具有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線，以實(shí)現(xiàn)有源相控陣天線的各通道幅度和相位的監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)功能。
技術(shù)背景
[0002]相控陣天線由若干天線單元或天線子陣構(gòu)成，每個(gè)單元或子陣通道又接有移相器、衰減器、放大器、濾波器、混頻器等微波器件。這些微波器件在生產(chǎn)制造以及安裝過(guò)程中必然會(huì)存在一定的誤差，長(zhǎng)期工作時(shí)還可能出現(xiàn)器件的老化、熱變形以及元件的替換，所以相控陣天線在工作時(shí)很難保證相控陣各通道之間的幅相一致性，在某些情況下還極有可能出現(xiàn)個(gè)別通道失效的情況，使得相控陣天線的波束指向精度下降、增益減小、低副瓣特性惡化等，嚴(yán)重的影響著相控陣天線的使用，因此在相控陣天線工作時(shí)必須對(duì)其各個(gè)通道的幅相特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)。而有源相控陣天線作為一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，在系統(tǒng)集成的階段仍然可能引入各種誤差。這就要求采取某種手段，在有源相控陣天線系統(tǒng)組成之后對(duì)其各通道校準(zhǔn)。對(duì)于工程上應(yīng)用最多的平面相控陣天線來(lái)說(shuō)，近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)可能是一種經(jīng)常采用的選擇，利用該系統(tǒng)不但能夠完成口徑面測(cè)試從而獲得天線遠(yuǎn)場(chǎng)性能，還能利用它對(duì)相控陣各單元進(jìn)行校準(zhǔn)。不過(guò)目前的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是很明顯的，首先用它進(jìn)行天線校準(zhǔn)的效率較低，時(shí)間成本太高。近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)是一種機(jī)械電子系統(tǒng)，測(cè)試過(guò)程的大部分時(shí)間耗費(fèi)在精確的機(jī)械定位上，而校準(zhǔn)又需要進(jìn)行多次迭代才能達(dá)到理想的精度，其次平面近場(chǎng)系統(tǒng)一般建造在暗室中，這使它可全天候使用，但投入很大建成后難以移動(dòng)，這也決定了它主要適用于研制中或小批量測(cè)試。雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中生命周期比較長(zhǎng)，在長(zhǎng)期的使用中，相控陣天線各個(gè)通道之間的不一致性會(huì)逐漸積累。這也就是說(shuō)系統(tǒng)誤差會(huì)不斷增大。當(dāng)誤差大到了一定的時(shí)候天線性能會(huì)有明顯的下降對(duì)雷達(dá)整體性能有影響。此時(shí)就需要對(duì)天線性能進(jìn)行評(píng)估或是進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于相控陣天線通道的校準(zhǔn)，其實(shí)現(xiàn)方法主要有“外校準(zhǔn)”和“內(nèi)校準(zhǔn)”兩種。內(nèi)校準(zhǔn)是在天線列線陣與耦合器端口接入高頻矩陣開(kāi)關(guān)，通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)選通被測(cè)通道，其它通道處于隔離狀態(tài)。矩陣開(kāi)關(guān)、列線陣上的耦合器和列線陣的主通道構(gòu)成校準(zhǔn)通道。遠(yuǎn)場(chǎng)外校準(zhǔn)方案，不需要矩陣開(kāi)關(guān)，列線陣上的耦合器也不需要使用，只將輔助天線置于待測(cè)天線的遠(yuǎn)場(chǎng)。控制T/R組件的狀態(tài)來(lái)選通校準(zhǔn)通道。在實(shí)際應(yīng)用中，這兩種校準(zhǔn)方法都有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)，內(nèi)校準(zhǔn)方法能夠不受環(huán)境等因素的影響準(zhǔn)確地測(cè)出各通道的幅相誤差值，從設(shè)備量上來(lái)看，要增加矩陣開(kāi)關(guān)和高頻耦合器，但是其缺點(diǎn)是沒(méi)有把列線陣的幅相誤差，以及列線陣之間互耦的影響考慮進(jìn)去?！巴庑?zhǔn)”又分為“近場(chǎng)校準(zhǔn)”和“遠(yuǎn)場(chǎng)校準(zhǔn)”，“近場(chǎng)校準(zhǔn)”是在陣列的周圍或陣中的相應(yīng)位置設(shè)置若干輔助校準(zhǔn)單元，通過(guò)測(cè)試輔助校準(zhǔn)單元和陣列單元之間的能量耦合來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)MCM法。遠(yuǎn)場(chǎng)外校準(zhǔn)方案是一個(gè)理想方案，它能考慮包括列線陣之間幅相不一致及列線陣之間互耦的影響，但需要一個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)出天線總輸出端口在多個(gè)預(yù)定的角度上的幅度和相位值，再經(jīng)矩陣求逆運(yùn)算從而得到天線口徑分布的幅度和相位值(D.Dan法)。遠(yuǎn)場(chǎng)外校準(zhǔn)方法的精度受到環(huán)境的影響。從校準(zhǔn)原理上可以看到“外校準(zhǔn)”受外部環(huán)境影響較大，實(shí)際工作環(huán)境中使用時(shí)校準(zhǔn)精度相對(duì)較低?！皟?nèi)校準(zhǔn)”通常是在陣列內(nèi)部設(shè)置校準(zhǔn)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，常用的校準(zhǔn)設(shè)備有開(kāi)關(guān)矩陣、行波耦合網(wǎng)絡(luò)等?！皟?nèi)校準(zhǔn)”技術(shù)成熟、性能相對(duì)穩(wěn)定，適合實(shí)際工作環(huán)境的使用，但是目前所采用的“內(nèi)校準(zhǔn)”方法硬件的設(shè)備量普遍較大。
[0004]綜上所述，在相控陣天線校準(zhǔn)中，“外校準(zhǔn)”受外部環(huán)境影響較大，校準(zhǔn)精度較低，“內(nèi)校準(zhǔn)”設(shè)備量大，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件設(shè)備量少，校準(zhǔn)精度高，受外部環(huán)境影響小，具有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線。
[0006]本發(fā)明的上述目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到，一種具有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線，包括:天線陣面、饋電傳輸線、內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、T/R組件、射頻饋電網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)處理模塊，其特征在于，內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)封閉于多層帶狀線印制板夾層中，天線陣面、內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、饋電傳輸線通過(guò)印制板熱層壓技術(shù)，層壓為一體化的整體多層板結(jié)構(gòu)，每個(gè)天線陣元通過(guò)一條帶狀線形式的饋電傳輸線連接T/R組件端口，T/R組件經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)連接信號(hào)處理模塊，在此基礎(chǔ)上，每個(gè)天線陣元通道的幅相信息通過(guò)封閉于多層帶狀線印制板內(nèi)的一體化熱壓合成型內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，送入信號(hào)終端處理模塊進(jìn)行校準(zhǔn)算法處理；相控陣雙通道內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)單元分別與每一路饋電傳輸線形成定向耦合的帶狀線耦合器，帶狀線耦合器從陣面射頻前端的饋電傳輸線中耦合出天線各通道的能量，從饋電傳輸線中耦合出天線陣面收發(fā)信號(hào)的幅度相位信息和各路天線陣元的幅度相位信息，通過(guò)多個(gè)帶調(diào)諧枝節(jié)的T型結(jié)進(jìn)行功率合成為一個(gè)總的收發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)，該收發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)再經(jīng)由信號(hào)處理模塊進(jìn)行校準(zhǔn)算法處理后，反過(guò)來(lái)再對(duì)天線各通道進(jìn)行幅度相位補(bǔ)償，從而完成對(duì)有源相控陣天線各通道的信號(hào)的監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0008]小型化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件設(shè)備量少。本發(fā)明采用多層帶狀線印制板熱壓合技術(shù)，將其與天線陣面、饋電傳輸線進(jìn)行一體化壓合成型，內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)封閉于多層帶狀線印制板夾層中，提供了天線工程領(lǐng)域中一種受外部環(huán)境影響較小，校準(zhǔn)精度高。該內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)克服了傳統(tǒng)“外校準(zhǔn)”受外部環(huán)境影響較大，校準(zhǔn)精度較低，“內(nèi)校準(zhǔn)”法設(shè)備量大，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。由于內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)有效地利用起了饋電傳輸線之間的剩余空間，使得天線陣面整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有小型化的特點(diǎn)。
[0009]校準(zhǔn)精度高，受外部環(huán)境影響小。本發(fā)明通過(guò)帶狀線形式的定向耦合器從陣面射頻前端的饋電傳輸線中耦合出天線各通道的能量，由于定向耦合器為弱耦合結(jié)構(gòu)，對(duì)天線陣面各通道信號(hào)的影響幾乎可以忽略。內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單帶調(diào)諧枝節(jié)的T型結(jié)進(jìn)行功率合成一路總的校準(zhǔn)信號(hào)，避免了常規(guī)內(nèi)校準(zhǔn)法中大量矩陣開(kāi)關(guān)的使用。由于校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)封閉于多層板內(nèi)，天線陣面、內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、饋電傳輸線層壓為一小型化的整體多層板結(jié)構(gòu)，這樣，不僅提高了校準(zhǔn)精度，而且減小了天線陣面主通道和校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)所受外部環(huán)境的影響，相對(duì)于已有的內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件設(shè)備量少。
[0010]本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于毫米波有源相控陣天線校準(zhǔn)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明具有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線的原理框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明雙通道校準(zhǔn)單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是圖1的單層帶狀線印制板結(jié)構(gòu)內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例俯視圖。
[0014]圖4是圖1的多層帶狀線印制板結(jié)構(gòu)內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例俯視圖。
[0015]圖中:1.校準(zhǔn)通道饋電傳輸線，2.校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)能量耦合帶狀線，3.枝節(jié)，4.T型結(jié)，
5.屏蔽孔，6.T/R與饋電傳輸線的接口，7.饋電傳輸線與天線陣面的接口，8.校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)總出口。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參閱圖1。在以下描述的一個(gè)最佳實(shí)施例中，具有內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有源相控陣天線包括:天線陣面、饋電傳輸線、內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、T/R組件、射頻饋電網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)處理模塊，其中，天線陣面是由N個(gè)微帶貼片形式的天線陣元構(gòu)成的天線陣列，每個(gè)天線陣元通過(guò)一條帶狀線形式的饋電傳輸線與T/R組件連接，T/R組件經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)與信號(hào)處理模塊連接，通過(guò)信號(hào)處理模塊完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)收發(fā)處理；內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)采用封閉形式的多層帶狀線結(jié)構(gòu)，該內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)封閉于多層帶狀線印制板夾層中，天線陣面、內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、饋電傳輸線通過(guò)印制板熱層壓技術(shù)，層壓為一小型化的整體多層板結(jié)構(gòu)。相控陣雙通道內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)單元分別與每一路饋電傳輸線形成定向耦合的帶狀線耦合器，帶狀線耦合器從饋電傳輸線中耦合出天線陣面的收發(fā)信號(hào)的幅度相位信息，然后將各路天線陣元的幅度相位信息通過(guò)多個(gè)帶調(diào)諧枝節(jié)的T型結(jié)進(jìn)行功率合成，成為一個(gè)總的收發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)，該收發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)再經(jīng)由信號(hào)處理模塊的校準(zhǔn)算法處理，反過(guò)來(lái)再對(duì)天線各通道進(jìn)行幅度相位補(bǔ)償，從而完成對(duì)有源相控陣天線各通道的信號(hào)的監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)。內(nèi)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)封閉于該多層帶狀線印制板中，天線陣面、饋電傳輸線和校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)采用多層帶狀線印制板熱壓合技術(shù)，進(jìn)行一體化壓合成型。校準(zhǔn)時(shí)，被監(jiān)測(cè)通道處于打開(kāi)狀態(tài)，其余陣元通道處于斷開(kāi)狀態(tài)，每個(gè)通道逐一依次進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0017]參閱圖2。雙通道校準(zhǔn)單元包含兩端帶有金屬化過(guò)孔的校準(zhǔn)通道饋電傳輸線1、校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)能量耦合帶狀線2、枝節(jié)3、T型結(jié)4、屏蔽孔5、T/R與饋電傳輸線的接口 6、饋電傳輸線與天線陣面的接口 7和校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)總出口 8，其中，校準(zhǔn)通道饋電傳輸線以一條U型口延伸出斜面線形成饋電傳輸線1的形式布局在印制板上，另一條以平行上述斜面線和平行上述U型側(cè)邊Z型饋電傳輸線1的布局方式布局在印制板上；為減小耦合結(jié)構(gòu)對(duì)主通道的影響，校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)能量耦合帶狀線2采用弱耦合形式，以橫折橫豎彎再橫折豎彎的布局方式圍繞上述兩條饋電傳輸線1形成校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)；T型結(jié)4垂直于帶狀線2豎