CN114512805A - 埋藏式夹心宽带耦合校准网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种埋藏式夹心宽带耦合校准网络，结构简单、易于加工、具有良好一致性、不增加天线口径面积。本发明通过下述技术方案实现：在底层介质金属地板(7)的上表面上制有以S形的蜿蜒行波走线方式，按等距连续折转的夹心微带线网络(3)，夹心微带线网络层压在金属地板与天线阵面印制板介质层之间，且夹心微带线网络S折转的中间盲端设有网络馈电点(4)，夹心微带线网络S形蜿蜒行波走线的开口始末端串联有埋阻(5)和微带开路线(6)，夹心微带线网络对应顶层天线阵面印制板表面上阵列的天线贴片(1)，将至少两行排布的天线贴片等距分隔进行能量互耦。本发明可用于天线阵列尤其是毫米波大规模天线阵列的耦合校准。

Description

埋藏式夹心宽带耦合校准网络
技术领域
本发明涉及一种无线通信领域，相控阵天线系统的校准网络，具体可以是一种埋藏式夹心宽带耦合校准网络。
背景技术
有源相控阵天线的监测和校准技术，是随着有源相控阵天线技术的发展而不断进步的一门综合性技术。它的主要任务是保证天线在整个生命周期内的性能特性、可靠性和可维修性，对有源相控阵天线进行故障判断、定位、性能评估、校准，完成保障和维护。从技术的角度看，它属于测试与测量技术，所涉及的技术几乎涵盖了电子技术的各个方面，如天线微波电磁场、接收机技术、测试信息提取(信号处理，包括A/D、数字电路)、测试数据获取和处理、软件算法、软件编程技术等。相控阵天线监测校准主要分为离线和在线两种方式：离线校准通过外部源馈入天线(远场校准、中场校准、平面近场校准)。平面近场测试系统是一种经常采用的选择离线监测校准方法，利用该系统不但能够完成口径面测试，从而获得天线远场性能，然而目前的近场测试系统的缺点也是很明显的，首先用它进行天线校准的效率较低。近场测试系统是一种机械电子系统，测试过程的大部分时间耗费在精确的机械定位上，而校准又需要进行多次迭代才能达到理想的精度，时间成本太高；其次，平面近场系统一般建造在暗室中，这使它可全天候使用，但投入很大，建成后难以移动，这也决定了它主要适用于研制中或小批量测试。相控阵天线在实际应用中生命周期比较长，在长期的使用中，各个通道之间的不一致性会逐渐积累。这也就是说，系统误差会不断增大。当误差大到了一定的时候，天线性能会有明显的下降，对天线整体性能有影响。此时就需要对天线性能进行评估，或是进行校准。以接收为例，信号从频率源发出，经辅助天线，从空间辐射到天线阵面，单元接收到信号后，经LNA放大，然后部分耦合到监测网络，从监测网络矩阵开关到达监测接收机，在其中混频，把信号变换到中频，然后进行AD采样，最后进行存储和处理。在线校准天线通常采用设备或系统内的频率源，以发射为例，信号从自带频率源发出，经放大，经T组件进入天线阵面。此时有部分信号耦合到监测网络，进行下变频，把信号变换到中频，然后进行AD采样，最后进行存储和处理。离线校准使用外部频率源，自身的可靠性和可维护性较高，但需要离位到暗室内进行，校准复杂效率较低。在线校准需要在天线内部增加耦合回路，受环境影响较小，通道间的相互影响也较小，测量误差及系统稳定性要优于外监测系统，同时在线校准可用于进行相控阵天线在线健康管理，提高系统测试性能力。相控阵天线阵面是由多个辐射单元组成的阵列天线，由于各种原因，如元器件性能下降或损坏、强电磁干扰等，而使相控阵中各天线单元的激励电流存在着随机幅度和相位误差，将导致天线波瓣的副瓣电平恶化、增益损失、波束指向精度下降等，因此必须要有相应手段定期或实时地对各天线单元的幅度和相位进行监测和校准。
在线校准有以下几种传统耦合方法：在TR组件或转接层增加耦合线或者耦合器实现，该方法结构复杂，对于频率较高的相控阵天线加工复杂、实现难度较大。在天线阵面增加耦合贴片单元及功率合成网络，该方法需要增加天线口径面积，且对于规模较大的天线阵列，动态范围通常在40dB以上，不易于后端AD采样。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术耦合方式存在的不足之处，提出一种结构简单、易于加工、具有良好一致性、不增加天线口径面积，可宽带工作的低动态范围的耦合校准网络。
为实现上述目的所采用的技术方案是：一种埋藏式夹心宽带耦合校准网络，包括：设置在顶层天线阵面印制板表面上，按纵横线阵错位排布阵列的天线贴片1以及设置在天线贴片1的边缘馈电点2，制有地板开孔8的底层介质的金属地板7,其特征在于：在底层介质金属地板7的上表面上制有以S形的蜿蜒行波走线方式，按等距连续折转的夹心微带线网络3，夹心微带线网络3层压在金属地板7与天线阵面印制板介质层之间，且夹心微带线网络S折转的中间盲端设有网络馈电点4，夹心微带线网络3S形蜿蜒行波走线的开口始末端串联有埋阻5和微带开路线6，夹心微带线网络对应顶层天线阵面印制板表面上阵列的天线贴片1，将至少两行排布的天线贴片1等距分隔进行能量互耦。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单。本发明以金属地板7为底层，设置在表面层的阵列排布得天线贴片1，在金属地板7与天线贴片1之间的夹心微带线网络3，在原有天线阵面基础上只需要增加一层印制板，工序简单、易于加工，成本低廉，可制造性强。成本低。还可以与射频层、数字层通过多层印制板层压为多层板，通用性强。
本发明在夹心微带线网络3按S形蜿蜒走线与天线贴片1等距的排布，耦合差异小，夹心微带线网络3在天线贴片间走线，外围无需增加耦合贴片及功率合成网络，孔径利用率高；动态范围小，易于后端采样，以千元级毫米波相控阵天线为例，各单元耦合度差值在20dB以内，耦合动态范围低。
本发明夹心微带线网络3末端串联埋阻5和微带开路线6，与中心馈电点4构成行波传输，传输线工作范围宽，可以实现宽带工作。
本发明可用于毫米波大规模相控阵天线在线监测和校准的射频信号耦合校准。
附图说明
具体实施方式
图1是本发明埋藏式夹心宽带耦合校准网络的主视图；
图2是图1的中心线局部剖视；
图3是图2底层介质板的俯视图；
图4是图3的仰视图；
图中：1天线贴片，2边缘馈电点，3夹心微带线网络，4网络馈电点，5埋阻，6微带开路线，7金属地板，8地板开孔。
参阅图1-图3。在以下描述的示意性优选实施例中，一种埋藏式夹心宽带耦合校准网络，包括：设置在顶层天线阵面印制板表面上，按纵横线阵错位排布阵列的天线贴片1以及设置在天线贴片1的边缘馈电点2，制有地板开孔8的底层介质的金属地板7,其中：在底层介质金属地板7的上表面上制有以S形的蜿蜒行波走线方式，按等距连续折转的夹心微带线网络3，夹心微带线网络3层压在金属地板7与天线阵面印制板介质层之间，且夹心微带线网络S折转的中间盲端设有网络馈电点4，夹心微带线网络3S形蜿蜒行波走线的开口始末端串联有埋阻5和微带开路线6，夹心微带线网络对应顶层天线阵面印制板表面上阵列的天线贴片1，将至少两行排布的天线贴片1等距分隔进行能量互耦。
夹心微带线网络3耦合天线贴片的辐射信号，获取测试支路的天线贴片1的相位和幅度分布，实现对相控阵天线收/发通道在线实时监测和校准。
金属地板7介质板双面分别刻蚀有地板开孔8及夹心微带线网络3的图形。
微带线网络3以单一介质填充微带蜿蜒线形式等间距L夹心埋藏于顶层天线阵面印制板的下方，两者共用金属地板7。
夹心微带线网络3通过串联的埋阻5及与微带开路线6传输线实现电磁波吸收，通过网络馈电点4实现电磁波行波传输。
天线贴片1的边缘馈电点2通过金属化过孔实现馈电。
如天线贴片1按2×2为单位错位分布，边缘馈电点2按2×2天线贴片1的顺时针宽边90°相位顺次旋转排布。
天线贴片1尺寸A＝λ/2，微带开路线6的尺寸S＝λ(1/2+n)，n＝0,12,3…，λ为工作频率的半波长。天线贴片1在表面层阵列排布，其上有边缘馈电点2。天线贴片1按2×2为单位错位分布，边缘馈电点2按2×2天线贴片1的顺时针宽边90°相位顺次旋转排布。
参阅图4。底层的金属地板7上刻蚀地板开孔8，地板开孔8与对应天线贴片1边缘馈电点2同心。

Claims (9)

1.一种埋藏式夹心宽带耦合校准网络，包括：设置在顶层天线阵面印制板表面上，按纵横线阵错位排布阵列的天线贴片(1)以及设置在天线贴片(1)的边缘馈电点(2)，制有地板开孔(8)的底层介质的金属地板(7),其特征在于：在底层介质金属地板(7)的上表面上制有以S形的蜿蜒行波走线方式，按等距连续折转的夹心微带线网络(3)，夹心微带线网络(3)层压在金属地板(7)与天线阵面印制板介质层之间，且夹心微带线网络S折转的中间盲端设有网络馈电点(4)，夹心微带线网络(3)S形蜿蜒行波走线的开口始末端串联有埋阻(5)和微带开路线(6)，夹心微带线网络对应顶层天线阵面印制板表面上阵列的天线贴片(1)，将至少两行排布的天线贴片(1)等距分隔进行能量互耦。
2.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：夹心微带线网络(3)耦合天线贴片的辐射信号，获取测试支路的天线贴片(1)的相位和幅度分布，实现对相控阵天线收/发通道在线实时监测和校准。
3.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：金属地板(7)介质板双面分别刻蚀有地板开孔(8)及夹心微带线网络(3)的图形。
4.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：微带线网络(3)以单一介质填充微带蜿蜒线形式等间距L夹心埋藏于顶层天线阵面印制板的下方，两者共用金属地板(7)。
5.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：夹心微带线网络(3)通过串联的埋阻(5)及与微带开路线(6)传输线实现电磁波吸收，通过网络馈电点(4)实现电磁波行波传输。
6.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：天线贴片(1)的边缘馈电点(2)通过金属化过孔实现馈电。
7.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：天线贴片(1)按2×2为单位错位分布，边缘馈电点(2)按2×2天线贴片1的顺时针宽边90°相位顺次旋转排布。
8.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：天线贴片(1)尺寸A＝λ/2，微带开路线6的尺寸S＝λ(1/2+n)，n＝0,12,3…，λ为工作频率的半波长。
9.如权利要求1所述的埋藏式夹心宽带耦合校准网络，其特征在于：金属地板(7)上刻蚀地板开孔(8)，地板开孔(8)与对应天线贴片(1)边缘馈电点(2)同心。
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