一种宽带相控阵雷达射频前端的研究

摘要

随着无线通信技术的快速发展，应用在雷达的天线要求越来越高，比如超宽带、高增益、波束扫描自适应等等。本论文所设计的宽带相控阵雷达射频前端频率范围比较宽为1.4-6GHz，阵列数目4x4，宽频带给相控阵雷达系统设计带来了难题，包括移相器带宽限制、系统小型化和高可靠性等等。 在宽带相控阵雷达射频前端的设计内容方面，主要分为天线模块和TR组件两个设计内容。对于天线模块，首先通过CST Microwave Studio软件设计了1.4-6GHz平面螺旋天线，另外设计了1.4-6GHz宽带指数渐变巴伦，来实现平衡到非平衡的馈电。此处设计选用高介电常数RF-60(40mil)作为天线的基板，可以大大减小天线的横向尺寸并且改善天线的性能，得到S11小于-8dB阵列天线模块。最后再通过Proe软件设计天线模块腔体，完成天线模块的设计。对于TR组件的设计内容主要分为射频电路和数字电路两部分内容，目的在于检验电路基本特性，作为后期工作进展的基础。本次设计的TR组件包含四个频段，如何设计出最简化的电路显得很重要。在这里本文创新之处在于通过合理设计方案，把四个通道整合成三个通道，这样可以减少滤波器和开关数量的使用，简化了电路。其次在进行PCB版图设计，为了保证散热好以及高可靠性，需要注意信号走线和整体布局等内容。为了实现小型化，数字电路板和射频电路板整体设计成四层混压板，有效减小了空间馈电体积。最后再利用Proe软件对腔体结构进行设计，在这里本文考虑到实际应用中阵列数目很庞大，为了实现TR组件和天线模块组装简单，在设计TR腔体时，特别选用了SMP紧凑型连接器来使用，以上就完成了TR组件的设计内容。 最后加工出天线和TR组件实物，由于阵列天线的测试要结合后期波控系统完善后一起测试才具有参考意义，目前只测试天线的回波损耗，测试结果满足设计要求。TR组件的测试通过矢量网络分析仪、频谱仪以及电压源的使用，最终测试结果为：当 FPGA 程序控制让每个通道独立工作时，通道功率以及二次谐波抑制满足设计指标要求，电路特性良好。

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