一種變極化平衡雷達射頻前端裝置的制作方法

本發明屬于雷達通信與近程探測技術領域，特別是一種變極化平衡雷達射頻前端裝置。

背景技術：

隨著微電子等各個領域科學進步，雷達技術的不斷發展，其內涵和研究內容都在不斷地拓展。特別是短距離探測雷達的探測應用越來越深入到民用領域中，近距離偵測雷達得到越來越多的應用和研究，比如說一直研究應用很多的汽車防撞雷達和測速雷達，都是典型的短距離雷達，還有個人雷達、超短距離飛機起飛測試雷達、短距離多普勒測速雷達等等，都是近距離探測雷達的典范。短距離雷達的特點是體積小，一般小型化都較好，同時成本較低，適合民用，它們的發射功率小，從而探測距離就比較近。而且這些雷達都采用發射連續波的方式探測目標，屬于連續波雷達的典型代表。一般近程探測連續波雷達都采用收發共用的天線結構，這樣可以做到結構簡單、成本低、工作高效等優點。但存在最大的問題是發射信號的泄露問題，由于環形器的隔離度有限，發射信號泄露至接收通道成為這種雷達的主要障礙。近年來關于泄露對消的研究越來越多，有關有源和無源的各種結構被提出，泄露對消這個問題得到了越來越多的解決方法。但往往這些結構都只是考慮泄露對消的問題，而并沒有對天線饋源系統做出較大創新改進，如果可以加入變極化技術，那么這種連續波雷達前端結構將得到更加廣泛的關注與應用。

變極化技術是近年來在雷達干擾、抗干擾系統中應用比較廣泛且行之有效的一項技術，成為雷達、電子戰諸多技術中的一個研究熱點。在雷達、通信、航空航天及遙控遙測等系統中，目標的反射特性、電磁波的傳播和信號的接受性能均與波的極化形式有關。天線極化匹配良好是否，系統的效果迥然不同。因此，為適應現代信息密集多變的特點，對天線的快速極化切換的要求日益迫切。一副天線僅具有一種極化，效能低下，已不適應現代系統的使用要求。而使用變極化技術的天線可以在這些領域更好的發揮作用，特別適用于高速平臺。同樣的，在干擾、抗干擾中使用變極化天線，也可自主的通過與干擾波或者抗干擾波的極化正交來進行抗干擾和干擾。而極化特征識別有助于對抗干擾波的干擾和對極化隱身目標進行識別。一般變極化系統采用雙饋或者多饋的天線結構，通過數控或者模擬開關控制天線饋源相位，從而改變天線極化。但是目前的變極化系統都 沒有考慮泄露的問題或者仍然采用雙天線結構，而連續波雷達系統沒有考慮抗干擾的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種既能實現收發共用也能實現變極化的平衡雷達射頻前端裝置，該裝置組成簡單、成本低、適應性好，可以應用于很多變極化場景中。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種變極化平衡雷達射頻前端裝置，包括兩個單刀雙擲開關、四個正交耦合器和兩個雙饋天線，所述四個正交耦合器分別包括A、B、C、D四個端口，其中A和B端口之間直達、A和C端口之間耦合；其中第一單刀雙擲開關與第一正交耦合器的A端口、D端口相連，第一正交耦合器的B端口與第二正交耦合器的A端口連接、第一正交耦合器的C端口與第三正交耦合器的A端口連接；第二正交耦合器的B端口與第一雙饋天線的一個饋電端口連接，第二正交耦合器的C端口與第二雙饋天線的一個饋電端口連接；第三正交耦合器的B端口與第一雙饋天線的另一個饋電端口連接，第三正交耦合器的C端口與第二雙饋天線的另一個饋電端口連接；第二正交耦合器的D端口與第四正交耦合器的A端口連接，第三正交耦合器的D端口與第四正交耦合器的D端口連接，第四正交耦合器的B端口、C端口與第二單刀雙擲開關連接；

通過第一單刀雙擲開關選擇第一正交耦合器的A或D通道，發射信號經過第一正交耦合器形成兩路相位相差90°的輸出信號，該兩路輸出信號分別經過第二正交耦合器、第三正交耦合器形成4路信號，第一雙饋天線的兩個饋電點相位相差90°、第二雙饋天線的兩個饋電點相位相差90°，第一雙饋天線、第二雙饋天線分別構成圓極化；當第一單刀雙擲開關選擇第一正交耦合器的A通道時，第二單刀雙擲開關選擇第四正交耦合器的B端口，第一雙饋天線、第二雙饋天線的上饋電點均比下饋電點落后90°，形成右旋圓極化；當第一單刀雙擲開關、第二單刀雙擲開關同時切換時，第一雙饋天線、第二雙饋天線的上饋電點均比下饋電點超前90°，形成左旋圓極化。

進一步地，所述第一單刀雙擲開關、第二單刀雙擲開關的結構相同，均由MA4SW210單刀雙擲裸片構成，通過對MA4SW210的偏置電壓的控制，來達到開關切換的目的，兩個開關采用同時切換的方式，從而進行左旋和右旋圓極化的切換。

進一步地，所述第一雙饋天線和第二雙饋天線的結構相同，均由兩個H縫隙耦合饋電的圓極化貼片天線排列而成，參照一般線陣的組陣方法，該兩個圓極化貼片天線排列 在一條直線上，組成二元圓極化微帶天線陣。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：(1)采用了無源的平衡雷達前端網絡作為饋電網絡，收發天線共用，結構簡單、穩定，降低了系統成本；(2)具備平衡雷達所具備的所有特點，包括泄露對消，天線反射的消除和部分天線耦合效應，解決了單天線系統出現的多數問題；(3)整個射頻前端結構多采用微帶線構成，成本低，體積小，易于制作，且可實現寬帶化；(4)在對消泄露的同時能夠靈活切換天線極化方式，可提高系統抗干擾能力。

附圖說明

圖1為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的總體結構圖。

圖2為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的正交耦合器模型圖。

圖3為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的天線單元圖，其中(a)為俯視圖，(b)為側視圖。

圖4為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的天線組陣圖。

圖5為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的單元天線隔離度仿真圖。

圖6為本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的系統輸出S參數圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做出進一步詳細說明。

結合圖1，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置，其特征在于，包括兩個單刀雙擲開關、四個正交耦合器和兩個雙饋天線，所述四個正交耦合器分別包括A、B、C、D四個端口，其中A和B端口之間直達、A和C端口之間耦合；其中第一單刀雙擲開關1與第一正交耦合器2的A端口、D端口相連，第一正交耦合器2的B端口與第二正交耦合器3的A端口連接、第一正交耦合器2的C端口與第三正交耦合器4的A端口連接；第二正交耦合器3的B端口與第一雙饋天線5的一個饋電端口連接，第二正交耦合器3的C端口與第二雙饋天線6的一個饋電端口連接；第三正交耦合器4的B端口與第一雙饋天線5的另一個饋電端口連接，第三正交耦合器4的C端口與第二雙饋天線6的另一個饋電端口連接；第二正交耦合器3的D端口與第四正交耦合器7的A端口連接，第三正交耦合器4的D端口與第四正交耦合器7的D端口連接，第四正交耦合器7的B端口、C端口與第二單刀雙擲開關8連接；

通過第一單刀雙擲開關1選擇第一正交耦合器2的A或D通道，發射信號經過第 一正交耦合器2形成兩路相位相差90°的輸出信號，該兩路輸出信號分別經過第二正交耦合器3、第三正交耦合器4形成4路信號，第一雙饋天線5的兩個饋電點相位相差90°、第二雙饋天線6的兩個饋電點相位相差90°，第一雙饋天線5、第二雙饋天線6分別構成圓極化；當第一單刀雙擲開關1選擇第一正交耦合器2的A通道時，第二單刀雙擲開關8選擇第四正交耦合器7的B端口，第一雙饋天線5、第二雙饋天線6的上饋電點均比下饋電點落后90°，形成右旋圓極化；當第一單刀雙擲開關1、第二單刀雙擲開關8同時切換時，第一雙饋天線5、第二雙饋天線6的上饋電點均比下饋電點超前90°，形成左旋圓極化。

進一步地，所述第一單刀雙擲開關1、第二單刀雙擲開關8的結構相同，均由MA4SW210單刀雙擲裸片構成，通過對MA4SW210的偏置電壓的控制，來達到開關切換的目的，兩個開關采用同時切換的方式，從而進行左旋和右旋圓極化的切換。

進一步地，所述第一雙饋天線5和第二雙饋天線6的結構相同，均由兩個H縫隙耦合饋電的圓極化貼片天線排列而成，參照一般線陣的組陣方法，該兩個圓極化貼片天線排列在一條直線上，組成二元圓極化微帶天線陣。

結合圖2，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的四個正交耦合器，若信號從A端口輸入，那么B端口就是直達端口，C端口為90°耦合端口，D端口為隔離端口。

結合圖3(a)，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的第一雙饋天線5和第二雙饋天線6均采用H縫隙耦合饋電多層天線，結合圖3(b)該天線由3層構成，底層為耦合饋電層，中間為空氣層，上層為方形貼片層，饋電層和貼片層均采用Rogers4003板材制成，這種結構優點是帶寬相對較寬，且兩個饋電端口之間隔離度比較高，且這種結構較為簡單，容易加工。

結合圖4，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的第一雙饋天線5和第二雙饋天線6的分布圖，兩個天線如圖放置主要是方便外圍饋電網絡對其進行饋電，不會引入額外的相位，以保證結構或者系統的對稱性。兩個天線之間的距離主要影響最終系統的方向圖指向，參照一般線陣的組陣方式放置兩個天線。

結合圖5，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的雙饋天線單元的隔離度仿真圖，通過調節H的位置以及饋電深度，得到高隔離度的雙饋圓極化天線，隔離度可以達到-48dB，對整個系統的發射與接收的隔離度的提高有著顯著的影響。

結合圖6，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置的系統仿真S參數圖，其中1端口 為第一正交耦合器的A端口，2端口為第四正交耦合器的B端口，3端口為第四正交耦合器的C端口，發射信號經過1端口經過整個網絡，泄露至接收端的信號在2端口為對消輸出，在3端口為疊加輸出，故端口2輸出可以滿足泄露對消，保證發射和接收端之間隔離度<-45dB。

綜上所述，本發明變極化平衡雷達射頻前端裝置，結構簡單、成本低、可靠性高，能夠較容易實現兩種圓極化的切換，提高抗干擾的能力，同時作為單天線系統解決泄露對消、天線反射和部分耦合的問題，在近程探測和小型連續波雷達領域將得到長足的應用和發展。