一种新型微波宽带单脉冲天馈系统

1 引言

本文阐述了一种工作在C~X频段的新型微波宽频带单脉冲天馈系统，包括和差比较器和槽线天线阵和宽带功分器。国外对宽频带天线的研究比较早,实现宽频带的天线种类很多,但多用于相控阵天线阵或单波束天线阵,用于单脉冲方面的宽频带天线的报道很少。国内对于宽频带天线的研究不仅发表很多文献，而且已经应用于工程系统中。但用得较多的天线形式是双臂螺旋线天线，而且工作体制是宽波束低增益比相单脉冲。宽频带单脉冲高增益天馈系统的相关报道很少。本文提出了一种新型的宽频带单脉冲高增益的天馈系统。

本文用渐变槽线天线为单元构成天线阵列以获得较高的增益，以Lange耦合器为基本单元构成和差比较器，从而构成整个单脉冲天馈系统。

2 和差比较器

单脉冲雷达的关键部件是射频单脉冲处理器，这个部件完成对接收到的微波信号的比较，所以又称为单脉冲比较器（Monopulse Comparator）或和差比较器，如图1所示。由和差比较器产生的方位差信号和俯仰差信号能用来确定目标相对于雷达天线视角的方位。为了克服波导结构的缺点，本文采用平面的微带结构。典型的波导结构单脉冲比较网络用0°/1803dB 耦合器设计而成，如图2所示。当四路信号分别从输入端口1、2、3、4同相输入时，由于延时器和3dB耦合器均会产生90°相位差，所以在相应的输出端口产生由这四路信号共同作用的和差信号。图2中的端口5即为和端口，端口6、7分别形成俯仰差信号和方位差信号，而端口8形成的信号在此处为无用信号，实际中常将此端口加匹配负载，故称为匹配端口。

图1 和差比较器

图2 和差比较器原理图

本文采用了Lange耦合器结合90°延迟线组成微带结构的单脉冲比较器，其HFSS模型如图3所示，1、2、3、4端口为输入端口，5、6、7、8端口为输出端口。采用介电常数为10.2的介质基片，通过仿真分析确定耦合器的线宽w，线间距离s，微带馈线宽度w1等参数。图3中线条较密集的部分为Lange耦合器，其结构如图4所示，属于宽带耦合器且结构紧凑，共有4个端口，输入的信号在直通端和耦合端等分输出，中间的弧线为金属跳线（bondwire），多采用很细的金丝制成。

图3 和差比较器HFSS模型