CN110297216A - 一种新型高隔离度的大功率雷达前端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高隔离度的大功率雷达前端，涉及雷达技术领域，该雷达前端采用新型腔体双工器结构，保证发射通道与接收通道同时工作在不同频率，同时完成对数据的大功率放大与低噪声接收，实现雷达前端的频分复用模式，从而可以使雷达实时监测目标，减少延迟；通过功率合成电路输出大功率发射信号，能够有效提高雷达的探测半径，捕获远处目标；另外，腔体双工器可以增加接收通道与发射通道的隔离度，通道间隔离度能达到120dBc，整个雷达前端采用模块化设计，通过结构分立将电路完全隔离，进一步减小发射通道对接收通道的空间上的影响，该雷达前端能够提供可靠的隔离度且能够满足超大功率发射要求，有助于提高雷达整体性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种新型高隔离度的大功率雷达前端。
背景技术
雷达前端是雷达的重要组成部分，主要负责微波信号的传输，在整个系统中启到桥梁的作用。雷达前端是连接天线与信号处理的纽带，出色的雷达前端能够提高雷达整体的性能指标，完成任务要求。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型高隔离度的大功率雷达前端，本发明的技术方案如下：
一种新型高隔离度的大功率雷达前端，该大功率雷达前端包括相互独立的腔体双工器、发射盒体和接收盒体，腔体双工器为三端口双向滤波器，腔体双工器包括公共端口、第一通道口和第二通道口，腔体双工器内部包括腔体，腔体双工器内部形成有公共端口至第一通道口的第一通道以及第二通道口至公共端口的第二通道，第一通道通过大小不同的空气腔耦合至第一工作频率，第二通道通过大小不同的空气腔耦合至第二工作频率；发射盒体中设置发射电路，发射盒体的输入端与腔体双工器的第一通道口紧固连接，发射电路和第一通道构成雷达前端的发射通道，发射通道中包括基于高功率放大器的功率合成电路，功率合成电路产生大功率发射信号；接收盒体中设置接收电路，接收盒体的输出端与腔体双工器的第二通道口紧固连接，接收电路和第二通道构成雷达前端的接收通道。
其进一步的技术方案为，功率合成电路包括输入端功分器和输出端功分器，输入端功分器包括一个输入端和两个输出端，输出端功分器包括两个输入端和一个输出端，输入端功分器和输出端功分器均采用Wilkinson功分器实现；输入端功分器的输入端作为功率合成电路的输入端接收发射信号，输入端功分器的一个输出端通过λ/4微带线连接第一高功率放大器的输入端、另一个输出端直接连接第二高功率放大器的输入端，第一高功率放大器的输出端连接输出端功分器的一个输入端，第二高功率放大器的输出端通过λ/4微带线连接输出端功分器的另一个输入端，输出端功分器的输出端作为功率合成电路的输出端产生大功率发射信号。
其进一步的技术方案为，腔体双工器内部的腔体中在第一通道和第二通道中分别安装有调谐柱。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种新型高隔离度的大功率雷达前端，该雷达前端采用新型腔体双工器结构，保证发射通道与接收通道同时工作在不同频率，同时完成对数据的大功率放大与低噪声接收，实现雷达前端的频分复用模式，从而可以使雷达实时监测目标，减少延迟；通过功率合成电路输出大功率发射信号，能够有效提高雷达的探测半径，捕获远处目标。另外，腔体双工器可以增加接收通道与发射通道的隔离度，通道间隔离度能达到120dBc，整个雷达前端采用模块化设计，通过结构分立将电路完全隔离，进一步减小发射通道对接收通道的空间上的影响，该雷达前端能够提供可靠的隔离度且能够满足超大功率发射要求，有助于提高雷达整体性能指标。采用功率合成技术合成大功率发射信号，增加λ/4枝节，提高功率合成的效率，优化合成功率。
附图说明
图1是本申请公开的大功率雷达前端的装配结构图。
图2是本申请中的腔体双工器的外部结构图。
图3是本申请中的腔体双工器的内部结构图。
图4是本申请中的腔体双工器的隔离度仿真曲线。
图5是本申请中的功率合成电路的示意图。
图6是功率合成电路中使用的功分器的插入损耗仿真曲线。
图7是功率合成电路中使用的功分器的端口的驻波的仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种新型高隔离度的大功率雷达前端，请参考图1，本申请的大功率雷达前端包括腔体双工器1、发射盒体2和接收盒体3，发射盒体2中设置雷达前端所需的发射电路，接收盒体3中设置雷达前端所需的接收电路。腔体双工器1、发射盒体2和接收盒体3是结构分立、相互独立的三个盒体，本申请通过这三个独立的盒体的紧固相连构成整个雷达前端。
其中，腔体双工器1为三端口双向滤波器，如图1示出的腔体双工器1的外部结构图，腔体双工器1包括公共端口4、第一通道口5和第二通道口6，如图2示出的腔体双工器1的内部结构图，腔体双工器1内部包括腔体，其内部包括大小不同的空气腔，腔体双工器1内部形成有公共端口4至第一通道口5的第一通道，如图3中腔体双工器1的右半部分形成为第一通道。腔体双工器1内部还形成有第二通道口6至公共端口4的第二通道，如图3中腔体双工器1的左半部分形成为第二通道。腔体双工器1采用空间耦合技术，内部通过采用不同大小的空气腔，耦合至相应的频率范围来实现频率分离的目的，也即第一通道通过大小不同的空气腔耦合至第一工作频率，第二通道通过大小不同的空气腔耦合至第二工作频率，从而可以实现两个通道的同时正常工作。另外，腔体双工器1内部还增加有两个调谐柱7，如图3所示，腔体双工器1内部的腔体中在第一通道和第二通道中分别安装有调谐柱7，调谐柱7用于对所在通道不需要的频率范围起到抑制作用。由此，本申请中的腔体双工器1的第一通道和第二通道的隔离度达到120dBc，第一通道和第二通道的隔离度S(2,1)的仿真曲线见图4所示。
发射盒体2的输入端与腔体双工器1的第一通道口5紧固连接，发射电路和第一通道构成雷达前端的发射通道。接收盒体3的输出端与腔体双工器1的第二通道口6紧固连接，接收电路和第二通道构成雷达前端的接收通道。腔体双工器1可以提供发射通道和接收通道之间的高隔离度，同时由于本申请的雷达前端采用结构分立的方式，因此相比于传统的分腔结构能够有效地隔离接收和发射之间的串扰，在传统的分腔结构中，总会存在缝隙，从而发射信号通过缝隙能够进入接收电路影响接收的信号，而在本申请中，3个独立的结构相互紧固，结构之间没有缝隙，发射信号无法从空间上泄露至接收电路，可以实现发射与接收完全隔离互不影响。
腔体双工器1除了可以实现高隔离度，还可以实现雷达前端的频分复用工作模式，腔体双工器1可以保证发射通道与接收通道同时在不同频率上正常工作，同时完成对数据的大功率放大与低噪声接收，使得本申请的雷达前端可以采用连续波模式工作。区别于一般的时分复用工作模式，本申请的雷达前端采用频分复用模式能够实时监测目标，减少延迟。
另外，本申请在雷达前端的发射通道中还设置有基于高功率放大器的功率合成电路，模块内部发射通道经过前级驱动电路然后进入功率合成电路经过隔离器与双工器之后输出，功率合成电路通过功率合成技术实现发射信号的大功率放大，从而产生大功率发射信号，从而能够有效提高雷达的探测半径，捕获远处目标。本申请的功率合成电路请参考图5，功率合成电路包括输入端功分器8和输出端功分器9，输入端功分器8包括一个输入端和两个输出端，输出端功分器9包括两个输入端和一个输出端，输入端功分器8和输出端功分器9均采用Wilkinson功分器实现。输入端功分器8的输入端作为功率合成电路的输入端IN接收发射信号。输入端功分器8的一个输出端通过λ/4微带线10连接第一高功率放大器的输入端、另一个输出端直接连接第二高功率放大器的输入端，本申请中第一高功率放大器和第二高功率放大器均采用MMIC芯片实现，图5直接以第一MMIC和第二MMIC表示。第一高功率放大器(第一MMIC)的输出端连接输出端功分器9的一个输入端，第二高功率放大器(第二MMIC)的输出端通过λ/4微带线11连接输出端功分器9的另一个输入端，输出端功分器9的输出端作为功率合成电路的输出端OUT产生并输出大功率发射信号。
Wilkinson功分器可以看作是一个180度功分合成网络，通过将一个支路臂的长度增加λ/4，可以使Wilkinson功分器成为90度功分合成网络，这时类似于LANGE电桥，这样从功分器的两输出端反射回来的功率相位相差180度，在功分器的输入端相抵消，反射减弱，从而弥补了输出端不完全匹配的缺点，改善了输入端驻波比的性能。同理将另一支路臂延长λ/4，从而两路信号传输路径相同，满足了功率合成对两路的相位要求，也改善了最终输出端口驻波比的性能，对插入损耗变化不大。对于实现功率合成电路，单独的功分器的指标好坏是电路的关键。采用仿真软件ADS对构成输入端功分器8和输出端功分器9的Wilkinson功分器进行仿真，功分器参数指标见下图所示，功分器的插入损耗如图6所示，端口的驻波比如图7所示，可见在发射频段内拥有良好的插入损耗和驻波比，
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型高隔离度的大功率雷达前端，其特征在于，所述大功率雷达前端包括相互独立的腔体双工器、发射盒体和接收盒体，所述腔体双工器为三端口双向滤波器，所述腔体双工器包括公共端口、第一通道口和第二通道口，所述腔体双工器内部包括腔体，所述腔体双工器内部形成有所述公共端口至所述第一通道口的第一通道以及所述第二通道口至所述公共端口的第二通道，所述第一通道通过大小不同的空气腔耦合至第一工作频率，所述第二通道通过大小不同的空气腔耦合至第二工作频率；所述发射盒体中设置发射电路，所述发射盒体的输入端与所述腔体双工器的第一通道口紧固连接，所述发射电路和所述第一通道构成雷达前端的发射通道，所述发射通道中包括基于高功率放大器的功率合成电路，所述功率合成电路产生大功率发射信号；所述接收盒体中设置接收电路，所述接收盒体的输出端与所述腔体双工器的第二通道口紧固连接，所述接收电路和所述第二通道构成雷达前端的接收通道。
2.根据权利要求1所述的大功率雷达前端，其特征在于，所述功率合成电路包括输入端功分器和输出端功分器，所述输入端功分器包括一个输入端和两个输出端，所述输出端功分器包括两个输入端和一个输出端，所述输入端功分器和输出端功分器均采用Wilkinson功分器实现；所述输入端功分器的输入端作为所述功率合成电路的输入端接收发射信号，所述输入端功分器的一个输出端通过λ/4微带线连接第一高功率放大器的输入端、另一个输出端直接连接第二高功率放大器的输入端，所述第一高功率放大器的输出端连接所述输出端功分器的一个输入端，所述第二高功率放大器的输出端通过λ/4微带线连接所述输出端功分器的另一个输入端，所述输出端功分器的输出端作为所述功率合成电路的输出端产生大功率发射信号。
3.根据权利要求1所述的大功率雷达前端，其特征在于，所述腔体双工器内部的腔体中在所述第一通道和所述第二通道中分别安装有调谐柱。
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