[发明专利]一种阵列天线及自校准网络结构

说明书

本发明公开了一种阵列天线及自校准网络结构，自校准网络结构由无源功分网络和馈电耦合网络组成，馈电耦合网络主要通过一条带状线形式的定向耦合电路与馈电传输线相连，多个馈电传输线形成网络并集成一路，最终由耦合网络公共端口输入/输出；无源功分网络由多个微带线威尔金森功分器组成，将多路馈电传输线网络合成一路。自校准网络的馈电耦合网络集成多层微带天线形式设计的天线单元，形成阵列天线，馈电传输线与定向耦合电路分布于同一介质层，馈电传输线位于天线单元中间层。本发明将微带形式的阵列天线与耦合线进行一体化设计，其具备结构紧凑、测量精度高的优点，采用直接耦合的方式可以避免外界环境对自校准网络的影响。

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其是一种用于阵列天线幅度相位校准数据采集的微波网络结构及对应的阵列天线。

背景技术

相控阵天线因其具备快速的波束扫描、灵活的波束赋形、较高的可靠性等优点，被广泛应用于雷达和无线通信领域。相控阵在对各个通道进行监测时，需要用到标定网络，该网络一般有两种形式，一种是开关，需要使用一整套控制设备，较为复杂；而另一种即由定向耦合器和功分器组成，较为简单，其通过在主路上引入定向耦合器，耦合一部分能量，再通过功分器传递到监测末端，同时通过功分器输出的功率可以判断相控阵的每个通道是否正常工作，从而在相控阵工作时起到一定的监测作用，而不需停机检查。相控阵天线自校准网络是采集阵元信号幅相的分部件，要想让各单元天线发送的信号达到预定幅相要求，需设计一个稳定可靠的校准网络。校准系统只能补偿从校准网络传下来的各通道幅相的偏差，却无法消除由校准网络带来的误差。因此，自校准网络的精准度对提高相控阵天线的性能至关重要。

目前阵列天线常见的自校准网络主要以波导缝隙耦合或者微带缝隙耦合的方式实现。文献CN105390814A 公开了一种具有内校准网络的有源相控阵天线，实现了阵列天线与校准网络的一体化设计，其中校准网络分布在多层带状线印制板中，避免了外部环境对校准网络的干扰。“星载相控阵天线与校准网络技术研究”文章中介绍了一种基于SIW耦合器的256通道阵列天线与监测校准网络，仅占用较小的空间就实现了校准网络与对称阵子天线的一体化设计。

以上两种自校准网络均具备结构紧凑的特点，但由于缝隙耦合结构的缝隙宽度会随温度变化而改变，自校准网络的精确度会随之大幅下降，严重影响阵列天线自校准功能。直接耦合匹配结构复杂，不易与阵列天线集成化设计，特别对于辐射单元数量较多的阵列天线，难以实现不受外部环境干扰，采集精度高，集成度高的自校准网络。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种阵列天线自校准网络结构，避免外界环境特别是温度对自校准网络的影响，并且使之具备结构紧凑、测量精度高的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种阵列天线自校准网络结构，包括一个等比无源功分网络和组数与等比无源功分网络接口数量对应的馈电耦合网络；各组馈电耦合网络分别由若干个耦合线基本网络单元通过串行的方式连接，形成统一传输通道由一个耦合网络公共端口连接到无源功分网络对应的接口；各耦合线基本网络单元均由镜像分布的一对耦合线基本单元构成；

耦合线基本单元包括定向耦合电路和馈电传输线，定向耦合电路传输方向与馈电传输线方向垂直，定向耦合电路通过微带线连接于馈电传输线中部位置；定向耦合电路采用蛇形微带线结构；馈电传输线的一端设计T/R接口，另一端设计馈电传输线枝节；

各耦合线基本单元的定向耦合器均经带状线传输线传输；带状传输线两端均连接有耦合网络公共端口，一端的耦合网络公共端口用于与无源功分网络连接，另一端的耦合网络公共端口用于与匹配负载连接。

进一步的，定向耦合电路由一个直线型传输线和蛇形传输线组成，直线型传输线与馈电传输线连接形成一个定向耦合器，蛇形传输线与直线型传输线连接形成一个反相电路。

进一步的，耦合网络公共端口位于与自校准网络对应的阵列天线包络外。