CN114039207A - 一种高集成度的串馈式圆极化校正网络及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种高集成度的串馈式圆极化校正网络及其工作方法,属于相控阵天线技术领域,解决传统的串馈式校正网络不具备圆极化形成功能、不适用于圆极化相控阵天线***的问题;本发明的技术方案在结构上实现校正网络与圆极化电桥的三维集成,从而减小了连接器和电缆组件数量,降低了馈线损耗,减小了体积、重量、成本,同时提高了可靠度;在功能上同时实现天线的双圆极化辐射和串馈校正;将圆极化电桥内嵌于校正介质板的矩形掏空中,实现了圆极化电桥与校正耦合器的分离设计,可以对任意的圆极化电桥实现独立更换,提高可维修性;具有耦合度可控的优点,通过调节斜耦合孔的尺寸,达到调控耦合度的目的;采用耦合带状线结构,有效地隔绝外界干扰。
Description
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域,具体涉及一种高集成度的串馈式圆极化校正网络及其工作方法。
背景技术
为防止电磁波穿透电离层时法拉第旋转效应带来的极化失配损失,要求天线具有圆极化的性能,且同一天线阵面在接收模式与发射模式下同时工作,这就要求天线具备双圆极化的工作能力。
相控阵天线***由于器件的不一致性、制造公差、装配公差等多种原因,各通道必然存在初始幅度和相位误差,所以必须对相控阵天线***进行校正,即对各通道的初始幅相特性进行准确测量,得出与理想幅相分布之间的误差,然后通过调整各通道的幅相分布进行补偿,以使整个天线达到设计要求的最佳技术状态。通道幅度和相位校正是通过校正网络来实现的。因此对于圆极化相控阵天线***,需要一套校正网络和一套圆极化网络。然而,现有技术中设计的校正网络不能同时满足校正和圆极化的功能。
现有技术中设计的校正网络的实现方式有串馈式和并馈式两种。
(1)并馈式校正网络,校正线采用威尔金森功分器并馈网络和末级耦合线组成的耦合网络,如文献《一种圆形智能天线阵列与校正网络的设计》(张福顺,于晓乐等,电波科学报,2006年),该校正网络具有平面化,结构对称,各个通道耦合度一致性好,耦合度设计范围大等优点,但存在结构复杂,尺寸大,难集成的缺点。
(2)串馈式校正网络,将天线单元与校正网络一体化设计,校正网络通过斜45°耦合缝隙将天线馈线上的射频信号耦合到校正网络的微带线上,如文献《一种带校正功能的Ku波段一体化阵列天线设计》(冯森,金谋平,2015年全国微波毫米波会议论文集),该校正网络具有集成度高、重量轻、结构简单等特点,但存在剖面高、维修性差和校正线易受外界干扰等缺点。
发明内容
本发明的目的在于设计一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,以解决传统的串馈式校正网络不具备圆极化形成功能、不适用于圆极化相控阵天线***的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:
一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,包括:多个个圆极化校正网络单元(1)、2个校正连接器(15)、1根耦合带状线(14);多个圆极化校正网络单元(1)沿同一方向等间距、行波串馈方式直线排列,形成一个长条矩形介质板,耦合带状线(14)沿着长条矩形介质板的长度方向刻蚀在长条矩形介质板的内部,耦合带状线(14)的两端分别连接有校正连接器(15),2个校正连接器(15)分别连接至匹配负载和校正分机;所述的圆极化校正网络单元(1)包括:多层校正介质板(2)、圆极化电桥(10);第一层校正介质板(20)、第一层校正介质板的金属地板(21)、第二层校正介质板(22)、第三层校正介质板(23)、第三层校正介质板的金属地板(24)从上至下依次叠压在一起从而形成矩形的多层校正介质板(2);多层校正介质板(2)上开设矩形掏空(25),矩形掏空(25)的尺寸与圆极化电桥(10)相匹配,圆极化电桥(10)内嵌于矩形掏空中,所述的矩形掏空贯穿第一层校正介质板(20)、第一层校正介质板的金属地板(21)、第二层校正介质板(22)、第三层校正介质板(23);在第一层校正介质板(20)的上表面沿着矩形宽度方向的后侧刻蚀有直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12),直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)分别与圆极化电桥(10)的直通臂以及耦合臂对应连接;在第一层校正介质板(20)的上表面沿着矩形宽度方向的前侧刻蚀有两根耦合微带线(16),两根耦合微带线(16)分别与圆极化电桥(10)的输入端以及隔离端对应连接;直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)分别接两个线极化天线,两根耦合微带线(16)分别接发射滤波器和接收滤波器;耦合带状线(14)沿着矩形的长度方向刻蚀在第三层校正介质板(23)的上表面,耦合带状线(14)与耦合微带线(16)在空间位置上相互正交,在耦合带状线(14)与耦合微带线(16)相互正交之间的空间位置的第一层校正介质板的金属地板(21)上开设有两个对称的斜耦合孔(17);斜耦合孔(17)将耦合微带线(16)的射频信号耦合到耦合带状线(14)上,再通过耦合带状线(14)传输给校正分机。
传统的串馈校正网络设计不具备圆极化功能,在应用于圆极化相控阵雷达***时,还需要在校正网络外加入圆极化网络,缺点是增加了***的体积、重量和馈线损耗。本发明的技术方案在结构上实现校正网络与圆极化电桥的三维集成,从而减小了连接器和电缆组件数量,降低了馈线损耗,减小了体积、重量、成本,同时提高了可靠度;在功能上同时实现天线的双圆极化辐射和串馈校正;将圆极化电桥内嵌于校正介质板的矩形掏空中,实现了圆极化电桥与校正耦合器的分离设计,可以对任意的圆极化电桥实现独立更换,提高可维修性;具有耦合度可控的优点,通过调节斜耦合孔的尺寸,达到调控耦合度的目的;采用耦合带状线结构,可以有效地隔绝外界干扰,提高可靠度。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述的串馈式圆极化校正网络的工作过程为:
①圆极化过程:水平极化和垂直极化信号分别通过直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)输入圆极化电桥(10)的直通端口和耦合端口,经圆极化电桥(10)合成后,再通过两根耦合微带线(16)接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化;
②校正过程:耦合微带线(16)传输圆极化电桥(10)的能量,并将采集的能量通过斜耦合孔(17)耦合至耦合带状线(14),耦合带状线(14)连接了校正连接器(15),其中一个校正连接器(13)再连接至校正分机,将能量传输至校正分机,校正分机获得校正网络的幅度和相位数据,数字波束形成计算机将此数据与原始的基准数据进行比对,从而获得幅度和相位校正码,完成幅度和相位校正。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述的圆极化电桥(10)为90°定向耦合器。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述的耦合带状线(14)的两侧以及长条矩形介质板的长边开设有多个金属化孔。
作为本发明技术方案的进一步改进,多个所述的圆极化校正网络单元(1)之间的以及每个圆极化校正网络单元(1)的两根耦合微带线(16)之间的间距为0.063λ0,其中λ0为中心频率自由空间波长。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述的匹配负载采用片式负载。
一种应用于所述的高集成度的串馈式圆极化校正网络的工作方法,包括圆极化过程和校正过程,所述的圆极化过程:水平极化和垂直极化信号分别通过直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)输入圆极化电桥(10)的直通端口和耦合端口,经圆极化电桥(10)合成后,再通过两根耦合微带线(16)接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化;所述的校正过程:耦合微带线(16)传输圆极化电桥(10)的能量,并将采集的能量通过斜耦合孔(17)耦合至耦合带状线(14),耦合带状线(14)连接了校正连接器(15),其中一个校正连接器(13)再连接至校正分机,将能量传输至校正分机,校正分机获得校正网络的幅度和相位数据,数字波束形成计算机将此数据与原始的基准数据进行比对,从而获得幅度和相位校正码,完成幅度和相位校正。
本发明的优点在于:
本发明的技术方案在结构上实现校正网络与圆极化电桥的三维集成,从而减小了连接器和电缆组件数量,降低了馈线损耗,减小了体积、重量、成本,同时提高了可靠度;在功能上同时实现天线的双圆极化辐射和串馈校正;将圆极化电桥内嵌于校正介质板的矩形掏空中,实现了圆极化电桥与校正耦合器的分离设计,可以对任意的圆极化电桥实现独立更换,提高可维修性;具有耦合度可控的优点,通过调节斜耦合孔的尺寸,达到调控耦合度的目的;采用耦合带状线结构,可以有效地隔绝外界干扰,提高可靠度。
附图说明
图1为本发明实施例的高集成度的串馈式圆极化校正网络的主视透视图;
图2为本发明实施例的圆极化校正网络单元的主视透视图;
图3为本发明实施例的圆极化校正网络单元的***图;
图4为本发明实施例的高集成度的串馈式圆极化校正网络的总口和分口电压驻波比测试图;
图5为本发明实施例的高集成度的串馈式圆极化校正网络的耦合度测试图;
图6为本发明实施例的高集成度的串馈式圆极化校正网络的***损耗测试图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述:
实施例一
如图1所示,一种高集成度的串馈式圆极化校正网络包括:8个圆极化校正网络单元1、2个校正连接器15、1根耦合带状线14;8个圆极化校正网络单元沿同一方向等间距、行波串馈方式直线排列,形成一个长条矩形介质板,耦合带状线14沿着长条矩形介质板的长度方向刻蚀在长条矩形介质板的内部,耦合带状线14的两端分别连接有校正连接器15;沿着耦合带状线14的两侧、以及长条矩形介质板的长边开设有多个金属化孔。为避免带内出现较大的反射系数叠加奇异点,8个圆极化校正网络单元1之间的,以及每个圆极化校正网络单元1的两根耦合微带线16之间的间距为0.063λ0,其中λ0为中心频率自由空间波长,此时串馈式圆极化校正网络不会在工作频带内产生较大反射系数。
如图2-3所示,所述的圆极化校正网络单元1,包括:多层校正介质板2、圆极化电桥10;所述的圆极化电桥10为90°定向耦合器;采用成都泰格公司的嵌入式电桥,型号为TGD-E2055;第一层校正介质板20、第一层校正介质板的金属地板21、第二层校正介质板22、第三层校正介质板23、第三层校正介质板的金属地板24从上至下依次叠压在一起从而形成矩形的多层校正介质板2;多层校正介质板2上开设矩形掏空25,矩形掏空25的尺寸与圆极化电桥10相匹配,圆极化电桥10内嵌于矩形掏空中,所述的矩形掏空贯穿第一层校正介质板20、第一层校正介质板的金属地板21、第二层校正介质板22、第三层校正介质板23。
在第一层校正介质板20的上表面沿着矩形宽度方向的后侧刻蚀有直通臂微带线11以及耦合臂微带线12,直通臂微带线11以及耦合臂微带线12分别与圆极化电桥10的直通臂以及耦合臂对应连接;在第一层校正介质板20的上表面沿着矩形宽度方向的前侧刻蚀有两根耦合微带线16,两根耦合微带线16分别与圆极化电桥10的输入端以及隔离端对应连接;直通臂微带线11以及耦合臂微带线12分别接两个线极化天线,两根耦合微带线16分别接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化。
耦合带状线14沿着矩形的长度方向刻蚀在第三层校正介质板23的上表面,耦合带状线14与耦合微带线16在空间位置上相互正交,在耦合带状线14与耦合微带线16相互正交之间的空间位置的第一层校正介质板的金属地板21上开设有两个对称的斜耦合孔17;耦合带状线14的两端分别连接有校正连接器15,两个校正连接器15分别连接至匹配负载和校正分机,所述的匹配负载采用片式负载,并保证接地良好;斜耦合孔17将耦合微带线16的射频信号耦合到耦合带状线14上,再通过耦合带状线14传输给校正分机,通过调节斜耦合孔17的尺寸,达到调控耦合度的目的。
本发明的工作过程和工作原理为:
①圆极化过程:水平极化和垂直极化信号分别通过直通臂微带线11以及耦合臂微带线12输入圆极化电桥10的直通端口和耦合端口,经圆极化电桥10合成后,再通过两根耦合微带线16接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化。
②校正过程:耦合微带线16传输圆极化电桥10的能量,并将采集的能量通过斜耦合孔17耦合至耦合带状线14,耦合带状线14连接了校正连接器15,其中一个校正连接器13再连接至校正分机,将能量传输至校正分机,校正分机获得校正网络的幅度和相位数据,数字波束形成计算机将此数据与原始的基准数据进行比对,从而获得幅度和相位校正码,完成幅度和相位校正。
图4给出了该实施例的总口和分口驻波的实测曲线,表明该圆极化校正网络在相对带宽约26%的工作频带内端口驻波优于1.3。
图5给出了该实施例的耦合度测试结果,该圆极化校正网络在相对带宽约26%的工作频带内耦合度约-37dB~-41dB。
图6给出了该实施例的损耗测试结果,该圆极化校正网络在相对带宽约26%的工作频带内***损耗优于0.3dB。
传统的串馈校正网络设计不具备圆极化功能,在应用于圆极化相控阵雷达***时,还需要在校正网络外加入圆极化网络,缺点是增加了***的体积、重量和馈线损耗。而本发明的圆极化电桥内嵌于校正介质板的矩形掏空中,在结构上实现校正网络与圆极化电桥三维集成,从而减小了连接器和电缆组件数量,降低了馈线损耗,减小了体积、重量、成本,同时提高了可靠度;在功能上同时实现天线的双圆极化辐射和串馈校正;具有体积小、重量轻、成本低、损耗小、易维修和耦合度可控等优点。本发明将圆极化电桥内嵌于校正介质板的矩形掏空中,实现了圆极化电桥与校正耦合器的分离设计,可以对任意的圆极化电桥实现独立更换,提高可维修性。本发明具有耦合度可控的优点。本发明的校正耦合器可以通过调节斜孔的尺寸,达到调控耦合度的目的。本发明采用耦合带状线结构,可以有效地隔绝外界干扰,提高可靠度。本发明可用于实现圆极化收发波束和校正相控阵天线***中的通道不一致性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,包括:多个个圆极化校正网络单元(1)、2个校正连接器(15)、1根耦合带状线(14);多个圆极化校正网络单元(1)沿同一方向等间距、行波串馈方式直线排列,形成一个长条矩形介质板,耦合带状线(14)沿着长条矩形介质板的长度方向刻蚀在长条矩形介质板的内部,耦合带状线(14)的两端分别连接有校正连接器(15),2个校正连接器(15)分别连接至匹配负载和校正分机;所述的圆极化校正网络单元(1)包括:多层校正介质板(2)、圆极化电桥(10);第一层校正介质板(20)、第一层校正介质板的金属地板(21)、第二层校正介质板(22)、第三层校正介质板(23)、第三层校正介质板的金属地板(24)从上至下依次叠压在一起从而形成矩形的多层校正介质板(2);多层校正介质板(2)上开设矩形掏空(25),矩形掏空(25)的尺寸与圆极化电桥(10)相匹配,圆极化电桥(10)内嵌于矩形掏空中,所述的矩形掏空贯穿第一层校正介质板(20)、第一层校正介质板的金属地板(21)、第二层校正介质板(22)、第三层校正介质板(23);在第一层校正介质板(20)的上表面沿着矩形宽度方向的后侧刻蚀有直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12),直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)分别与圆极化电桥(10)的直通臂以及耦合臂对应连接;在第一层校正介质板(20)的上表面沿着矩形宽度方向的前侧刻蚀有两根耦合微带线(16),两根耦合微带线(16)分别与圆极化电桥(10)的输入端以及隔离端对应连接;直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)分别接两个线极化天线,两根耦合微带线(16)分别接发射滤波器和接收滤波器;耦合带状线(14)沿着矩形的长度方向刻蚀在第三层校正介质板(23)的上表面,耦合带状线(14)与耦合微带线(16)在空间位置上相互正交,在耦合带状线(14)与耦合微带线(16)相互正交之间的空间位置的第一层校正介质板的金属地板(21)上开设有两个对称的斜耦合孔(17);斜耦合孔(17)将耦合微带线(16)的射频信号耦合到耦合带状线(14)上,再通过耦合带状线(14)传输给校正分机。
2.根据权利要求1所述的一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,所述的串馈式圆极化校正网络的工作过程为:
①圆极化过程:水平极化和垂直极化信号分别通过直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)输入圆极化电桥(10)的直通端口和耦合端口,经圆极化电桥(10)合成后,再通过两根耦合微带线(16)接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化;
②校正过程:耦合微带线(16)传输圆极化电桥(10)的能量,并将采集的能量通过斜耦合孔(17)耦合至耦合带状线(14),耦合带状线(14)连接了校正连接器(15),其中一个校正连接器(13)再连接至校正分机,将能量传输至校正分机,校正分机获得校正网络的幅度和相位数据,数字波束形成计算机将此数据与原始的基准数据进行比对,从而获得幅度和相位校正码,完成幅度和相位校正。
3.根据权利要求1所述的一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,所述的圆极化电桥(10)为90°定向耦合器。
4.根据权利要求1所述的一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,所述的耦合带状线(14)的两侧以及长条矩形介质板的长边开设有多个金属化孔。
5.根据权利要求1所述的一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,多个所述的圆极化校正网络单元(1)之间的以及每个圆极化校正网络单元(1)的两根耦合微带线(16)之间的间距为0.063λ0,其中λ0为中心频率自由空间波长。
6.根据权利要求1所述的一种高集成度的串馈式圆极化校正网络,其特征在于,所述的匹配负载采用片式负载。
7.一种应用于权利要求1-6任一项所述的高集成度的串馈式圆极化校正网络的工作方法,其特征在于,包括圆极化过程和校正过程;所述的圆极化过程:水平极化和垂直极化信号分别通过直通臂微带线(11)以及耦合臂微带线(12)输入圆极化电桥(10)的直通端口和耦合端口,经圆极化电桥(10)合成后,再通过两根耦合微带线(16)接发射滤波器和接收滤波器,形成发射左旋圆极化和接收右旋圆极化;所述的校正过程:耦合微带线(16)传输圆极化电桥(10)的能量,并将采集的能量通过斜耦合孔(17)耦合至耦合带状线(14),耦合带状线(14)连接了校正连接器(15),其中一个校正连接器(13)再连接至校正分机,将能量传输至校正分机,校正分机获得校正网络的幅度和相位数据,数字波束形成计算机将此数据与原始的基准数据进行比对,从而获得幅度和相位校正码,完成幅度和相位校正。
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DE102005011128A1 (de) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Imst Gmbh | Kalibrierung einer elektronischen steuerbaren Planarantenne und elektronisch steuerbare Antenne mit einer Messsonde im reaktiven Nahfeld |
CN105552557A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-05-04 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种串馈式波导校正网络 |
EP3093687A1 (en) * | 2015-05-10 | 2016-11-16 | Elta Systems Ltd. | Calibration network for an array antenna |
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2021
- 2021-11-11 CN CN202111334800.3A patent/CN114039207B/zh active Active
Patent Citations (3)
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Title |
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高初: "一种Q 波段校正网络的设计", 《2018年全国微波毫米波会议》, 6 May 2018 (2018-05-06) * |
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