一種高集成度雙波束功分器的研制

吳萬軍諸睿孜(.中國兵器裝備集團(tuán)成都火控技術(shù)中心，四川 成都 673；.四川電子軍工集團(tuán)有限公司，四川 成都 673)

一種高集成度雙波束功分器的研制

吳萬軍1諸睿孜2
(1.中國兵器裝備集團(tuán)成都火控技術(shù)中心，四川 成都 611731；2.四川電子軍工集團(tuán)有限公司，四川 成都 611731)

文章研制了一種穿層互聯(lián)X波段雙波束功分器，使用仿真軟件對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；研制的產(chǎn)品經(jīng)過測(cè)試，在1GHz頻率帶寬范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了幅度偏離理論值±0.35dB，相位偏離理論值±3°。

穿層互聯(lián)；高集成度；雙波束；功分器

1 引言

功分器實(shí)現(xiàn)功率的分配與合成，是各種微波、毫米波電路中的重要器件，也是現(xiàn)代雷達(dá)的重要組成部分。當(dāng)一部雷達(dá)在空域覆蓋與搜索時(shí)間沒法匹配時(shí)，雙波束甚至多波束進(jìn)行空域覆蓋，是雷達(dá)很好的一個(gè)選擇，這樣既可以節(jié)約了搜索時(shí)間也實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)的空域覆蓋的要求。雙波束功分器既可以用于雷達(dá)發(fā)射波束中也可以用于雷達(dá)接收波束中。

傳統(tǒng)的雙波束功分器往往是采用N個(gè)1分2等功分器通過電纜與2個(gè)1分N路功分器相連，此方法設(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積大，可靠性低，幅相一致性很難保證。本文研制了一種穿層互聯(lián)[1]X波段雙波束功分器。通過穿層互聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式把12個(gè)1分2等功分器與2個(gè)1分12不等功分器進(jìn)行物理連接。該功分器與傳統(tǒng)功分器相比，具有可靠性高、尺寸小、損耗低、幅相一致性好等特點(diǎn)。

2 雙波束功分器的設(shè)計(jì)

雙波束功分器中2等功分器和12不等功分器均采用威爾金森功分器[2]的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用羅杰斯5880厚度為1.14mm的高頻介質(zhì)材料，上層12個(gè)2等功分器的一個(gè)端口與12不等功分器集成在一張印制板上實(shí)現(xiàn)不等功分不等相位的設(shè)計(jì)[3]，下層12不等功分器與12個(gè)2等功分器另一個(gè)端口采用穿層互聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式連接，從而實(shí)現(xiàn)不等功分等相位的設(shè)計(jì)。見圖1所示。

圖1 雙波束功分器原理圖

圖1 中，a為1分2等功分器，共計(jì)12個(gè)；b為穿層互聯(lián)結(jié)構(gòu)，共計(jì)12個(gè)；c為12不等功分器，共計(jì)2個(gè)；14端口與1～12端口實(shí)現(xiàn)不等幅度不等相位的傳輸，13端口與1～12端口實(shí)現(xiàn)不等幅度等相位的傳輸。

表1 計(jì)算結(jié)果

12不等功分器按照24單元-35db的泰勒分布進(jìn)行計(jì)算，取其中的幅度分布的一半進(jìn)行設(shè)計(jì)，12端口到1端口能量分布依次從大到小，相位按照端口依次遞減15°，通過理論計(jì)算并且結(jié)合電磁仿真軟件HFSS對(duì)圖1中的雙波束功分器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其達(dá)到理想的指標(biāo)。頻帶內(nèi)仿真計(jì)算的結(jié)果如表1所示，其中14端口與其他端口相位值為中心頻點(diǎn)相對(duì)相位值。

3 雙波束功分器測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過電磁仿真軟件及其結(jié)構(gòu)軟件對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)后，研制的雙波束功分器如圖2所示，雙波束功分器外形尺寸為200mm×80mm×16mm，重量為0.5kg；通過裝配和調(diào)試后，產(chǎn)品的最終測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖2 雙波束功分器結(jié)構(gòu)圖

表2 產(chǎn)品的最終測(cè)試結(jié)果

對(duì)比表2所示，雙波束功分器各個(gè)端口駐波均小于1.4，不等功分等相位面端口損耗≤1.25db，幅度偏離理論值設(shè)計(jì)±0.31db，相位控制±2.5°以內(nèi)。不等功分不等相位面端口損耗≤1.23db，幅度偏離理論值設(shè)計(jì)±0.3db，相位控制±2°以內(nèi)。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，雙波束功分器指標(biāo)能夠很好的滿足工程應(yīng)用的要求。

4 結(jié)論

本文通過理論計(jì)算并結(jié)合電磁仿真軟件HFSS對(duì)穿層互聯(lián)的雙波束功分器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了良好的匹配特性和幅相分布特性，此功分器不但尺寸小，而且可靠性也得到了提高。雙波束功分器的成功研制對(duì)多波束功分器的研制具有一定的參考意義。

[1] Cao wei,R.F.Harringtonetal .Multiconductor Transmission Lines in Multilayered Dielectric Medis IEEE Trans[J]. MTT-32,1984:439-450.

[2] Wilkinson E J.An N-way hybrid power divider[J].IRE Trans.Microwave TheoryTech,1960,8(1):116-118.

[3] 林為干.微波網(wǎng)絡(luò)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1978.

The study of dual-beam highly-integrated power divider

An x-band dual-beam power divider is researched, a technology of interconnection through strata is adopted in this divider, then use the simulation software to design the related parameter. The result of experiment indicate that: in the range of 1GHz, the deviation of amplitude is ±0.35dB, the deviation of phase is±3°.

interconnection of through strata; highly-integrated; dual-beam; power divider

TN62

A

1008-1151(2016)12-0059-02

2016-11-09

吳萬軍（1983－），男，四川成都人，中國兵器裝備集團(tuán)成都火控技術(shù)中心工程師，從事無源器件及其雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)工作；諸睿孜（1986－），女，四川成都人，四川電子軍工集團(tuán)有限公司助理工程師，從事項(xiàng)目管理工作。