[发明专利]一种雷达射频前端有源环形收发系统

说明书

本发明公开了一种雷达射频前端有源环形收发系统，包括两个双馈圆极化天线、一个环形耦合器、两个低噪声放大器和一个Wilkinson功分器。待发射信号经过环形耦合器被分成两路幅度相等、相位相反的信号，再分别对两个双馈天线进行馈电并发射出去，两个天线接收信号后分别通过两个低噪声放大器，之后由Wilkinson功分器合成输出。本发明系统结构简单、成本低、可靠性高，能够较容易实现信号的单向环形传输，提高信号输入端口和信号输出端口的隔离度，同时作为单天线系统能解决泄露对消和部分耦合的问题。

技术领域

本发明属于雷达通信与近程探测技术领域，特别是一种雷达射频前端有源环形收发系统。

背景技术

在雷达、微波通信、无线通信以及无线局域网系统中，射频前端部分具有收发无线电磁波信号的重要作用。而微波环行器作为射频/微波收发系统中重要组成部分，当一端接发射机，二端接天线，三端接接收机的时候，发射机发出的微波信号只能传递到二端的天线发送出去，而不能泄漏到三端进入接收机；天线接收到的微波信号只能传递到三端的接收机，从而避免微波信号的相互影响，总之，它在通信系统或者雷达中通常用于隔离发射和接收通道，使射频收发系统可实现收发双工之用，它连接天线和收、发链路，通过环形传输信号的功能使信号的收发可由一副天线完成，大大提高了系统效率，减小了部件的尺寸，节约了成本。环行器的应用，解决了雷达系统的级间隔离、阻抗以及共用等一系列实际问题，极大的提高了雷达系统的性能，是系统中的关键器件。

目前为止，传统的带状式、微带式环形器通常由无源铁氧体材料制作，在两侧布置铁氧体材料以施加磁盘轴线上的静态磁场，以此来实现结的非互易特性。但是在微波器件频率到达毫米波频段，铁氧体材料的工作带宽逐渐减小，并且驻波比和正向插入损耗都将很大，这一系列变化使得对加工工艺要求变得严苛。对于微波结型环形器，需要采用饱和磁化强度很高的铁氧体材料以及相对很大的外加偏置磁场，技术上很难实现。传统的波导式和同轴式环形器有低插损、高隔离高度和高功率处理能力等优点，但是它们实物的大小与工作频率对应的波长密切相关，当工作于低频时，会使得其体积很大并且造价昂贵。此外，波导式、同轴式环形器需要人工组装、优化和调试，存在材料误差和机械误差，变相的增加了成本且适用面不广。

80年代后，微波单片集成电路技术的迅速发展对开发有源环形器提供了条件。近年来关于泄露对消的研究越来越多，有关有源和无源的各种结构被提出，泄露对消为实现系统中信号环形传输，提高发射与接收端口隔离度的问题提供了越来越多的解决方法。S.TAKANA等人在《Active Circulators-the Realization of Circulators UsingTransistors》中提出用三个晶体管组成三角形结构实现环形器信号环形传输功能。在该设计中，有源环形器在终端匹配的情况下，理论上反向的信号泄漏可以达到零，而正向的传输效率经过改进后，一致性很高，基本与阻抗的大小无关。然而，因为晶体管的频率特性，该有源环形器的频带范围与隔离度理论上受到很大的限制。M.J.Cryan等人在《Integratedactive antennas with simultaneous transmit-receive operation》中提出将基于相位抵消技术的有源环行器与四分之一波长短路微带贴片天线集成在一起，形成具有相同频率、相同极化的完整的双路收发模块。然而，当天线特性阻抗发生变化时会使隔离度急剧恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、适应性好，能实现收发共用并且收发隔离度较高的雷达射频前端有源环形收发系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种雷达射频前端有源环形收发系统，包括依次连接的无源环形耦合器、双馈圆极化天线阵列、低噪声放大模块和功分器；其中双馈圆极化天线阵列包括第一圆极化天线、第二圆极化天线两个天线单元，低噪声放大模块包括第一低噪声放大器、第二低噪声放大器；