一种超宽带的小型化、轻量化相控阵校准组件

技术领域

本发明涉及超宽频带的相控阵雷达技术领域，具体为一种超宽带的小型化、轻量化相控阵校准组件。

背景技术

相控阵雷达的射频通道由于设计、制造公差和天线互耦的影响，天线各通道会呈现较大的幅相误差，因此需要对天线进行校准，使性能达到设计要求。收发通道校准流程中一个耦合器只能对一路射频通道的幅度和相位进行检测和分析，这种形式便引起了诸多不足，比如：重量超重、维修性差等。而且传统的相控阵雷达的工作频率只在一个频段内，不能兼顾多个频率段，雷达在选择工作频带时可选择的频率范围窄。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术困难，提供解决相控阵雷达的射频收发通道校准流程中一个耦合器只能对一路射频通道的幅度和相位进行检测和分析，其重量超重、维修性差，而且工作频率只在一个频段内，雷达选择工作频带的频率范围窄的技术问题的一种超宽带的小型化、轻量化相控阵校准组件。

为达到上述目的，采用的技术方案为：包括传输射频信号的电缆组件和检测射频通道的耦合器，所述电缆组件、检测射频通道的耦合器集成在一块高频多层印制板内，所述高频多层印制板两侧端接射频同轴连接器。

进一步的，所述高频多层印制板长度为30mm，所述高频多层印制板与TR组件和天线的互联，所述射频同轴连接器型号为SMP-J。

进一步的，所述高频多层印制板的板材采用Rogers RO3206材料。

进一步的，所述高频多层印制板的信号线为带状线，所述带状线两头端接射频同轴连接器，所述端接的位置开窗使所述信号线裸露。

进一步的，所述射频同轴连接器的外壳上设有两根接地针，所述接地针与所述高频多层印制板之间采用焊锡进行固化连接，焊接后在所述开窗的位置盖上压块，使所述射频同轴连接器与带状线端接的位置形成带状线结构。

进一步的，所述压块采用Rogers RO3206材料制作。

进一步的，所述耦合器采用7级耦合器，所述高频多层印制板的板材采用介电常数为6.15的材料。

采用上述方案的有益效果为：这种超宽带的小型化、轻量化相控阵校准组件包括传输射频信号的电缆组件和检测射频通道的耦合器，所述电缆组件、检测射频通道的耦合器集成在一块高频多层印制板内，所述高频多层印制板两侧端接射频同轴连接器。本发明的校准组件解决了传统相控阵雷达实现校准功能的重量、维修和带宽等问题。在对重量有高要求的机载超宽带相控阵雷达上，与较传统的方式相比有显著优势。

附图说明

图1为发射通道校准流程图。

图2为接收通道校准流程图。

图3为高频多层印制板叠层示意图。

图4为射频同轴连接器端接处结构设计示意图。

图5为直通通道的电压驻波比与插入损耗。

图6为带校准功能的直通通道HFSS模型。

图7为耦合检测的射频通道性能。

图8为校准组件总体结构图。

图中，1-压条，2-射频同轴连接器，3-高频多层印制板,4-压块，5-直通通道，6-耦合器，7-带内外密封圈的法兰，8- SMP-KK30(5.7)转接器，10-组件腔体，11-组件盖板。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中包含的以下术语可能是为了便于描述和简化描述，或仅是基于图例所示关系，而非指示或暗示所指为必须的特定关系，本领域技术人员需要结合全文做广义理解，不能解释为对本技术方案的限制。

“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语。“1”、“2”、“第一”、“第二”等步骤编号术语。“一”、“一个”、“1个”、“多个”等数量词术语。“安装”、“相连”、“连接”等位置关系术语。

相控阵雷达的射频通道由于设计、制造公差和天线互耦的影响，天线各通道会呈现较大的幅相误差，因此需要对天线进行校准，使性能达到设计要求。收发通道校准流程如图1、图2所示。

发射通道流程：[1] 主机启动校准；[2]经功分器向所有TR组件通道输入自检信号；[3] 由波控器控制TR组件通道，确保仅有一个射频通道输出，其余通道进行信号关断，依次进行，直到所有通道检测完毕；[4]信号检测仪通过对耦合过来的发射信号进行检测和分析；[4] 对TR组件各通道的幅度和相位进行校准修正。

从图1、图2来看，一个耦合器只能对一路射频通道的幅度和相位进行检测和分析，这种形式便引起了诸多不足，比如：重量超重、维修性差等。而且传统的相控阵雷达的工作频率只在一个频段内，不能兼顾多个频率段，雷达在选择工作频带时可选择的频率范围窄。

实施例一：

如图3至8所示，传统方案中一个耦合器6只能对一路射频通道的幅度和相位进行检测和分析，当有多个通道需要进行监控时就需要多个耦合器6，这就导致整体相控阵雷达的重量和体积繁重。为解决该问题，本发明将传输射频信号的电缆组件、检测射频通道的耦合器6集成在一块30mm长的高频多层印制板3内。印制板两侧端接SMP-J（SMP(S)-JHD1026-S）射频同轴连接器2，实现与TR组件、天线的互联。下面详细介绍高频多层印制板、连接器与印制板端接的设计。

高频多层印制板3的板材选用Rogers RO3206材料，该材料的相对介电常数为6.15，损耗角正切为0.0027，在频率范围为2-18GHz时性能稳定性优良，损耗低的特点。使用带状线的印制板与射频同轴连接器2的互联方式，在传统中采用过孔将信号线转到印制板表层后再与连接器进行互联。这种传统的方式信号线在表层时又变成微带线结构，而微带线容易受到外界信号的干扰和容易与外界的金属结构腔进行耦合导致信号不稳定，极易出现谐振。

而本发明在带状线两头端接SMP-J（SMP(S)-JHD1026-S）射频同轴连接器2的位置开窗，将信号线裸露出来，在射频同轴连接器2的外壳上设计两根接地针，使连接器外壳与印制板3的参考地之间有良好的电接触，经过多次HFSS仿真得出若连接器与印制板3之间的接地处理不好，也会使射频通道产生谐振最终导致整个组件失效。连接器外壳上的接地针和内导体与印制板3之间采用焊锡进行固化连接，焊接后在开窗的位置盖上Rogers RO3206材料做的压块4，并使用压条1将小零件压紧，最终在连接器与带状线端接的位置又形成带状线结构，如图4所示。在该校准组件中所有射频直通的信号线均为带状线结构，故性能优良。

在本发明中，高频多层印制板3所有信号线采用带状线，如图3所示。带状线具有实现良好的电磁屏蔽，衰减损耗低，带宽更宽，隔离效果好等优点。

HFSS仿真射频直通通道5的性能，其电压驻波比≤1.07、插入损耗≤0.6dB，如图5所示；实际产品存在加工和装配误差，最终的电压驻波比可以控制在1.2以内，插损在1dB以内。

实施例二：

如图3至8所示，本校准组件的工作频率范围为2-18GHz，跨越了S、C、X、Ku波段，属于超宽频带，故实现检测和分析的耦合器工作频率也要在2-18GHz内。该组件印制板的总长最大只允许30mm，在30mm范围内传统方案只能采用4级耦合器，但4级耦合器的带宽达不到2-18GHz。为解决这一技术难题，在本发明中在两个方向上进行解决，①采用7级耦合器，使带宽可以满足要求，②为缩短7级耦合器的长度，在本发明中采用介电常数为6.15的高介电常数材料，通过提高板材的介电常数来缩短介质波长，从而可以缩短耦合器每一级的长度，进而满足印制板的总长。如图6所示。

耦合器6单独设计时经过多次优化，并在放入最终的模型后对过孔等也进行了优化，最终的耦合度的波动可以控制1dB以内（行业内控制在±2dB即可满足使用），输入端口的电压驻波比在1.2以内，直通通道5的插损在0.75dB以内，如图7所示。实际加工的产品会受加工制造的误差，最终产品的耦合度波动在1.5dB以内，输入端口的电压驻波比在1.5以内，直通通道5的插损在1.2dB以内。

上述几个关键技术的突破，使得该校准组件的工作频率为2-18GHz，电压驻波比≤1.5，直通插损≤1.2dB，相邻单元之间的隔离度≥15dB，从外部CIM输入到耦合输出通路的全链路插损（含CIM功分、耦合、连接器等）＜40dB。并且在283*43*10的范围内实现了58路射频通道、10个耦合器和1个1分10功分器的集成，其重量仅为300g。并且组件为模块化设计，维修更换方便。

如图8所示，本发明的校准组件总体结构设有组件腔体10，所述高频多层印制板3、SMP(S)-JHD1026-S射频同轴连接器2以及SMP-KK30(5.7)转接器8、压条1设置在所述组件腔体10内，压条1包含-A/B，所述组件腔体10上部设有组件盖板11，所述组件腔体10和组件盖板11之间设有带内外密封圈的法兰7。

本发明的校准组件解决了传统相控阵雷达实现校准功能的重量、维修和带宽等问题。在对重量有高要求的机载超宽带相控阵雷达上，与较传统的方式相比有显著优势。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。