本文深入探討ADI公司剛剛發(fā)布的一款新型相控陣探索平臺：EVAL-CN0566-RPIZ，通常稱為“相位器”。相位器將使我們離更實用的相控陣系統(tǒng)更近一步。它的功能集將允許對波束成形和雷達進行實驗，這是我們無法用2元素冥王星數(shù)字波束成形器涵蓋的原理。

為什么我們需要波束成型器？

對于那些不熟悉這個主題的人，我應該從快速解釋什么是波束形成器以及為什么你可能想要一個開始。關于這兩個話題可以說很多！但很快：目標是在不物理移動天線的情況下操縱天線“波束”。

但是現(xiàn)在想象一下，掃描已經(jīng)完成，不是通過機械移動天線，而是通過電動轉向波束。 這將使我們能夠快速（幾乎立即）將光束定位到我們想要的任何位置。甚至可以創(chuàng)建多個天線波束，每個天線波束都集中在不同的目標上。

波束成型器如何工作？

好的，現(xiàn)在我們想要一個波束成型器。但是我們?nèi)绾沃圃煲粋€呢？基本概念是在陣列中設置多個天線（在一條線上或沿二維平面間隔），然后延遲每個天線元素的計時，以便它們在一個方向上建設性地求和，并在所有其他方向上破壞性地求和。這個概念并不像聽起來那么難，這篇博客文章涵蓋了這個概念。

但是，雖然基本概念很容易理解，但實現(xiàn)起來可能很困難。了解電動可控陣列（ESA）出現(xiàn)的所有問題可能需要一生的研究！我認為學習這個主題的最好方法是物理構建一個并對其進行實驗。ADI公司的設計師Paul Brokaw曾經(jīng)說過：“仿真將回答你提出的問題。實驗室將回答您不知道要問的問題。

介紹相位器！

那么我們?nèi)绾伍_始學習和試驗波束成形器呢？ADALM-PLUTO希望能讓我們對波束成形器的操作有所了解。但僅憑兩個要素，我們只能做這么多。

移相器是一個 8 元件接收陣列，帶有兩個開關發(fā)射器。 它 通常在 10-10.5 GHz 的頻率范圍內(nèi)運行，但通過連接到您自己的外部天線，它可以在 8 到 14 GHz 的任何地方運行。 整個系統(tǒng)的框圖如下所示：

相位器內(nèi)部有什么？

接收天線陣列集成到移相器的PCB中。8 個接收天線中的每一個都是一排 4 個獨立天線元件的總和。因此，我們最終得到一個 8 元素、線性、均勻間隔的天線陣列。

這8個接收天線中的每一個都使用常用的ADAR10波束成形器芯片在RF頻率（即~1000 GHz）下單獨調(diào)整增益和相位。ADAR1000同時能夠發(fā)送和接收。但為了保持相位器的成本較低，我們只實現(xiàn)了接收部分。ADAR1000的目的是調(diào)整每個元件接收信號的相位和增益，以便我們可以將信號連貫地組合到我們想要控制天線的方向。

然后，兩個ADAR1000的輸出由非常通用的ADALM-PLUTO進行數(shù)字化。但是由于冥王星的最大頻率是6 GHz，我們必須首先從10 GHz混頻到冥王星的頻率范圍內(nèi)。這可通過 LTC5548 混頻器實現(xiàn)。由于我們使用混頻器，因此需要一個頻率源來驅(qū)動混頻器的LO端口。該LO使用ADF4159 PLL和HMC735 VCO在移相器的PCB上生成。ADF4159可以產(chǎn)生調(diào)頻“線性調(diào)頻”。我們不需要啁啾聲來進行基本的波束成形，但是當我們談論將相位器用于雷達應用時，它們將非常有用。

相位器還可以在兩個端口上傳輸 10-10.5 GHz 波形：OUT1 和 OUT2。但是，這些是交換端口 - 而不是接收端那樣的相位同步通道。切換通道允許我們構建一種稱為“虛擬陣列”的東西 - 希望我們將在以后的博客中介紹。

將所有這些結合在一起，就形成了一個緊湊且易于使用的相控陣實驗平臺：

在相位器上學到的所有知識都可以應用于更真實的波束成形解決方案，如ADI公司的X波段相控陣開發(fā)人員套件或Quad MxFE開發(fā)平臺。

結論

在接下來的幾篇博客文章中，我將進一步探討如何使用相位器來試驗各種波束成形原理： 光柵瓣、光束斜視、單脈沖跟蹤、零轉向、FMCW 雷達、雷達目標檢測等。我將展示Phaser如何成為ESA設計的自然開端，并允許從創(chuàng)新到原型設計再到生產(chǎn)的順利進行。

審核編輯：郭婷