一種P波段小型化極化耦合器的設計

梅錦洲

（廣東盛路通信科技股份有限公司，廣東 佛山 528100）

0 引 言

隨著社會進入信息化時代，現代戰爭也進入了信息化戰爭時代。預警監視系統作為國家空天攻防作戰最主要的信息源，占著舉足輕重的作用。據了解，戰略彈道導彈預警雷達系統是核大國進行現代空天防御作戰的基石。只要擁有先進的預警監視系統，就能隨時掌握敵方的戰略動向，削弱敵方取勝的能力和信心，達到戰略威懾的目的。

本文設計的P波段小型化極化耦合器致力于為新一代大型預警雷達終端的圓極化天線陣列提供相差90°的兩路極化信號，為雷達系統提供40 dB耦合度的監測信號。極化耦合器是連接新一代大型預警雷達天線陣的直接器件，也是雷達產生圓極化波的基礎部件。該耦合器的承受能力、極化精度、耦合精度及可靠性直接影響雷達的根本性能。

1 設計原理

P波段極化耦合器設計原理如圖1所示。

極化耦合器是耦合器和極化器的整合器件，極化器采用3 dB電橋實現。信號兩路輸入極化器，輸出其中一路先經過耦合器，耦合主路的另外一端作為極化耦合器的一個輸出端口；極化耦合器的另外一個輸出直接作為極化耦合器的另一個輸出端口。考慮耦合器的影響下，要求極化器一路輸入時，輸出的兩路信號在頻帶內產生90°相位差。最后采用一體化結構，把極化器和耦合器分別布局于金屬腔的正反兩面。

圖1 P波段極化耦合器設計原理圖

極化器設計采用平行帶狀線耦合器結構，如圖2所示。板材介電常數為2.65，介質厚度為0.177 8 mm，銅箔為厚度0.018 mm的超薄TLY板材，配合蛇形線設計實現極化器的小型化需要，PCB表面沉金工藝，線寬加工精度控制在±0.02 mm。

圖2 極化器設計圖

耦合器采用二次耦合結構，如圖3所示。采用第一次耦合為30 dB，第二次耦合為10 dB的耦合量分布設計。輸出增加均衡器和Ⅱ型衰減器。均衡器有效滿足了整個工作帶寬內耦合度幅度一致性波動不大于0.2 dB的要求，解決了常規耦合器幅度不均衡的問題。Ⅱ型衰減器可有效控制耦合度的精度，控制耦合度在±0.2 dB以內。

圖3 耦合器設計圖

2 結構設計

為實現極化耦合器的小體積設計，腔體采用三層結構，分別是上層壓塊、中間內腔夾層及下層壓塊，如圖4所示。上層壓塊用于固定帶狀線耦合器線路板，使用不銹鋼十字沉頭螺絲進行固定；內腔夾層設置有螺孔用于固定上壓塊和下壓塊，下層壓塊用于固定帶狀線電橋板，使用十字盤頭螺絲進行固定。通過多層結構設計，有效保證了小體積下的極化器與耦合器的集成。金屬腔體尺寸控制在65 mm×50 mm×26 mm以內，同時金屬腔體使用金屬鋁，可滿足小體積下的散熱需求。

圖4 結構設計圖

3 結 論

本文突破了常規設計思路，對極化器、耦合器以及外形結構進行設計，實現了體積小、承受功率高的優異性能。對設計產品進行電性能指標測試，實現了在P波段駐波比小于1.1、損耗小于0.3 dB、帶內平坦度小于0.2 dB、帶內幅度一致性波動小于0.2 dB、帶內相位一致性波動小于1.5°及承受峰值功率大于1 500 W。

本文設計的P波段小型化極化耦合器，實現了小型化、高精度極化功能和耦合功能的集成，降低了極化損失。P波段小型化極化耦合器所占體積較小，同體積的雷達陣面系統下，可增加天線陣子單元，整體提高了雷達系統的輻射性能。