一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络的制作方法

本发明涉及一种波束形成网络，尤其涉及的是一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络。

背景技术：

收发前端的子阵数字化成为相控阵雷达的发展趋势，而波束形成网络是相控阵雷达实现子阵数字化的重要部件。发射时，波束形成网络起到将子阵数字发射机输出的功率分配到每个子阵发射TR通道的作用；接收时，波束形成网络起到将每个子阵TR通道接收到的信号合成一个或多个波束并输出到子阵数字接收机。所以相控阵雷达的波束形成网络就是使得阵面上的众多TR通道与子阵数字接收机或发射机相连并传输信号的系统。

图1所示是一种现有技术的相控阵雷达接收前端波束形成网络示意图，接收通道由TR1至TR16共16个TR通道组成，每四个TR通道接收到的信号通过一个子阵波束形成网络合成一个子阵波束，形成的四个子阵波束分别输入到数字接收机的四个通道。

这种现有技术的波束形成网络设计简单，可以基于各种类型的功分器或是Rotman透镜等设计而成，同时，可以通过改变子阵波束形成网络的分口数量来实现4路、8路或16路等不同规模的子阵波束形成网络。不过，这种现有技术波束形成网络的不足之处在于：4路、8路、16路等不同规模的子阵波束形成网络不能共用，而且无法实现收发共用的目的，功能单一，无法满足现代相控阵雷达向多功能、数字化方向发展的趋势。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络，利用同一个网络形成不同规模的子阵波束，并且收发共用、互不干扰，实现子阵波束形成网络的多功能化。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明相控阵雷达多功能子阵波束形成网络由一级子阵波束形成网络1、第一路二级子阵波束形成网络2、第二路二级子阵波束形成网络3、第一路三级子阵波束形成网络4、第二路三级子阵波束形成网络5、第三路三级子阵波束形成网络6和第四路三级子阵波束形成网络7组成，所述一级子阵波束形成网络1包括一级发射端口11和一级接收端口12，所述二级子阵波束形成网络2包括二级发射端口21和二级接收端口22，所述第二路二级子阵波束形成网络3包括二级发射端口31和二级接收端口32，所述第一路三级子阵波束形成网络4包括三级发射端口41、三级接收端口42、TR通道接口401、TR通道接口402、TR通道接口403和TR通道接口404，所述第二路三级子阵波束形成网络5包括三级发射端口51、三级接收端口52、TR通道接口501、TR通道接口502、TR通道接口503和TR通道接口504，所述第三路三级子阵波束形成网络6包括三级发射端口61、三级接收端口62、TR通道接口601、TR通道接口602、TR通道接口603和TR通道接口604，所述第四路三级子阵波束形成网络7包括三级发射端口71、三级接收端口72、TR通道接口701、TR通道接口702、TR通道接口703和TR通道接口704。

所述一级子阵波束形成网络1的两个分口分别与第一路二级子阵波束形成网络2和第二路二级子阵波束形成网络3的总口连接，所述第一路二级子阵波束形成网络2的两个分口分别与第一路三级子阵波束形成网络4和第三路三级子阵波束形成网络6的总口连接，所述第二路二级子阵波束形成网络3的两个分口分别与第二路三级子阵波束形成网络5和第四路三级子阵波束形成网络7的总口连接。

所述TR通道接口401、TR通道接口402、TR通道接口403和TR通道接口404为第一路三级子阵波束形成网络4的四个分口，所述TR通道接口501、TR通道接口502、TR通道接口503和TR通道接口504为第二路三级子阵波束形成网络5的四个分口，TR通道接口601、TR通道接口602、TR通道接口603和TR通道接口604为第三路三级子阵波束形成网络6的四个分口，TR通道接口701、TR通道接口702、TR通道接口703和TR通道接口704为第一路三级子阵波束形成网络4的四个分口。

所述一级发射端口11连接相控阵雷达的数字发射机，所述数字发射机输入的射频激励信号依次经过一级子阵波束形成网络1，二级子阵波束形成网络2和3，三级子阵波束形成网络4、5、6和7，分成十六路信号后经十六个TR通道接口输出到相控阵雷达的十六个TR组件，实现十六个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述十六个TR组件接收到的射频信号依次经过三级子阵波束形成网络4、5、6和7，二级子阵波束形成网络2和3，一级子阵波束形成网络1合成一个波束，再通过一级接收端口12输出到相控阵雷达的数字接收机，实现十六个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过二级发射端口21，第一路二级子阵波束形成网络2，三级子阵波束形成网络4、6和TR通道接口401、402、403、404、601、602、603、604分成八路信号输出到相控阵雷达的八个对应的TR组件，实现第一路八个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述八个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口401、402、403、404、601、602、603、604，三级子阵波束形成网络4、6，第一路二级子阵波束形成网络2和二级发射端口22合并成一个波束输出到数字接收机，实现第一路八个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过二级发射端口31，第二路二级子阵波束形成网络3，三级子阵波束形成网络5、7和TR通道接口501、502、503、504、701、702、703、704分成八路信号输出到相控阵雷达的八个对应的TR组件，实现第二路八个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述八个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口501、502、503、504、701、702、703、704，三级子阵波束形成网络5、7，第二路二级子阵波束形成网络3和二级发射端口32合并成一个波束输出到数字接收机，实现第二路八个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过三级发射端口41，第一路三级子阵波束形成网络4和TR通道接口401、402、403、404分成四路信号输出到相控阵雷达的四个对应的TR组件，实现第一路四个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述四个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口401、402、403、404，第一路三级子阵波束形成网络4和三级发射端口42合并成一个波束输出到数字接收机，实现第一路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过三级发射端口51，第二路三级子阵波束形成网络5和TR通道接口501、502、503、504分成四路信号输出到相控阵雷达的四个对应的TR组件，实现第二路四个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述四个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口501、502、503、504，第二路三级子阵波束形成网络5和三级发射端口52合并成一个波束输出到数字接收机，实现第二路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过三级发射端口61，第三路三级子阵波束形成网络6和TR通道接口601、602、603、604分成四路信号输出到相控阵雷达的四个对应的TR组件，实现第三路四个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述四个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口601、602、603、604，第三路三级子阵波束形成网络6和三级发射端口62合并成一个波束输出到数字接收机，实现第三路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述数字发射机的射频激励信号依次经过三级发射端口71，第四路三级子阵波束形成网络7和TR通道接口701、702、703、704分成四路信号输出到相控阵雷达的四个对应的TR组件，实现第四路四个通道规模子阵发射波束形成的功能；所述四个TR组件接收到的信号依次经TR通道接口701、702、703、704，第四路三级子阵波束形成网络7和三级发射端口72合并成一个波束输出到数字接收机，实现第四路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

所述一级子阵波束形成网络1、第一路二级子阵波束形成网络2、第二路二级子阵波束形成网络3、第一路三级子阵波束形成网络4、第二路三级子阵波束形成网络5、第三路三级子阵波束形成网络6和第四路三级子阵波束形成网络7可以同时使用，也可以单独使用。

所述16个TR通道接口按等间距的面阵排列，可以实现与相控阵雷达的16个TR组件一一对应盲配互联，省去射频电缆的连接，从而减小插损。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明的子阵波束形成网络可以利用一个网络形成不同规模的子阵波束，不同规模子阵波束形成网络可以同时使用，也可以单独使用，相比现有技术需要多个网络或是更换网络才能形成不同规模子阵波束的方案，具有设备量小、多功能的优点。

本发明的每一级子阵波束形成网络都具有接收和发射的功能，收发共用一个网络，收发隔离度高。

本发明子阵波束形成网络的布局和形状可以根据相控阵雷达阵面的布阵和单元间距的大小进行调整，实现TR通道接口与相控阵雷达的TR组件接口一一对应盲配互联，省去射频电缆的连接，从而减小插损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种现有技术的相控阵雷达接收前端波束形成网络的模块框图；

图2是本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络的模块框图；

图3是图2中一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络的原理示意图；

图4是本发明端口11和端口12的驻波曲线图；

图5是本发明端口21和端口22的驻波曲线图；

图6是本发明端口31和端口32的驻波曲线图；

图7是本发明端口41和端口42的驻波曲线图；

图8是本发明端口51和端口52的驻波曲线图；

图9是本发明端口61和端口62的驻波曲线图；

图10是本发明端口71和端口72的驻波曲线图。

图中：1一级子阵波束形成网络，11一级发射端口，12一级接收端口，13环行隔离器，14功分器；2第一路二级子阵波束形成网络，21二级发射端口，22二级接收端口，23环行隔离器，24、25功分器；3第二路二级子阵波束形成网络，31二级发射端口，32二级接收端口，33环行隔离器，34、35功分器；4第一路三级子阵波束形成网络，41三级发射端口，42三级接收端口，43环行隔离器，44、45、46、47功分器，401、402、403、404TR通道接口；5第二路三级子阵波束形成网络，51三级发射端口，52三级接收端口，53环行隔离器，54、55、56、57功分器，501、502、503、504TR通道接口；6第三路三级子阵波束形成网络，61三级发射端口，62三级接收端口，63环行隔离器，64、65、66、67功分器，601、602、603、604TR通道接口；7第四路三级子阵波束形成网络，71三级发射端口，72三级接收端口，73环行隔离器，74、75、76、77威尔金森功分器，701、702、703、704TR通道接口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2和图3所示，本实施例以一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络应用在2.2GHz为例，TR通道接口子阵规模取为4×4，适用于4×4子阵规模的有源相控阵天线。本实施例的多功能子阵波束形成网络基于威尔金森功分器和环形器设计而成。威尔金森功分器基于微波电路板工艺加工而成，介质型号为Arlon CLTE-XT、单层厚度0.254mm、介电常数2.94，隔离电阻值为100欧姆。环形器型号为Narda 4923，工作频段2GHz-4GHz，端口驻波小于1.3，插损0.4dB。本实施例由三级子阵组成，分别为：一级子阵波束形成网络1、二级子阵波束形成网络2和3、三级子阵波束形成网络4、5、6和7。

如图3所示，一级子阵波束形成网络1由一级发射端口11、一级接收端口12、环形器13和威尔金森功分器14组成；一级发射端口11和一级接收端口12分别为环形器13的发射输入端口和接收输出端口，环形器13的总口与威尔金森功分器14的总口连接。

如图3所示，第一路二级子阵波束形成网络2由二级发射端口21、二级接收端口22、环形器23和威尔金森功分器24、25组成；二级发射端口21和二级接收端口22分别为环形器23的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器24的总口和两个分口分别与威尔金森功分器25的总口、环形器23的总口和威尔金森功分器14的分口连接。第二路二级子阵波束形成网络3由二级发射端口31、二级接收端口32、环形器33和威尔金森功分器34、35组成；二级发射端口31和二级接收端口32分别为环形器33的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器34的总口和两个分口分别与威尔金森功分器35的总口、环形器33的总口和威尔金森功分器14的分口连接。

如图3所示，第一路三级子阵波束形成网络4由三级发射端口41、三级接收端口42、环形器43和威尔金森功分器44、45、46、47组成；三级发射端口41和三级接收端口42分别为环形器43的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器44的总口和两个分口分别与威尔金森功分器45的总口、环形器43的总口和威尔金森功分器25的分口连接，威尔金森功分器46和47的总口分别与威尔金森功分器45的两个分口连接，威尔金森功分器46和47的四个分口分别与TR通道接口401、402、403和404连接。第二路三级子阵波束形成网络5由三级发射端口51、三级接收端口52、环形器53和威尔金森功分器54、55、56、57组成；三级发射端口51和三级接收端口52分别为环形器53的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器54的总口和两个分口分别与威尔金森功分器55的总口、环形器53的总口和威尔金森功分器35的分口连接，威尔金森功分器56和57的总口分别与威尔金森功分器55的两个分口连接，威尔金森功分器56和57的四个分口分别与TR通道接口501、502、503和504连接。第三路三级子阵波束形成网络6由三级发射端口61、三级接收端口62、环形器63和威尔金森功分器64、65、66、67组成；三级发射端口61和三级接收端口62分别为环形器63的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器64的总口和两个分口分别与威尔金森功分器65的总口、环形器63的总口和威尔金森功分器25的分口连接，威尔金森功分器66和67的总口分别与威尔金森功分器65的两个分口连接，威尔金森功分器66和67的四个分口分别与TR通道接口601、602、603和604连接。第四路三级子阵波束形成网络7由三级发射端口71、三级接收端口72、环形器73和威尔金森功分器74、75、76、77组成；三级发射端口71和三级接收端口72分别为环形器73的发射输入端口和接收输出端口，威尔金森功分器74的总口和两个分口分别与威尔金森功分器75的总口、环形器73的总口和威尔金森功分器35的分口连接，威尔金森功分器76和77的总口分别与威尔金森功分器75的两个分口连接，威尔金森功分器76和77的四个分口分别与TR通道接口701、702、703和704连接。

16个TR通道接口401、402、403、404、501、502、503、504、601、602、603、604、701、702、703和704按等间距的面阵排列，实现与相控阵雷达的16个TR组件一一对应盲配互联。

相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由一级发射端口11输入，依次经环形器13和功分器14分成两路，两路信号再分别经功分器24和25、功分器34和35分成四路，四路信号再分别经功分器44和45、功分器54和55、功分器64和65、功分器74和75分成八路，八路信号再分别经功分器46、47、56、57、66、67、76、77分成十六路，十六路信号最后分别经TR通道接口401、402、403、404、501、502、503、504、601、602、603、604、701、702、703和704输出到相控阵雷达的十六个TR组件，实现十六个通道规模子阵发射波束形成的功能。十六个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口401、402、403、404、501、502、503、504、601、602、603、604、701、702、703和704输入，分别经功分器46、47、56、57、66、67、76、77合成八路，八路信号再分别经功分器45和44、功分器55和54、功分器65和64、功分器75和74合成四路，四路信号再分别经功分器25和24、功分器35和34合成两路，两路信号再经功分器14合成一路，一路信号最后依次经环形器13和一级接收端口12输出到相控阵雷达的数字接收机，实现十六个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由二级发射端口21输入，依次经环形器23、功分器24和25分成两路，两路信号再分别经功分器44和45、功分器64和65分成四路，四路信号再分别经功分器46、47、66、67分成八路，八路信号最后分别经TR通道接口401、402、403、404、601、602、603、604输出到相控阵雷达的八个TR组件，实现第一路八个通道规模子阵发射波束形成的功能。八个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口401、402、403、404、601、602、603、604输入，分别经功分器46、47、66、67合成四路，四路信号再分别经功分器45和44、功分器65和64合成两路，两路信号再分别经功分器25和24合成一路，一路信号最后依次经环形器23和二级接收端口22输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第一路八个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由二级发射端口31输入，依次经环形器33、功分器34和35分成两路，两路信号再分别经功分器54和55、功分器74和75分成四路，四路信号再分别经功分器56、57、76、77分成八路，八路信号最后分别经TR通道接口501、502、503、504、701、702、703、704输出到相控阵雷达的八个TR组件，实现第二路八个通道规模子阵发射波束形成的功能。八个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口501、502、503、504、701、702、703、704输入，分别经功分器56、57、76、77合成四路，四路信号再分别经功分器55和54、功分器75和74合成两路，两路信号再分别经功分器35和34合成一路，一路信号最后依次经环形器33和二级接收端口32输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第二路八个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由三级发射端口41输入，依次经环形器43、功分器44和45分成两路，两路信号再分别经功分器46和47分成四路，四路信号最后分别经TR通道接口401、402、403、404输出到相控阵雷达的四个TR组件，实现第一路四个通道规模子阵发射波束形成的功能。四个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口401、402、403、404输入，分别经功分器46和47合成两路，两路信号再依次经功分器45和44合成一路，一路信号最后依次经环形器43和三级接收端口42输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第一路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由三级发射端口51输入，依次经环形器53、功分器54和55分成两路，两路信号再分别经功分器56和57分成四路，四路信号最后分别经TR通道接口501、502、503、504输出到相控阵雷达的四个TR组件，实现第二路四个通道规模子阵发射波束形成的功能。四个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口501、502、503、504输入，分别经功分器56和57合成两路，两路信号再依次经功分器55和54合成一路，一路信号最后依次经环形器53和三级接收端口52输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第二路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由三级发射端口61输入，依次经环形器63、功分器64和65分成两路，两路信号再分别经功分器66和67分成四路，四路信号最后分别经TR通道接口601、602、603、604输出到相控阵雷达的四个TR组件，实现第三路四个通道规模子阵发射波束形成的功能。四个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口601、602、603、604输入，分别经功分器66和67合成两路，两路信号再依次经功分器65和64合成一路，一路信号最后依次经环形器63和三级接收端口62输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第三路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

或者，相控阵雷达的数字发射机输出的射频激励信号由三级发射端口71输入，依次经环形器73、功分器74和75分成两路，两路信号再分别经功分器76和77分成四路，四路信号最后分别经TR通道接口701、702、703、704输出到相控阵雷达的四个TR组件，实现第四路四个通道规模子阵发射波束形成的功能。四个TR组件接收到的射频信号由TR通道接口701、702、703、704输入，分别经功分器76和77合成两路，两路信号再依次经功分器75和74合成一路，一路信号最后依次经环形器73和三级接收端口72输出到相控阵雷达的数字接收机，实现第四路四个通道规模子阵接收波束形成的功能。

图4给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络一级子阵发射端口11和接收端口12的驻波曲线。图5给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络二级子阵发射端口21和接收端口22的驻波曲线。图6给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络二级子阵发射端口31和接收端口32的驻波曲线。图7给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络三级子阵发射端口41和接收端口42的驻波曲线。图8给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络三级子阵发射端口51和接收端口52的驻波曲线。图9给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络三级子阵发射端口61和接收端口62的驻波曲线。图10给出了2.2GHz本发明一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络三级子阵发射端口71和接收端口72的驻波曲线。比较这几个曲线图形，本发明多功能子阵波束形成网络的各端口驻波均较小，并具有一定的带宽性能。

总之，本发明提出的一种相控阵雷达多功能子阵波束形成网络利用一个网络形成不同规模的子阵波束，不同规模子阵波束形成网络可以同时使用，也可以单独使用，同时具有接收和发射的功能，避免了现有技术方案功能单一的缺点。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。