小型化微波宽带延迟线技术研究

摘要

近年来宽带相控阵雷达技术飞速发展，且已逐渐进入实战阶段。由于移相器的缺点导致相控阵系统无法克服天线阵“孔径效应”的限制，在采用瞬时大宽带信号时会发生波束的空间色散即波束指向的偏离。解决这一问题的办法就是在阵列各单元或者子阵级别上使用延迟线来抵消孔径渡越时间，从而实现在瞬时大宽带信号下信号无失真的接收或者发射。 雷达系统的小型化、宽频带发展要求延迟线具有高精度、高线性度、低损耗的同时还应满足小型化、宽频带、轻量化。采用射频多层印刷板技术的延迟线不仅可以利用三维立体结构来实现小型化设计还能让延迟线以没有色散的带状线的形式传输，提高了延迟线的性能。 本文首先阐述了射频多层印刷板技术的特点，然后对影响多层板中带状线性能的垂直过渡结构以及带状线走线自身的耦合、接地隔离通孔等因素进行了分析，还对金丝键合进行了匹配建模分析，改善了因金丝键合带来的传输性能上的影响。然后设计了一款基于射频多层板技术的低频段超宽带延迟单元并加工实物进行了测试以此来验证建立模型的准确性以及加工带来的误差。最终测试结果：工作频带2GHz～6GHz，直通支路驻波≤1.4，插入损耗为-1.8dB～-2.5dB，损耗波动≤0.7dB，延迟支路驻波≤1.42，插入损耗为-3dB～-5dB，损耗波动≤2dB，整个频带内相位线性度≤6.5°，体积为33mm×34mm×6mm。 在上述工作的基础上设计了一款应用于X波段的5位延时放大组件，该组件的工作频带为8GHz～12GHz，由四个相同的延迟放大通道组成，延迟放大通道信号经功分器两两合路后由后端输出，每个延迟放大通道由收发开关选通接收链路或发射链路，通道内接收链路与发射链路共用延迟线部分。5个延迟单元分别产生0.5λ、1λ、2λ、4λ、8λ的延迟，级联后可以实现步进为0.5λ，总延迟15.5λ。收发通道同样采用多层印刷板的形式，充分体现了多层板三维立体结构的优势，大大减小了组件的尺寸。单个通道最终测试结果：接收链路增益在15.6dB～17.4dB之间，平坦度低于 2dB，相位线性度低于 10°，发射链路增益在 30.8dB～34.6dB 之间，平坦度低于4dB，相位线性度低于14°，体积为166mm×40mm×20mm。

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