誤差的補償作用，先給出按傳統方法得到的高、低溫環境下五位移相器差相移精度測量結果，見表5和表6;再給出以零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"時高、低溫環境下五位移相器差相移精度測量結果，見表7和表8。表5的差相移值均方根誤差為9.42°，表7差相移值均方根誤差為4.42°，表6差相移值均方根誤差為8.53°，表8差相移值均方根誤差為2.92°，可以看出，將表5與表7差相移值均方根誤差對比，及表6與表8的差相移值均方根誤差對比，可以看出，在相同溫度環境下，採用本發明方法的以剩磁為零的點作為"零相移剩磁工作點"，可大大減小寬溫區相移誤差、提高移相精度。表5高溫(55°C)環境下測量得到的差相移值及移相精度(零相移工作點為最大剩磁點)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)標稱值差相移(度)0078.7586.7157.5163.2236.25247315325.78tableseeoriginaldocumentpage9表6低溫(-40'C)環境下測量得到的差相^多值及移;tableseeoriginaldocumentpage9表7高溫(55°C)環境下測量得到的差相移值及移相精度(零相移工M;點為零剩磁點)tableseeoriginaldocumentpage9表81[氏溫(-4(TC)環境下測量得到的差相移值及移相精度(零相移工作點為零剩磁點)tableseeoriginaldocumentpage90078.7579,1157.5158.9236.25232.2315313.611,2511.79090.6168.75166.7247.5242.3326.25324.222,525101.25102.5180175,6258.75255.2337.5335.633.7535.2112.5114.8191.25186.5270267.2348.75350.34545.8123.75126,1202.5197.7281.25278均方根誤差56.2557.2135138.1213.75'207.4292.5290,82.92。67.568.6146.25149225219.5303.75303.710權利要求1.一種磁通激勵鐵氧體移相器「零相移剩磁工作點」選擇方法，其特徵在於在非互易磁通激勵鐵氧體移相器中，選擇剩磁為零的點作為磁通激勵移相器「零相移剩磁工作點」，使移相器在該剩磁點具有互易特性，所對應的發、收方向插入相移分布規律完全相同，從而確保相控陣天線在固定波束零度指向實現發、收互易和對移相器進行寬溫相移誤差補償。2.根據權利要求1所述的磁通激勵鐵氧體移相器"零相移剩磁工作點"選擇方法，其特徵在於所述選擇"零相移剩磁工作點"的實現過程如下①在所有剩磁工作點上，對移相器在收、發兩個方向的插入相移分別進行測量；②比較每一個剩磁工作點對應的收、發兩個方向的插入相移值，如果相等，即表明該點剩磁為零，可選為該移相器的"零相移剩磁工作點"；③用選擇的"零相移剩磁工作點"對應的移相器傳輸態作為零相移參考態，按照數字式移相器的步進要求對差相移值進行標定測量和控制碼裝訂，實現數字式移相器在收、發方向插入相移分布規律相一致。3.根據權利要求1所述的磁通激勵鐵氧體移相器"零相移剩磁工作點"選擇方法，其特徵在於通過在非互易磁通激勵鐵氧體移相器中，選擇零剩磁點作為"零相移剩磁工作點"，並確保在不同溫度下，差相移隨激勵電流的變化線性區範圍在360°400°之間，可使不同溫度對應的相移值隨激勵電流的變化在此線性區內趨於重合，使溫度變化引起的相移誤差減小，滿足相控陣天線對寬溫區內的移相精度要求。全文摘要本發明涉及一種磁通激勵鐵氧體移相器「零相移剩磁工作點」選擇方法，該方法突破以最大剩磁點作為「零相移剩磁工作點」的傳統模式，在非互易磁通激勵鐵氧體移相器中，選擇剩磁為零的點作為磁通激勵移相器「零相移剩磁工作點」，使移相器在該剩磁點具有互易特性，所對應的發、收方向插入相移分布規律完全相同，從而確保相控陣天線在固定波束零度實現發、收互易，使移相器寬溫區相移誤差大大減小、移相精度顯著提高。文檔編號H01Q3/34GK101587988SQ200910022668公開日2009年11月25日申請日期2009年5月25日優先權日2009年5月25日發明者餘增強,張蔚華,景楊,江承財,高昌傑申請人:中國兵器工業第二○六研究所