CN109586757B - 一种收发双工驱动放大功分网络 - Google Patents

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Abstract

本发明一种收发双工驱动放大功分网络，针对相控阵天线体积小、可靠性高的要求，通过多次灵活采用垂直过渡结构，合理设计端口和传输线布局，采用环形器实现发射、接收和校准三个网络部分电路共用，功放模块采取双路功放并行模式，并利用耦合电路设计校准网络等措施，实现了集接收、发射和校准功能为一体的驱动放大功分网络的高可靠和小型化。

Description

一种收发双工驱动放大功分网络
技术领域
本发明涉及一种收发双工驱动放大功分网络，特别是一种小型化的带有校准和信号放大功能的收发双工驱动放大功分网络，可作为相控阵天线中收发组件的驱动放大功分模块。
背景技术
驱动放大功分网络集中实现相控阵天线的发射放大等相信号分配接收合成及校准功能。当相控阵天线处于发射状态时，驱动放大功分网络进行功率分配，为每一通道T/R组件提供发射信号；当相控阵天线处于接收状态时，驱动放大功分网络进行功率合成，对每一通道T/R组件的接收信号进行合成；当相控阵天线处于校准状态时，通过耦合信号对相控阵天线其他部件的正常工作进行校准。驱动放大功分网络在相控阵天线中处于关键位置，对整个相控阵系统的性能起到决定性作用，如何实现驱动放大功分网络的小型化和高可靠性至关重要。现有技术，为了方便简化设计，通常将接收、发射、校准独立分开设计成三个模块，不仅体积庞大，而且线路复杂，往往很难满足相控阵天线小型化和高可靠的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种收发双工驱动放大功分网络，解决了驱动放大功分网络的多功能、高可靠和小型化。
本发明的技术解决方案为：一种收发双工驱动放大功分网络，包括正、反两个矩形面板；正面板安装有1～16个端口，其中1～4端口与9～12端口排成一列于右上方均匀分布，5～8端口与13～16端口排成一列于左下方均匀分布，两列平行，且5～8与9～12水平对齐；反面板安装有5个端口，R1～R4在左侧居中均匀分布，T1处于右下方位置。
当驱动放大功分网络工作在接收状态时，还包括接收网络；信号从1～16端口输入，经过环形器进行选路最后从R1～R4端口输出，完成接收网络信号的传输。
所述接收网络包括垂直过渡结构、接收和发射共用电路M1～M4、三端口环形器H1～H4和接收电路L1～L4；正面1～16端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达反面，然后信号进入接收和发射共用电路M1～M4，信号经M1～M4合成后分别进入三端口环形器H1～H4，三端口环形器沿逆时针选路后将信号输出，信号穿过垂直过渡结构到达正面，然后到达接收电路L1～L4，信号经L1～L4后再穿过垂直过渡结构到达反面，最后从R1～R4端口输出。
所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现，所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路；所述接收电路由滤波器N1～N4分别加一段传输线组成。
当驱动放大功分网络工作在发射状态时，还包括发射网络；信号从T1端口输入，经功放模块放大后，再通过环形器进行选路，最后从1～16端口输出，完成发射网络信号的传输。
所述发射网络包括垂直过渡结构、发射电路W1～W3、功放模块A0、三端口环形器H1～H4、接收和发射共用电路M1～M4；反面T1端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达正面，然后信号进入发射电路W1，该电路另一端与垂直过渡结构相连，使信号到达反面进入发射电路W2，然后信号通过功放模块A0放大后经发射电路W3变为四路信号分别进入环形器H1～H4，环形器沿逆时针选路使信号输出分别进入接收和发射共用电路M1～M4，再经垂直过渡结构到达正面，最终从1～16端口输出。
所述发射电路W1、W2为传统传输线，发射电路W3为传统一分四功分电路；所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路。
当驱动放大功分网络工作在校准状态时，还包括校准网络；信号从T1端口输入，在正面通过耦合进入校准耦合电路，经校准耦合电路后再通过耦合进入接收电路，最后从R1～R4端口输出，完成校准网络信号的传输。
所述校准网络包括垂直过渡结构、发射电路W1、校准耦合电路W4和接收电路L1～L4；垂直过渡结构使信号从反面T1端口到达正面进入发射电路W1，发射电路W1与校准耦合电路W4发生耦合，使信号进入校准耦合电路W4，信号经W4后变为四路信号，分别再通过耦合进入接收电路L1～L4，最后经垂直过渡结构到达反面从R1～R4端口输出。
所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述校准耦合电路W4为传统一分四功分电路；所述接收电路由滤波器N1～N4分别加一段传输线组成。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明多次灵活高效使用垂直过渡结构，信号于产品正反两面交替传输，使空间利用率达到最大；本发明的所有对外接口均采用直式接插件，所有的接插件端口均分布于产品的正反两面并垂直于结构面，且所有的接插件端口与其所连接的传输线均处于产品的正反两侧。该方案最大限度地缩小了产品的体积，使产品的厚度只需满足接插件的长度即可，实现了小型化的设计。
(2)本发明可实现接收通道16入4出、发射通道1入16出的收发双工功能，为满足收发通道数目要求，接收通道需要2级功分电路，发射通道需要4级功分电路。为降低电路复杂度节省空间，本发明采用网络复用技术，发射和接收网络共用末级的2级功分电路，发射和校准网络共用发射电路W1，发射输出和接收输入共用正面的16个端口，再配合使用环形器，实现收发双工的功能。
(3)本发明采用一分四功分电路与接收端口进行耦合的方式实现校准功能。功分电路的4个分路端口分别与4个接收输出端口进行耦合，合路端口与相对应的发射输入端口进行耦合。当驱动放大功分网络工作在校准状态时，信号到达发射输入端口位置与校准网络的合路端口进行耦合，耦合信号经校准网络分路后再次与接收电路进行耦合，并最终从接收输出端口输出，从而实现了相控阵天线待机时检测校准的目的。
(4)本发明在放大模块中采用并行双路功放确保了驱动放大功分网络在发射工作状态下的可靠性。本发明只有一个发射输入端口T1，信号从输入端口经过一个功放模块后再经4级功分电路进行输出。如果功放模块出现故障，将会导致该一分十六路失去信号放大功能，继而影响后续T/R组件的正常工作。本发明在功放模块中采用了双路功放并行的工作方式，大大提高了驱动放大功分网络的可靠性。
(5)本发明由于在接插件端口采用了垂直过渡结构，最大限度地降低了产品厚度，大大节省了整机空间；设计传输线布局时，灵活使用垂直过渡结构，传输信号于产品正反两面交替传输，使走线布局更加紧凑，且利用环形器实现了部分电路的共用，大大减小了产品的XY平面面积；本发明在放大模块中采用了并行双路功放，并设计了接收校准电路，大大提高了产品的可靠性，使工作故障风险降到了最低；由于产品端口的合理性设计，结构在进行整机连接时，可直接采用转接器进行对插，而无需多余导线的焊接，大大提高了整机可靠性。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的内部传输线布局图，左侧为正面俯视图，右侧为反面俯视图；
图3为本发明的整体外部结构图，左侧为结构正面俯视图，右侧为结构反面俯视图；
图4为本发明的内部功放模块布局图；
图5为本发明的环形器原理示意图。
具体实施方式
一种收发双工驱动放大功分网络，包括正、反两个矩形面板；正面板安装有1～16个端口，其中1～4端口与9～12端口排成一列于右上方均匀分布，5～8端口与13～16端口排成一列于左下方均匀分布，两列平行，且5～8与9～12水平对齐；反面板安装有5个端口，R1～R4在左侧居中均匀分布，T1处于右下方位置。
当驱动放大功分网络工作在接收状态时，还包括接收网络；信号从1～16端口输入，经过环形器进行选路最后从R1～R4端口输出，完成接收网络信号的传输。
所述接收网络包括垂直过渡结构、接收和发射共用电路M1～M4、三端口环形器H1～H4和接收电路L1～L4；正面1～16端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达反面，然后信号进入接收和发射共用电路M1～M4，信号经M1～M4合成后分别进入三端口环形器H1～H4，三端口环形器沿逆时针选路后将信号输出，信号穿过垂直过渡结构到达正面，然后到达接收电路L1～L4，信号经L1～L4后再穿过垂直过渡结构到达反面，最后从R1～R4端口输出。
所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现，所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路；所述接收电路由滤波器N1～N4分别加一段传输线组成。
当驱动放大功分网络工作在发射状态时，还包括发射网络；信号从T1端口输入，经功放模块放大后，再通过环形器进行选路，最后从1～16端口输出，完成发射网络信号的传输。
所述发射网络包括垂直过渡结构、发射电路W1～W3、功放模块A0、三端口环形器H1～H4、接收和发射共用电路M1～M4；反面T1端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达正面，然后信号进入发射电路W1，该电路另一端与垂直过渡结构相连，使信号到达反面进入发射电路W2，然后信号通过功放模块A0放大后经发射电路W3变为四路信号分别进入环形器H1～H4，环形器沿逆时针选路使信号输出分别进入接收和发射共用电路M1～M4，再经垂直过渡结构到达正面，最终从1～16端口输出。
所述发射电路W1、W2为传统传输线，发射电路W3为传统一分四功分电路；所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路。
当驱动放大功分网络工作在校准状态时，还包括校准网络；信号从T1端口输入，在正面通过耦合进入校准耦合电路，经校准耦合电路后再通过耦合进入接收电路，最后从R1～R4端口输出，完成校准网络信号的传输。
所述校准网络包括垂直过渡结构、发射电路W1、校准耦合电路W4和接收电路L1～L4；垂直过渡结构使信号从反面T1端口到达正面进入发射电路W1，发射电路W1与校准耦合电路W4发生耦合，使信号进入校准耦合电路W4，信号经W4后变为四路信号，分别再通过耦合进入接收电路L1～L4，最后经垂直过渡结构到达反面从R1～R4端口输出。
所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述校准耦合电路W4为传统一分四功分电路；所述接收电路由滤波器N1～N4分别加一段传输线组成。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，为本发明的原理框图。当驱动放大功分网络工作在发射状态时，如图1、图2所示，信号从反面T1端口进行输入，经垂直过渡结构，进入正面W1传输线，而后经垂直过渡结构进入反面W2传输线；信号经W2传输线进入功放模块A0，如图4所示，经并行双路功放P1～P2进行信号放大后进入W3；信号经W3后分别到达环形器H1～H4的1端口，如图5所示，沿环形器传输方向逆时针选路从其2端口输出，信号再经M1～M4分路后变为16路信号，最终信号经垂直过渡结构从正面1～16端口进行输出。
当驱动放大功分网络工作在接收状态时，如图1、图2所示，信号从正面1～16端口进行输入，经垂直过渡结构进入反面；而后16路信号经M1～M4合路后分别到达环形器H1～H4的2端口，如图5所示，信号沿环形器传输方向逆时针选路从其3端口输出，再经垂直过渡结构进入正面；信号进入正面后分别经L1～L4，再穿过垂直过渡结构到达反面，最终从R1～R4端口进行输出。
图1、图2中F0～F4为耦合电路，当驱动放大功分网络工作在校准状态时，信号经T1端口从反面到达正面进入电路W1，经F0耦合后一部分信号转化成S0信号进入校准耦合电路W4，而后分为四路信号S1～S4，每路信号再经F1～F4耦合后一部分信号进入滤波器N1～N4，然后经垂直过渡结构进入反面，最后从R1～R4端口进行输出。
本发明未详细说明部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种收发双工驱动放大功分网络，其特征在于：包括正、反两个矩形面板；正面板安装有1～16个端口，其中1～4端口与9～12端口排成一列于右上方均匀分布，5～8端口与13～16端口排成一列于左下方均匀分布，两列平行，且5～8与9～12水平对齐；反面板安装有5个端口，R1～R4在左侧居中均匀分布，T1处于右下方位置；
当驱动放大功分网络工作在接收状态时，还包括接收网络；信号从1～16端口输入，经过环形器进行选路最后从R1～R4端口输出，完成接收网络信号的传输；
所述接收网络包括垂直过渡结构、接收和发射共用电路M1～M4、三端口环形器H1～H4和接收电路L1～L4；正面1～16端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达反面，然后信号进入接收和发射共用电路M1～M4，信号经M1～M4合成后分别进入三端口环形器H1～H4，三端口环形器沿逆时针选路后将信号输出，信号穿过垂直过渡结构到达正面，然后到达接收电路L1～L4，信号经L1～L4后再穿过垂直过渡结构到达反面，最后从R1～R4端口输出；
当驱动放大功分网络工作在发射状态时，还包括发射网络；信号从T1端口输入，经功放模块放大后，再通过环形器进行选路，最后从1～16端口输出，完成发射网络信号的传输；
所述发射网络包括垂直过渡结构、发射电路W1～W3、功放模块A0、三端口环形器H1～H4、接收和发射共用电路M1～M4；反面T1端口直接与垂直过渡结构相连，使信号到达正面，然后信号进入发射电路W1，该电路另一端与垂直过渡结构相连，使信号到达反面进入发射电路W2，然后信号通过功放模块A0放大后经发射电路W3变为四路信号分别进入环形器H1～H4，环形器沿逆时针选路使信号输出分别进入接收和发射共用电路M1～M4，再经垂直过渡结构到达正面，最终从1～16端口输出；
当驱动放大功分网络工作在校准状态时，还包括校准网络；信号从T1端口输入，在正面通过耦合进入校准耦合电路，经校准耦合电路后再通过耦合进入接收电路，最后从R1～R4端口输出，完成校准网络信号的传输；
所述校准网络包括垂直过渡结构、发射电路W1、校准耦合电路W4和接收电路L1～L4；垂直过渡结构使信号从反面T1端口到达正面进入发射电路W1，发射电路W1与校准耦合电路W4发生耦合，使信号进入校准耦合电路W4，信号经W4后变为四路信号，分别再通过耦合进入接收电路L1～L4，最后经垂直过渡结构到达反面从R1～R4端口输出。
2.根据权利要求1所述的一种收发双工驱动放大功分网络，其特征在于：所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现，所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路。
3.根据权利要求1所述的一种收发双工驱动放大功分网络，其特征在于：所述发射电路W1、W2为传统传输线，发射电路W3为传统一分四功分电路；所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述接收和发射共用电路M1～M4为传统一分四功分电路。
4.根据权利要求1所述的一种收发双工驱动放大功分网络，其特征在于：所述垂直过渡结构采用接插件与传输线垂直焊接实现；所述校准耦合电路W4为传统一分四功分电路。
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