荣 笑，王 培，刘晓磊

（中国电子科技集团公司 第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

0 引 言

相控阵天线具备波束无惯性快速扫描、多波束独立可控、抗干扰能力强以及可靠性高等优点，在航天、雷达、卫星通信等领域应用广泛[1,2]。但相控阵天线同时存在结构复杂度高、软硬件设计技术要求高等问题，尤其当天线阵列规模较大、波束较多时，单一控制单元无法满足系统的复杂需求，需要多个控制单元协作完成系统功能。此时，如何对系统进行软硬件架构设计，以在满足系统复杂需求的同时使各功能单元合理互联且协作良好变得尤为重要。从系统应用需求角度出发，提出一种适用于大规模相控阵天线系统的分布式即插即用软硬件设计方案。

1 方案设计

1.1 问题分析

图1是目前被广泛使用的一种软硬件设计方案，采用的是微控制单元（Micro Control Unit，MCU）加现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）的架构[3,4]。其中，FPGA1、FPGA2、……、FPGAn用于控制波束扫描，而MCU用于实现天线系统功能，MCU和波束控制单元之间通过FPGA进行串并转换。

从图1可以看出，该方案架构简单、易于实现，适用于小规模相控阵天线。但当天线阵列规模较大、系统功能较复杂时，该方案的缺点便突显出来。一是全部系统控制功能集中在一个单元内部，对该单元可靠性要求极高，随着系统功能复杂度提高，MCU软件设计复杂度也随之提高；二是方案中未考虑相控阵天线的多波束功能，仅能通过修改MCU软件来满足多波束使用需求，给软件设计带来了大量的重复工作；