电子学报 ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (12): 2331-2337.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.12.007

所属专题: 微波器件

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一种基于电荷泵锁相环的高精度数字移相方法

唐跞, 丁满来, 王雪梅, 曲佳萌, 温智磊   

  1. 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
  • 收稿日期:2019-09-19 修回日期:2020-03-30 出版日期:2020-12-25 发布日期:2020-12-25
  • 作者简介:唐跞 男,1988年4月出生于四川省广元市,硕士.现为中国科学院空天信息创新研究院助理研究员,从事芯片化雷达微系统方面的研究工作.E-mail:tangli003559@aircas.ac.cn;丁满来 男,1982年5月出生于山西省朔州市,博士.现为中国科学院空天信息创新研究院博士后,从事芯片化雷达总体技术方面的研究工作.E-mail:dingml@aircas.ac.cn;王雪梅 女,1988年11月出生于内蒙古自治区赤峰市,硕士.现为中国科学院空天信息创新研究院工程师,从事雷达天线技术方面研究工作.E-mail:wangxm003775@aircas.ac.cn;曲佳萌 女,1992年7月出生于河北省保定市,硕士.现为中国科学院空天信息创新研究院助理研究员,从事雷达数字信号处理方面的研究工作.E-mail:qujm@aircas.ac.cn;温智磊 男,1988年2月出生于辽宁省朝阳市,硕士.现为中国科学院空天信息创新研究院助理研究员,从事雷达硬件研发方面的研究工作.E-mail:wenzl@aircas.ac.cn

A High Precision Digital Phase Shift Method Based on Charge Pump Phase-Locked Loop

TANG Li, DING Man-lai, WANG Xue-mei, QU Jia-meng, WEN Zhi-lei   

  1. National Key Laboratory of Microwave Imaging Technology, Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
  • Received:2019-09-19 Revised:2020-03-30 Online:2020-12-25 Published:2020-12-25

摘要: 移相器是相控阵雷达的核心器件,随着工作频率的逐步提升,传统移相器的插入损耗和相位控制误差恶化严重,导致额外增加的功耗及波束性能变差.本文基于电荷泵锁相环(Charge Pump Phase-Locked Loop,CP-PLL)开展了高精度数字移相方法的研究.在分析CP-PLL相位数学模型与移相机理的基础上,提出了通过数控电流源的方法实现对输出信号相位的精确控制,建立电路模型开展仿真分析,并设计了实验电路模块,通过仿真和实测的对比验证了该方法的有效性和精确性,实现了移相步进优于1°,移相精度优于移相值的10%.该CP-PLL可通过作为本振信号或直接产生发射信号应用于相控阵雷达系统中,具有精度高、功耗低、易集成等特点,从而取代移相器,有效提升相控阵雷达的性能.

关键词: 相控阵雷达, 移相器, 电荷泵锁相环, 数字移相, 数控电流源, 集成电路

Abstract: Phase shifter is the core device of phased array radar(PAR).With the gradual increase of the working frequency,the insertion loss and phase control error of the traditional phase shifter get worsen seriously,resulting in additional power consumption and poor beam performance.In this paper,a high-precision digital phase shifting method based on CP-PLL is investigated.Based on the analysis of CP-PLL mathematical model and phase-shifting mechanism,the method of numerical control current source is proposed to realize the accurate control of the output signal phase,the circuit model is established to carry out simulation analysis,and the experimental circuit module is designed.The effectiveness and accuracy of the method are verified by the comparison of simulation and measurement.The results show that the phase-shifting step is better than 1°,and the accuracy is better than 10% of the phase-shifting value.The CP-PLL can be used in PAR as a local oscillator or as a direct transmitter signal.It has the characteristics of high precision,low power consumption and easy integration,which can replace the phase shifter and effectively improve the performance of PAR.

Key words: phased array radar, phase shifter, charge pump phase-locked loop, digital phase shift, numerical controlled current source, integrated circuit

中图分类号: