一种变极化平衡雷达射频前端装置的制作方法

本发明属于雷达通信与近程探测技术领域，特别是一种变极化平衡雷达射频前端装置。

背景技术：

随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。特别是短距离探测雷达的探测应用越来越深入到民用领域中，近距离侦测雷达得到越来越多的应用和研究，比如说一直研究应用很多的汽车防撞雷达和测速雷达，都是典型的短距离雷达，还有个人雷达、超短距离飞机起飞测试雷达、短距离多普勒测速雷达等等，都是近距离探测雷达的典范。短距离雷达的特点是体积小，一般小型化都较好，同时成本较低，适合民用，它们的发射功率小，从而探测距离就比较近。而且这些雷达都采用发射连续波的方式探测目标，属于连续波雷达的典型代表。一般近程探测连续波雷达都采用收发共用的天线结构，这样可以做到结构简单、成本低、工作高效等优点。但存在最大的问题是发射信号的泄露问题，由于环形器的隔离度有限，发射信号泄露至接收通道成为这种雷达的主要障碍。近年来关于泄露对消的研究越来越多，有关有源和无源的各种结构被提出，泄露对消这个问题得到了越来越多的解决方法。但往往这些结构都只是考虑泄露对消的问题，而并没有对天线馈源系统做出较大创新改进，如果可以加入变极化技术，那么这种连续波雷达前端结构将得到更加广泛的关注与应用。

变极化技术是近年来在雷达干扰、抗干扰系统中应用比较广泛且行之有效的一项技术，成为雷达、电子战诸多技术中的一个研究热点。在雷达、通信、航空航天及遥控遥测等系统中，目标的反射特性、电磁波的传播和信号的接受性能均与波的极化形式有关。天线极化匹配良好是否，系统的效果迥然不同。因此，为适应现代信息密集多变的特点，对天线的快速极化切换的要求日益迫切。一副天线仅具有一种极化，效能低下，已不适应现代系统的使用要求。而使用变极化技术的天线可以在这些领域更好的发挥作用，特别适用于高速平台。同样的，在干扰、抗干扰中使用变极化天线，也可自主的通过与干扰波或者抗干扰波的极化正交来进行抗干扰和干扰。而极化特征识别有助于对抗干扰波的干扰和对极化隐身目标进行识别。一般变极化系统采用双馈或者多馈的天线结构，通过数控或者模拟开关控制天线馈源相位，从而改变天线极化。但是目前的变极化系统都 没有考虑泄露的问题或者仍然采用双天线结构，而连续波雷达系统没有考虑抗干扰的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种既能实现收发共用也能实现变极化的平衡雷达射频前端装置，该装置组成简单、成本低、适应性好，可以应用于很多变极化场景中。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种变极化平衡雷达射频前端装置，包括两个单刀双掷开关、四个正交耦合器和两个双馈天线，所述四个正交耦合器分别包括A、B、C、D四个端口，其中A和B端口之间直达、A和C端口之间耦合；其中第一单刀双掷开关与第一正交耦合器的A端口、D端口相连，第一正交耦合器的B端口与第二正交耦合器的A端口连接、第一正交耦合器的C端口与第三正交耦合器的A端口连接；第二正交耦合器的B端口与第一双馈天线的一个馈电端口连接，第二正交耦合器的C端口与第二双馈天线的一个馈电端口连接；第三正交耦合器的B端口与第一双馈天线的另一个馈电端口连接，第三正交耦合器的C端口与第二双馈天线的另一个馈电端口连接；第二正交耦合器的D端口与第四正交耦合器的A端口连接，第三正交耦合器的D端口与第四正交耦合器的D端口连接，第四正交耦合器的B端口、C端口与第二单刀双掷开关连接；

通过第一单刀双掷开关选择第一正交耦合器的A或D通道，发射信号经过第一正交耦合器形成两路相位相差90°的输出信号，该两路输出信号分别经过第二正交耦合器、第三正交耦合器形成4路信号，第一双馈天线的两个馈电点相位相差90°、第二双馈天线的两个馈电点相位相差90°，第一双馈天线、第二双馈天线分别构成圆极化；当第一单刀双掷开关选择第一正交耦合器的A通道时，第二单刀双掷开关选择第四正交耦合器的B端口，第一双馈天线、第二双馈天线的上馈电点均比下馈电点落后90°，形成右旋圆极化；当第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关同时切换时，第一双馈天线、第二双馈天线的上馈电点均比下馈电点超前90°，形成左旋圆极化。

进一步地，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关的结构相同，均由MA4SW210单刀双掷裸片构成，通过对MA4SW210的偏置电压的控制，来达到开关切换的目的，两个开关采用同时切换的方式，从而进行左旋和右旋圆极化的切换。

进一步地，所述第一双馈天线和第二双馈天线的结构相同，均由两个H缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线排列而成，参照一般线阵的组阵方法，该两个圆极化贴片天线排列 在一条直线上，组成二元圆极化微带天线阵。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用了无源的平衡雷达前端网络作为馈电网络，收发天线共用，结构简单、稳定，降低了系统成本；(2)具备平衡雷达所具备的所有特点，包括泄露对消，天线反射的消除和部分天线耦合效应，解决了单天线系统出现的多数问题；(3)整个射频前端结构多采用微带线构成，成本低，体积小，易于制作，且可实现宽带化；(4)在对消泄露的同时能够灵活切换天线极化方式，可提高系统抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的总体结构图。

图2为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的正交耦合器模型图。

图3为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的天线单元图，其中(a)为俯视图，(b)为侧视图。

图4为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的天线组阵图。

图5为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的单元天线隔离度仿真图。

图6为本发明变极化平衡雷达射频前端装置的系统输出S参数图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做出进一步详细说明。

结合图1，本发明变极化平衡雷达射频前端装置，其特征在于，包括两个单刀双掷开关、四个正交耦合器和两个双馈天线，所述四个正交耦合器分别包括A、B、C、D四个端口，其中A和B端口之间直达、A和C端口之间耦合；其中第一单刀双掷开关1与第一正交耦合器2的A端口、D端口相连，第一正交耦合器2的B端口与第二正交耦合器3的A端口连接、第一正交耦合器2的C端口与第三正交耦合器4的A端口连接；第二正交耦合器3的B端口与第一双馈天线5的一个馈电端口连接，第二正交耦合器3的C端口与第二双馈天线6的一个馈电端口连接；第三正交耦合器4的B端口与第一双馈天线5的另一个馈电端口连接，第三正交耦合器4的C端口与第二双馈天线6的另一个馈电端口连接；第二正交耦合器3的D端口与第四正交耦合器7的A端口连接，第三正交耦合器4的D端口与第四正交耦合器7的D端口连接，第四正交耦合器7的B端口、C端口与第二单刀双掷开关8连接；

通过第一单刀双掷开关1选择第一正交耦合器2的A或D通道，发射信号经过第 一正交耦合器2形成两路相位相差90°的输出信号，该两路输出信号分别经过第二正交耦合器3、第三正交耦合器4形成4路信号，第一双馈天线5的两个馈电点相位相差90°、第二双馈天线6的两个馈电点相位相差90°，第一双馈天线5、第二双馈天线6分别构成圆极化；当第一单刀双掷开关1选择第一正交耦合器2的A通道时，第二单刀双掷开关8选择第四正交耦合器7的B端口，第一双馈天线5、第二双馈天线6的上馈电点均比下馈电点落后90°，形成右旋圆极化；当第一单刀双掷开关1、第二单刀双掷开关8同时切换时，第一双馈天线5、第二双馈天线6的上馈电点均比下馈电点超前90°，形成左旋圆极化。

进一步地，所述第一单刀双掷开关1、第二单刀双掷开关8的结构相同，均由MA4SW210单刀双掷裸片构成，通过对MA4SW210的偏置电压的控制，来达到开关切换的目的，两个开关采用同时切换的方式，从而进行左旋和右旋圆极化的切换。

进一步地，所述第一双馈天线5和第二双馈天线6的结构相同，均由两个H缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线排列而成，参照一般线阵的组阵方法，该两个圆极化贴片天线排列在一条直线上，组成二元圆极化微带天线阵。

结合图2，本发明变极化平衡雷达射频前端装置的四个正交耦合器，若信号从A端口输入，那么B端口就是直达端口，C端口为90°耦合端口，D端口为隔离端口。

结合图3(a)，本发明变极化平衡雷达射频前端装置的第一双馈天线5和第二双馈天线6均采用H缝隙耦合馈电多层天线，结合图3(b)该天线由3层构成，底层为耦合馈电层，中间为空气层，上层为方形贴片层，馈电层和贴片层均采用Rogers4003板材制成，这种结构优点是带宽相对较宽，且两个馈电端口之间隔离度比较高，且这种结构较为简单，容易加工。

结合图4，本发明变极化平衡雷达射频前端装置的第一双馈天线5和第二双馈天线6的分布图，两个天线如图放置主要是方便外围馈电网络对其进行馈电，不会引入额外的相位，以保证结构或者系统的对称性。两个天线之间的距离主要影响最终系统的方向图指向，参照一般线阵的组阵方式放置两个天线。

结合图5，本发明变极化平衡雷达射频前端装置的双馈天线单元的隔离度仿真图，通过调节H的位置以及馈电深度，得到高隔离度的双馈圆极化天线，隔离度可以达到-48dB，对整个系统的发射与接收的隔离度的提高有着显著的影响。

结合图6，本发明变极化平衡雷达射频前端装置的系统仿真S参数图，其中1端口 为第一正交耦合器的A端口，2端口为第四正交耦合器的B端口，3端口为第四正交耦合器的C端口，发射信号经过1端口经过整个网络，泄露至接收端的信号在2端口为对消输出，在3端口为叠加输出，故端口2输出可以满足泄露对消，保证发射和接收端之间隔离度<-45dB。

综上所述，本发明变极化平衡雷达射频前端装置，结构简单、成本低、可靠性高，能够较容易实现两种圆极化的切换，提高抗干扰的能力，同时作为单天线系统解决泄露对消、天线反射和部分耦合的问题，在近程探测和小型连续波雷达领域将得到长足的应用和发展。