一種新型微波寬帶單脈沖天饋系統(tǒng)

1 引言

本文闡述了一種工作在C~X頻段的新型微波寬頻帶單脈沖天饋系統(tǒng)，包括和差比較器和槽線天線陣和寬帶功分器。國外對(duì)寬頻帶天線的研究比較早,實(shí)現(xiàn)寬頻帶的天線種類很多,但多用于相控陣天線陣或單波束天線陣,用于單脈沖方面的寬頻帶天線的報(bào)道很少。國內(nèi)對(duì)于寬頻帶天線的研究不僅發(fā)表很多文獻(xiàn)，而且已經(jīng)應(yīng)用于工程系統(tǒng)中。但用得較多的天線形式是雙臂螺旋線天線，而且工作體制是寬波束低增益比相單脈沖。寬頻帶單脈沖高增益天饋系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)道很少。本文提出了一種新型的寬頻帶單脈沖高增益的天饋系統(tǒng)。

本文用漸變槽線天線為單元構(gòu)成天線陣列以獲得較高的增益，以Lange耦合器為基本單元構(gòu)成和差比較器，從而構(gòu)成整個(gè)單脈沖天饋系統(tǒng)。

2 和差比較器

單脈沖雷達(dá)的關(guān)鍵部件是射頻單脈沖處理器，這個(gè)部件完成對(duì)接收到的微波信號(hào)的比較，所以又稱為單脈沖比較器（Monopulse Comparator）或和差比較器，如圖1所示。由和差比較器產(chǎn)生的方位差信號(hào)和俯仰差信號(hào)能用來確定目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)天線視角的方位。為了克服波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，本文采用平面的微帶結(jié)構(gòu)。典型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單脈沖比較網(wǎng)絡(luò)用0°/1803dB 耦合器設(shè)計(jì)而成，如圖2所示。當(dāng)四路信號(hào)分別從輸入端口1、2、3、4同相輸入時(shí)，由于延時(shí)器和3dB耦合器均會(huì)產(chǎn)生90°相位差，所以在相應(yīng)的輸出端口產(chǎn)生由這四路信號(hào)共同作用的和差信號(hào)。圖2中的端口5即為和端口，端口6、7分別形成俯仰差信號(hào)和方位差信號(hào)，而端口8形成的信號(hào)在此處為無用信號(hào)，實(shí)際中常將此端口加匹配負(fù)載，故稱為匹配端口。

圖1 和差比較器

圖2 和差比較器原理圖

本文采用了Lange耦合器結(jié)合90°延遲線組成微帶結(jié)構(gòu)的單脈沖比較器，其HFSS模型如圖3所示，1、2、3、4端口為輸入端口，5、6、7、8端口為輸出端口。采用介電常數(shù)為10.2的介質(zhì)基片，通過仿真分析確定耦合器的線寬w，線間距離s，微帶饋線寬度w1等參數(shù)。圖3中線條較密集的部分為Lange耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，屬于寬帶耦合器且結(jié)構(gòu)緊湊，共有4個(gè)端口，輸入的信號(hào)在直通端和耦合端等分輸出，中間的弧線為金屬跳線（bondwire），多采用很細(xì)的金絲制成。

圖3 和差比較器HFSS模型