[发明专利]高隔离圆极化平衡雷达射频前端结构

说明书

本发明涉及一种高隔离圆极化平衡雷达射频前端结构，包括两层介质板、设置在顶层介质板上的四个2×2微带切角圆极化天线子阵和设置在底层介质板上的馈电网络，两层介质板的金属地相接；馈电网络包括四个馈电探针、两个环形耦合器、两个正交耦合器、接地贴片、两个匹配电阻、信号发射端和信号接收端。本发明结构简单、成本低、可靠性高，能够较容易收发两端良好的隔离，提高抗干扰的能力，同时作为平衡雷达前端系统能够在较好实现泄露对消的同时解决天线反射和部分耦合的问题，可应用于多种要求收发共用、高隔离度的雷达通信与近程探测场合中。

技术领域

本发明属于雷达通信与近程探测技术领域，特别是一种高隔离圆极化平衡雷达射频前端结构。

背景技术

随着近程探测、微电子、高速信号处理等技术的发展，近程探测连续波雷达的开始在民用领域中崭露头角，其中广为人知的要数汽车防撞雷达和测速雷达，它们的应用给人们的生活带来了巨大的方便。通常，为了获得更简单的结构、占用更小的空间、尽可能的降低成本，一般近程探测连续波雷达都采用收发共用的天线结构。收发共用天线是近程探测雷达中重要的部分，是实现整个系统良好性能必不可少的器件。但在收发共用天线结构中同时存在较大的缺陷：由于收发共用结构中采用环形器的隔离度有限，发射信号会泄露到接收部分，这会降低系统的准确性，甚至当泄露较严重时，会使系统发生误判，因此发射信号泄露这一问题成为提高近程探测雷达准确性的主要障碍。为了解决这一问题，泄露对消技术开始越来越多的应用在近程探测雷达系统中。

目前，在近程探测雷达系统中应用的较多的为主动有源对消技术，这是因为主动有源对消具有适应性强、对消结构多变、数字或者模拟方法实现多、能够对消噪声信号、易于集成到系统之中等等一系列优点。但是有源泄漏对消技术依然存在一些难以克服的问题，如当连续波雷达运用于毫米波频段时，有源泄漏对消结构变得复杂，且高频段高性能的矢量调制器很难实现，导致有源泄漏对消在毫米波段对消效果欠佳，而且有源泄漏对消本身模块多，有闭环延时，干扰来源多，且调试较为复杂严格，整体协调一致性要求高。相比较而言，无源泄漏对消则放弃采用矢量调制器等有源器件，采用无源网络，结构简单，干扰来源少，成本低，几乎没有频段限制而得到越来越多研究者的关注。无源泄露对消技术的核心在于使用无源互易器件组成网络代替传统的环形器来实现收发同时工作的同时，抑制发射信号的泄漏，达到与有源泄漏对消同样的效果。在无源泄露对消技术开始被使用在近程探测雷达系统中来提高收发隔离度的同时，使用圆极化天线作为收发共用天线来进一步提高近程探测雷达系统性能也开始逐渐成为一种趋势。相比于线极化天线而言，圆极化天线可以接收任意方向线极化波，任意线极化天线都可以接收圆极化波，比线极化波有更多的极化信息；圆极化具有旋向正交性，这在通信、雷达的极化分集工作中应用较广；还有当圆极化波入射对称圆目标时会发生反射信号极化扭转，这一特性在移动通信和GPS领域中用来抗雨衰和多径反射。其中比较成功实现无源泄露对消和圆极化结合的是近几年由Han LimLee等人提出的圆极化平衡雷达技术，该技术采用无源模块诸如正交耦合器、兰格耦合器、六端口等搭建收发通道共用且结构上对称的网络来替代环形器，利用结构平衡对称性，并合理分配相位关系来达到泄漏对消的效果，虽然结构中用双馈法设计了两个圆极化天线，但由于没有考虑到天线组阵中空间叠加形成的信号能量损失，使得最终的结构仅能实现线极化，同时损失了一半能量。

目前的近程探测雷达系统都没有考虑利用解决发射信号泄露的问题的无源对消网络同时实现收发共用天线达到圆极化特性或者改善收发天线圆极化特性，因此如果可以通过合理设计无源对消网络和收发共用天线实现近程探测雷达的高隔离和圆极化特性，那么这种雷达前端拓扑结构将得到长足的应用与发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高隔离圆极化平衡雷达射频前端结构。

实现本发明目的的技术方案为：一种高隔离圆极化平衡雷达射频前端结构，包括顶层介质板、底层介质板、设置在顶层介质板上的四个2×2微带切角圆极化天线子阵和设置在底层介质板上的馈电网络，两层介质板的金属地相接；