CN113945898A - 一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路，旨在提高超宽带阵列天线内监测网络各监测通道的耦合量平坦度，属于雷达天线领域。该内监测电路由监测通道、馈线通道、耦合缝和金属柱组成。监测通道为带状线结构，50欧姆带状线中间包含一段阻抗匹配线；馈线通道为50欧姆的带状线结构，与监测通道共用一层金属地；耦合缝为三个矩形槽结构，位于监测通道与馈线通道共用金属地上，并且中间的矩形槽与所述监测通道阻抗匹配线相对；所述金属柱垂直贯穿所有介质板并连接上下金属地，分布在所述耦合缝两侧。本发明的内监测电路具有良好的超宽带特性，在整个工作频段内，对于阵列天线各通道的耦合量变化很小，适用于各类有源相控阵天线的内监测。

Description

一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路

技术领域

本发明属于雷达天线与微波技术领域。

背景技术

有源相控阵天线由成千上万个辐射单元和T/R组件组成，通过控制各个辐射通道的幅度相位关系来形成所需要的波束形状和指向。有源相控阵天线工作时，由于T/R组件工况变化，导致阵面辐射通道幅度相位变化，从而影响相控阵各辐射单元的幅度相位，要保证有源相控阵天线的性能，须对每个辐射单元的幅相进行准确的实时监测，并依此进行修正和补偿。因此，高性能监测系统是高性能有源相控阵天线的必须设备，良好的监测系统对缩短有源相控阵天线的调试周期、提高有源相控阵天线电气性能起着非常重要的作用。

经典的监测方法可按监测信号馈入的位置分为：内监测和外监测。从校准原理上看，“外监测”受外部环境影响较大，实际工作环境中使用时，外监测的幅相变化非常大，校准精度差；而“内监测”通常是在阵列内部设置监测设备进行实时监控，常用的监测设备有开关矩阵、监测网络等。“内监测”技术成熟、性能相对稳定，适合实际工作环境的使用，但是目前所采用的“内监测”方法硬件的设备量普遍较大，成本高，同时还需要使用大量的电缆，使得有源相控阵天线内空间布局紧张。而且传统设计的内监测模块常采用层压技术或多层互联技术，具有加工精度高，实现工艺难，成本高等问题。现有内检测电路超宽带内的幅度变化时否很大？

内监测电路通常基于定向耦合器实现对通道幅相参数的提取，而定向耦合器有多种实现方法，包括小孔耦合、共面波导、带状线耦合、电桥耦合等等。其中，带状线耦合器由于其具有性能良好、容易设计、生产成本低廉等优点而被广泛应用,尤其是在日益发展的移动通信领域。传统的单节带状线定向耦合器由于四分之一波长设计的局限，很难做到较好的宽带特性，为提升定向耦合器的带宽这一问题，现有的方法是设计为渐变式定向耦合器提升带宽，渐变式定向耦合器的缺点在于体积大且设计复杂，而且最终的插入损耗较大；此外，单节定向耦合器的耦合量曲线随着频率的变化而改变，宽带监测网络的耦合量起伏较大，对接收机的动态范围要求高，不利于幅度不平衡的校准，校准精度也会下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种低幅度不平衡超宽带内监测电路，耦合结构采用三个矩形缝隙与匹配带线段过渡监测通道和馈线通道的能量，提高超宽带阵列天线内监测电路各监测通道的耦合量平坦度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种低幅度不平衡超宽带内监测电路，包括监测通道1、馈线通道2、耦合缝3和金属柱4，其中监测通道1和馈线通道2均为带状线结构，且共用金属接地层，各介质板通过半固化片压合；耦合缝3位于监测通道1和馈线通道2之间的共用金属接地层上；金属柱4由金属化通孔垂直贯穿所有介质板并连接上下金属地，分布在所述耦合缝3两侧。

进一步的，所述耦合缝3由三个矩形缝隙组成，且三个矩形缝隙呈中心对称分布，中间缝隙正对监测通道1的匹配带线段；

进一步的，所述金属柱4由两排金属化通孔组成，与监测通道和馈线通道交叠部分平行排列，其长度大于耦合缝的最大外形尺寸并与其保持一定距离，金属柱直径0.5毫米，金属柱间距0.8毫米；

本发明与现有技术相比，由于采用三个相邻矩形缝隙耦合上下通道的能量，并仅通过监测通道的匹配带线段调节匹配，降低监测通道对馈线通道的影响，提高监测通道的幅度不平衡平坦度，可以达到两倍频工作带宽内幅度不平衡度小于1dB。此外，该耦合结构仅需两排金属柱起到抑制带内谐振的作用，较少的孔结构能提高介质板稳定性，同时降低制造成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的正上方视角结构示意图；

图3是本发明的四通道内监测网络结构示意图；

图4是本发明的四通道内监测网络所有端口驻波；

图5是本发明的四通道内监测网络各通道耦合量曲线；

附图说明：1，监测通道的带状线；2，馈线通道的带状线；3，耦合结构的三个矩形缝隙；4，贯穿整个介质板的金属柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参照图1，一种低幅度不平衡超宽带内监测电路，包括监测通道、馈线通道、耦合结构和金属柱，其中监测通道和馈线通道均为带状线结构，两者共用一层接地金属层，各介质板通过半固化片压合；监测通道的带状线包含50欧姆线和匹配带线段，其中匹配带线段与耦合结构的中心对齐；耦合结构由三个矩形缝隙组成，呈中心对称分布在共用的接地金属层上；金属柱由两排金属化通孔贯穿整个印制板结构，对称分布在耦合结构两侧并与其相距一段距离，长度需超过三个矩形缝隙组成的耦合结构。

参照图2，从正上方俯视该内监测电路各部分相对位置关系，根据介质板的参数可以确定监测通道和馈线通道带状线的线宽，监测通道的匹配带线段的尺寸与耦合结构的矩形缝隙尺寸可用于调节耦合量和阻抗匹配。

参照图3，所述内监测电路串联成四通道内监测网络，端口1到4为组件接口，端口5到8为天线接口，C1为该网络的监测端口，C2为该网络的50欧姆负载端口。

所述内监测网络使用的每层介质板厚度为0.508mm，相对介电常数为2.55，损耗角正切为0.0019。所述金属柱每排9个，其直径为0.5毫米，间距为0.8毫米。

以下结合仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明：

1、仿真条件和内容

利用商业仿真软件对实施案例1进行了S参数仿真，仿真结果如图4～5所示。

2、仿真结果分析

参照图4和图5，为实施例1中的各端口驻波曲线和四个通道的耦合量，可见在两倍频工作带宽内八个接口驻波均小于1.1，可见该内监测网络对阵列天线的馈电影响很小。同时，该内监测网络具有两倍频程的28.5～30dB耦合度。各通道同频点相互之间带内幅度一致性＜1.2dB，同一通道带宽内不同频点幅度一致性＜1dB。因此，该内监测网络具有低幅度不平衡和超宽带特性。

Claims (3)

1.一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路，其特征在于：包括监测通道(1)、馈线通道(2)、耦合缝(3)和金属柱(4)；所述监测通道(1)和馈线通道(2)均为带状线结构，且共用金属接地层，各介质板通过半固化片压合；所述耦合缝(3)位于监测通道(1)和馈线通道(2)之间的共用金属接地层上；所述金属柱(4)由金属化通孔垂直贯穿所有介质板并连接上下金属地，分布在所述耦合缝(3)两侧。

2.根据权利要求1所述的一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路，其特征在于：所述耦合缝(3)由三个矩形缝隙组成，且三个矩形缝隙呈中心对称分布，中间缝隙正对监测通道(1)的匹配带线段。

3.根据权利要求1所述的一种低幅度不平衡的超宽带内监测电路，其特征在于：所述金属柱(4)由两排金属化通孔组成，与监测通道和馈线通道交叠部分平行排列，其长度大于耦合缝的最大外形尺寸并与其保持一定距离，金属柱直径0.5毫米，金属柱间距0.8毫米。

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