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Phase shifter system using vector modulation for phased array radar applications
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Abstract
This work presents the design and implementation of a complete X-band phase shifter system using vector (polar) modulation, suitable for solid-state phased array radar applications, providing a cost effective solution which overcomes the main constraints involved with traditional systems. The performance characteristics for three intermediate frequencies (150MHz, 440MHz, 850MHz) are shown. The three cases present similar response. It was found that the errors were minimal for gain setpoints above -20dB providing a reliable dynamic range of about 20dB. The gain error is less than Âą1.5dB and the phase error is Âą17 degrees maximum. It can be observed that the lower the gain setpoint the higher the overall error, also the phase error is higher at phase setpoints near 0 and 180 degrees, likewise the gain error is higher at phase setpoints near Âą90 degrees. The effect of the phase shifterâs error in the main beam direction, beamwidth and side lobe level for a linear array is analyzed along a scanning angle of 90 degrees around broadside, using a 20 elements Chebyshev distribution. It is shown that designing for a desired SLL=-30dB, the main beam pointing direction error is almost negligible with a maximum beam deviation of 0.25 degrees. The side lobe level error is less than 5dB and the 3dB beamwidth error is lower than Âą0.2 degrees. A four channel prototype was built to evaluate the network connectivity of the phase shifter and finally an X-band image reject mixer is added to verify its operation at X-band frequencies.
Este trabajo presenta el diseĂąo e implementaciĂłn de un sistema completo de desplazamiento de fase en banda X empleando modulaciĂłn vectorial (polar), adecuado para aplicaciones en radares de estado sĂłlido que utilizan arreglos de fase. El sistema proporciona una soluciĂłn costo efectiva la cual supera las principales restricciones involucradas en sistemas tradicionales. Se muestran las caracterĂsticas de desempeĂąo a tres frecuencias intermedias (150MHz, 440MHz, 850MHz), las cuales presentan respuesta similar. Se encontrĂł que los errores fueron mĂnimos para ganancias por encima de -20dB proporcionando un rango dinĂĄmico confiable de alrededor de 20dB. El error en ganancia es menos de Âą1.5dB y el error en fase es de Âą17 grados mĂĄximo. Puede observarse que cuanto mas baja es la ganancia mas alto es el error global, tambiĂŠn, el error en fase es mas alto para fases cercanas a 0 y 180 grados, del mismo modo, el error en ganancia es mas alto para fases cercanas a Âą90 grados. El efecto del error del desplazador de fase en la direcciĂłn del haz principal, el ancho del haz y el nivel de lĂłbulos laterales es analizado para un arreglo lineal, en un rango de escaneo de 90 grados alrededor de broadside. Se usĂł una distribuciĂłn Chebyshev para 20 elementos y se muestra que diseĂąando para un SLL=-30dB, el error en la direcciĂłn del haz principal es casi despreciable con una desviaciĂłn mĂĄxima de 0.25 grados. El error en el nivel de lĂłbulos laterales es menos de 5dB y el error en el ancho del haz es mas bajo que Âą0.2 grados.
Este trabajo presenta el diseĂąo e implementaciĂłn de un sistema completo de desplazamiento de fase en banda X empleando modulaciĂłn vectorial (polar), adecuado para aplicaciones en radares de estado sĂłlido que utilizan arreglos de fase. El sistema proporciona una soluciĂłn costo efectiva la cual supera las principales restricciones involucradas en sistemas tradicionales. Se muestran las caracterĂsticas de desempeĂąo a tres frecuencias intermedias (150MHz, 440MHz, 850MHz), las cuales presentan respuesta similar. Se encontrĂł que los errores fueron mĂnimos para ganancias por encima de -20dB proporcionando un rango dinĂĄmico confiable de alrededor de 20dB. El error en ganancia es menos de Âą1.5dB y el error en fase es de Âą17 grados mĂĄximo. Puede observarse que cuanto mas baja es la ganancia mas alto es el error global, tambiĂŠn, el error en fase es mas alto para fases cercanas a 0 y 180 grados, del mismo modo, el error en ganancia es mas alto para fases cercanas a Âą90 grados. El efecto del error del desplazador de fase en la direcciĂłn del haz principal, el ancho del haz y el nivel de lĂłbulos laterales es analizado para un arreglo lineal, en un rango de escaneo de 90 grados alrededor de broadside. Se usĂł una distribuciĂłn Chebyshev para 20 elementos y se muestra que diseĂąando para un SLL=-30dB, el error en la direcciĂłn del haz principal es casi despreciable con una desviaciĂłn mĂĄxima de 0.25 grados. El error en el nivel de lĂłbulos laterales es menos de 5dB y el error en el ancho del haz es mas bajo que Âą0.2 grados.
Description
Date
2006