一种P波段小型化极化耦合器的设计

梅锦洲

（广东盛路通信科技股份有限公司，广东 佛山 528100）

0 引 言

随着社会进入信息化时代，现代战争也进入了信息化战争时代。预警监视系统作为国家空天攻防作战最主要的信息源，占着举足轻重的作用。据了解，战略弹道导弹预警雷达系统是核大国进行现代空天防御作战的基石。只要拥有先进的预警监视系统，就能随时掌握敌方的战略动向，削弱敌方取胜的能力和信心，达到战略威慑的目的。

本文设计的P波段小型化极化耦合器致力于为新一代大型预警雷达终端的圆极化天线阵列提供相差90°的两路极化信号，为雷达系统提供40 dB耦合度的监测信号。极化耦合器是连接新一代大型预警雷达天线阵的直接器件，也是雷达产生圆极化波的基础部件。该耦合器的承受能力、极化精度、耦合精度及可靠性直接影响雷达的根本性能。

1 设计原理

P波段极化耦合器设计原理如图1所示。

极化耦合器是耦合器和极化器的整合器件，极化器采用3 dB电桥实现。信号两路输入极化器，输出其中一路先经过耦合器，耦合主路的另外一端作为极化耦合器的一个输出端口；极化耦合器的另外一个输出直接作为极化耦合器的另一个输出端口。考虑耦合器的影响下，要求极化器一路输入时，输出的两路信号在频带内产生90°相位差。最后采用一体化结构，把极化器和耦合器分别布局于金属腔的正反两面。

图1 P波段极化耦合器设计原理图

极化器设计采用平行带状线耦合器结构，如图2所示。板材介电常数为2.65，介质厚度为0.177 8 mm，铜箔为厚度0.018 mm的超薄TLY板材，配合蛇形线设计实现极化器的小型化需要，PCB表面沉金工艺，线宽加工精度控制在±0.02 mm。

图2 极化器设计图

耦合器采用二次耦合结构，如图3所示。采用第一次耦合为30 dB，第二次耦合为10 dB的耦合量分布设计。输出增加均衡器和Ⅱ型衰减器。均衡器有效满足了整个工作带宽内耦合度幅度一致性波动不大于0.2 dB的要求，解决了常规耦合器幅度不均衡的问题。Ⅱ型衰减器可有效控制耦合度的精度，控制耦合度在±0.2 dB以内。

图3 耦合器设计图

2 结构设计

为实现极化耦合器的小体积设计，腔体采用三层结构，分别是上层压块、中间内腔夹层及下层压块，如图4所示。上层压块用于固定带状线耦合器线路板，使用不锈钢十字沉头螺丝进行固定；内腔夹层设置有螺孔用于固定上压块和下压块，下层压块用于固定带状线电桥板，使用十字盘头螺丝进行固定。通过多层结构设计，有效保证了小体积下的极化器与耦合器的集成。金属腔体尺寸控制在65 mm×50 mm×26 mm以内，同时金属腔体使用金属铝，可满足小体积下的散热需求。

图4 结构设计图

3 结 论

本文突破了常规设计思路，对极化器、耦合器以及外形结构进行设计，实现了体积小、承受功率高的优异性能。对设计产品进行电性能指标测试，实现了在P波段驻波比小于1.1、损耗小于0.3 dB、带内平坦度小于0.2 dB、带内幅度一致性波动小于0.2 dB、带内相位一致性波动小于1.5°及承受峰值功率大于1 500 W。

本文设计的P波段小型化极化耦合器，实现了小型化、高精度极化功能和耦合功能的集成，降低了极化损失。P波段小型化极化耦合器所占体积较小，同体积的雷达阵面系统下，可增加天线阵子单元，整体提高了雷达系统的辐射性能。