一種微帶寬帶和差波束形成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案解析

?1 引言
　　雷達(dá)單脈沖測角系統(tǒng)中的和差網(wǎng)絡(luò)是形成和差波束的關(guān)鍵部件。常見微帶形式的和差網(wǎng)絡(luò)有帶狀線、矩形同軸線及多層微帶形式等。而單層微帶形式實現(xiàn)的和差網(wǎng)絡(luò)則在結(jié)構(gòu)和加工制造及集成等方面具有優(yōu)勢。微帶形式的和差網(wǎng)絡(luò)可以用1.5混合環(huán)、混合環(huán)，混合環(huán)由于和口和差口被3dB輸出口分開而不便于平面布線。本文提出的微帶三分支定向耦合器加改進(jìn)后的90度schiffman移相器實現(xiàn)單層微帶和差網(wǎng)絡(luò)。
　　2 三分支定向耦合器的優(yōu)化設(shè)計
　　常見的分支線定向耦合器由兩根平行傳輸線組成，通過分支線實現(xiàn)耦合，分支線的長度為中心工作頻率導(dǎo)波長的四分之一。通常兩分支耦合器的帶寬較窄影響其使用，超過三分支的耦合器由于阻抗懸殊太大而不易實現(xiàn)，常見三分支定向耦合器如圖1所示。3dB耦合時通常分支線G的阻抗較大，線寬較窄，不易實現(xiàn)。本文為了實現(xiàn)更好帶內(nèi)特性及降低分支線G的阻抗值，將該分支線耦合器改進(jìn)為圖2。各節(jié)的長度均取工作中心頻率導(dǎo)波長的四分之一。此時G值減小，且工作帶寬內(nèi)耦合器特性有明顯改善。
　　
　　圖1 三分支定向耦合器
　　
　　圖2 改進(jìn)后的三分支定向耦合器
　　分支電橋有兩結(jié)構(gòu)對稱面，我們選擇輸入口與隔離口之間的對稱面進(jìn)行奇偶模分析。奇模時，對稱面為電壁，被對稱面分開的傳輸線處等效為短路。相反偶模時等效為開路。利用A矩陣進(jìn)行級聯(lián)計算，再轉(zhuǎn)化為S參數(shù)，得到奇偶模時的反射系數(shù)（）和傳輸系數(shù)（）。則最終電橋的S參數(shù)為：
　　?（1）
　　改進(jìn)后的三分支耦合器需要確定的參數(shù)有：G，K，H，H1等各段的阻抗值，本文采用粒子群優(yōu)化算法［3，4］優(yōu)化這四個參數(shù)。目標(biāo)函數(shù)是要求帶內(nèi)端口反射系數(shù)及直通與耦合臂輸出差別最小。工作相對帶寬取40％，輸入輸出為50歐姆。最終優(yōu)化的各段特性阻抗為：G=75.08歐姆，K=27.13歐姆，H=23.25歐姆，H1=40.68歐姆。帶內(nèi)反射系數(shù)小于-25dB，耦合臂與直通臂帶內(nèi)差不超過0.63dB。