CN109283477A - 一种基片集成波导内校准网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基片集成波导内校准网络，包括基片集成波导T型耦合网络、SIW‑微带转换器、输入/输出端口、吸收负载，基片集成波导T型耦合网络由一个基片集成波导功分器和两个分支基片集成波导构成，垂直放置在天线线阵的末端，并印制在同一张微带板上；基片集成波导T型耦合网络的三个端口通过SIW‑微带转换器转换为阻值为50欧姆的微带线，分别与输入/输出端口、两个吸收负载连接。本发明采用基片集成波导耦合网络设计了一种基片集成波导内校准网络，成功的实现了基片集成波导有源相控阵的收发通道实时校准检测功能，为提高雷达、通信系统的可靠性、维修性提供一种依据。

Description

一种基片集成波导内校准网络

技术领域

本发明属于雷达、通信系统领域，具体涉及一种基片集成波导内校准网络，用于实现雷达、通信系统收发通道的实时校准检测功能。

背景技术

和传统的矩形金属波导相比，基片集成波导(SIW)同样有着良好的传输特性，而且这种结构易于集成，大大地减小了原有建立在波导基础上的阵列天线的尺寸、重量和价格，并且增强了制造过程中的可重复性和可靠性。SIW天线阵列在有源相控阵雷达中已得到大量的应用。

要实现有源相控阵波束的高指向精度、低副瓣电平等指标，需要严格准确的控制各收发通道的幅度和相位，因此对系统的收发通道幅度和相位的定期校准是必不可少的。阵列校准的核心思想是将校准问题转换为模型误差参数估计问题，可分为有源校准和内校准。

内部校准可直接在阵列天线耦合一部分射频信号，通过功分器馈入微波能量，从而测出各个通道的信号幅度值和相位值，再从中选取一路信号作为参考信号，对各通道进行幅相的归一化，即可得到各通道的校准数据。

SIW天线阵作为一种封闭结构印制在单层微带板上，若采用传统金属波导的弱耦合方式，一般需要增加一层微带板或者转换成微带传输线形式，但这样需要占用较长空间或增加线阵的成本、加工难度。现有国内外文献中，应用于基片集成波导相控天线阵的内校准网络相关报道较少。

发明内容

要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术不足，提供一种简易化、高集成度、低成本的基片集成波导内校准网络，可与天线阵列设计在同一平面上，降低天线阵面的加工难度，解决基于基片集成波导的有源相控阵对收发通道的实时校准检测问题，并能在工程实践中被大量推广应用。

技术方案

一种基片集成波导内校准网络，其特征在于包括基片集成波导T型耦合网络、SIW-微带转换器、输入/输出端口、吸收负载；所述基片集成波导T型耦合网络由一个基片集成波导功分器和两个分支基片集成波导构成，垂直印制在天线线阵末端；所述 SIW-SMA转换器将基片集成波导T型耦合网络三个端口转为50欧姆微带线，分别与输入/输出端口、两个吸收负载连接；所述基片集成波导T型耦合网络中两个分支基片集成波导的侧壁与天线线阵的短路端共用一排金属化通孔，通过调节短路端相邻的两个金属化通孔间距D的大小，可调节基片集成波导T型耦合网络与每个天线线阵间的耦合系数，以满足雷达系统对每个T/R通道的校准检测的需求；在基片集成波导T型耦合网络中设有匹配金属化过孔，用于调节的输入/输出端口的电压驻波比，并保证基片集成波导T型耦合网络与每个天线线阵的耦合系数的波动范围满足雷达系统的要求。

所述吸收负载选用阻值为50欧姆的贴片电阻。

有益效果

本发明与现有技术相比，引入新型基片集成波导弱耦合网络，可将有源相控阵中天线阵列与内校准网络设计在同一张微带板上，实现了有源相控阵的内校准网络的简易化、低成本化设计，为实现雷达、通信系统的实时校准检测功能提供一种依据。

附图说明

图1表示本发明实施例的基片集成波导内校准网络结构俯视图

图2表示本发明实施例的基片集成波导内校准网络局部结构图

图3表示本发明实施例的基片集成波导内校准网络与天线线阵端口的耦合系数曲线

图4表示本发明实施例输入/输出端口的输入电压驻波比曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明解决上述问题的技术方案：基片集成波导内校准网络印制在SIW天线线阵的末端，并与天线线阵的短路端相连，内校准网络与天线线阵的短路端共用一排金属化过孔，通过调节短路端相邻两个金属化通孔间距，调节内校准网络与天线线阵端口间的耦合系数，实现对有源相控阵收发通道的实时校准检测功能。具体的技术方案是：

所设计的基片集成波导内校准网络,包括基片集成波导T型耦合网络、SIW-微带转换器、输入/输出端口、吸收负载。基片集成波导T型耦合网络由一个基片集成波导功分器和两个分支基片集成波导构成，垂直放置在天线线阵的末端，并印制在同一张微带板上。基片集成波导T型耦合网络的三个端口通过SIW-微带转换器转换为阻值为 50欧姆的微带线，分别与输入/输出端口、两个吸收负载连接；有源相控阵的天线线阵一般采用基片集成波导谐振阵列，辐射单元较多采用宽边斜缝或纵缝形式。基片集成波导T型耦合网络中匹配金属化过孔用于调节的输入/输出端口的电压驻波比，并保证基片集成波导T型耦合网络与每个天线线阵的耦合系数的波动在雷达系统的要求范围内。本发明采用基片集成波导耦合网络设计了一种基片集成波导内校准网络，成功的实现了基于基片集成波导的有源相控阵收发通道实时校准检测功能，为在前端提高雷达的可靠性、维修性提供一种依据。

参见图1，本发明的一种基片集成波导内校准网络包括基片集成波导T型耦合网络2、SIW-微带转换器3、输入/输出端口4、吸收负载5。所述基片集成波导T型耦合网络2由一个基片集成波导功分器和两个分支基片集成波导21构成，垂直放置在天线线阵1的末端；天线线阵1一般采用基片集成波导谐振阵列，多个天线阵列等间距排列组成有源相控阵的天线阵列，每个天线线阵1的端口与收发组件相连，构成收发通道；辐射单元一般采用宽边斜缝或纵缝形式。天线线阵1和基片集成波导T型耦合网络2均采用基片集成波导传输线形式，其基本结构是一层介质基板，上下两面都敷金属层铜，在介质板边缘垂直嵌入两排有周期性间隔的金属化过孔。同排相邻金属柱间距为p，每个金属柱的直径为d，两排孔间距离w。微带板的上下金属面等效于矩形波导的宽壁，而矩形波导的侧壁则可用两排金属化过孔柱来代替，天线线阵末端采用等间距的金属化过孔形成短路端，短路端同时作为分支基片集成波导21的侧壁。为了满足波导传输条件一般需要满足：

d/λ_g≤0.2，d/w≤0.4，d/p≥0.4

基片集成波导T型耦合网络2的三个端口分别通过SIW-微带转换器3转换为阻值为50欧姆的微带线，分别与输入/输出端口、两个吸收负载连接。

参见图2，所述天线线阵1的短路端与分支基片集成波导共用一排金属化过孔，中间相邻两个金属化过孔的间距D的大小与基片集成波导T型耦合网络1的耦合系数成正比，即间距D越大，天线线阵1端口至基片集成波导T型耦合网络的传输系数越大，调整间距D可以得到雷达内校准通道需要的耦合度，本设计中需要的天线线阵至基片集成波导T型耦合网络的耦合系数范围为-35dB±5dB。基片集成波导T型耦合网络2中，匹配金属化过孔22用于调节的输入电压驻波比并保证基片集成波导T型耦合网络与每个天线线阵的耦合度的一致性在要求范围内，匹配金属化过孔22的数量与天线线阵1的数量相等。吸收负载5的阻值一般与SIW-微带转换器3转换的微带线阻抗相同，本发明选择50欧姆的表贴电阻51，吸收负载一端与微带线焊接在一起，另一端与金属地52焊接在一起。

校准有源相控阵雷达的发射通道时，通过基片集成波导内校准网络接收某一发射通路天线线阵1耦合的射频能量经雷达标校通道接收支路处理得到该发射通道的幅相特性；校准有源相控阵雷达的接收通道时，基片集成波导内校准网络接收雷达标校通道发射信后，耦合传输至天线线阵1，每个天线线阵1对应的收发通道的接收支路处理接收到的信号，得到该接收通道的幅相特性。

见图3，基片集成波导内校准网络与天线线阵端口的耦合系数曲线，基片集成波导内校准网络与一侧12个天线线阵端口的耦合系数在-36.5dB附近，幅度波动范围小于2dB。

基片集成波导内校准网络的输入/输出端口电压驻波比如图4所示，整个工作频带范围内小于1.5。

从实测方向图中可以看出，采用该设计方式能够将基片集成波导内校准网络与天线线阵端口的耦合系数控制在需要的范围内，同时也能得到良好的输入/输出电压驻波也比，证明该设计方法是有效的。

Claims (2)

1.一种基片集成波导内校准网络，其特征在于包括基片集成波导T型耦合网络(2)、SIW-微带转换器(3)、输入/输出端口(4)、吸收负载(5)；所述基片集成波导T型耦合网络(2)由一个基片集成波导功分器和两个分支基片集成波导(21)构成，垂直印制在天线线阵(1)末端；所述SIW-SMA转换器(3)将基片集成波导T型耦合网络三个端口转为50欧姆微带线，分别与输入/输出端口(4)、两个吸收负载(5)连接；所述基片集成波导T型耦合网络(2)中两个分支基片集成波导(21)的侧壁与天线线阵(1)的短路端(12)共用一排金属化通孔，通过调节短路端(12)相邻的两个金属化通孔间距D的大小，可调节基片集成波导T型耦合网络(2)与每个天线线阵(1)间的耦合系数，以满足雷达系统对每个T/R通道的校准检测的需求；在基片集成波导T型耦合网络(2)中设有匹配金属化过孔(22)，用于调节的输入/输出端口的电压驻波比，并保证基片集成波导T型耦合网络与每个天线线阵的耦合系数的波动范围满足雷达系统的要求。

2.根据权利要求1所述的一种基片集成波导内校准网络，其特征在于所述吸收负载(5)选用阻值为50欧姆的贴片电阻(51)。