喬鵬翔,俞育新，祁 全,蔣 瀟

(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153；2. 海軍舟山地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，浙江 舟山 316000)

0 引 言

由于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，雷達(dá)系統(tǒng)的回波信號(hào)經(jīng)過天線后經(jīng)常需要多路接收通道同時(shí)傳送[1]。但是，通道間的固有差異使得各路接收通道的信號(hào)輸出相位存在不一致性。為此，需要對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償，以消除通道固有差異對(duì)相位的影響[2]。通常的相位補(bǔ)償方法是在微波電路中傳輸微波信號(hào)的微帶線上貼銅皮。該銅皮等效為一個(gè)片式電容與微帶線互連，以改變微波電路中傳輸微波信號(hào)的相位。但是，該銅皮的尺寸和在微帶線上的位置對(duì)微波信號(hào)傳輸相位的影響都是由經(jīng)驗(yàn)獲得，再在電路中加以調(diào)試實(shí)現(xiàn)。本文通過引入銅皮等效電路模型對(duì)微帶線功分器的相位補(bǔ)償展開研究。

1 Wilkinson功分器原理

2 相位補(bǔ)償電路模型與推導(dǎo)

基于微帶線的相位補(bǔ)償電路是由傳輸信號(hào)的微帶線和微帶線旁的片式電容組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，物理模型如圖3所示。

在圖3中，θ1是信號(hào)輸入端至微帶開路線處的微帶線的電長(zhǎng)度，表示為θ1=2πl(wèi)1/λg，λg是微波信號(hào)在微帶線上的傳輸波長(zhǎng)[4]。同樣，θ2是微帶開路線處至信號(hào)輸出端的微帶線的電長(zhǎng)度。C為片式電容，其電容值計(jì)算公式表示為

(1)

式中，Z0為特征阻抗，θ為開路微帶線l3的電長(zhǎng)度。因此，圖3中從信號(hào)輸入至信號(hào)輸出級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的歸一化ABCD矩陣如下表示：

(2)

(3)

根據(jù)矩陣[a]至矩陣[S]的轉(zhuǎn)換公式(3)，將式(2)轉(zhuǎn)化為矩陣[S]，計(jì)算參數(shù)S21的角度值為Angp1，即為引入片式電容后微波信號(hào)從輸入端傳至輸出端的相位延遲值。

在不引入片式電容的情況下，計(jì)算微波信號(hào)在相同微帶線上傳輸?shù)南辔谎舆t值為

(4)

所以，計(jì)算(Angp1-Angp0)的差值即為增加片式電容后的相位補(bǔ)償值。

3 仿真與測(cè)試結(jié)果

仿真與測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4可知，使用儀表為羅德施瓦茨ZNB20矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測(cè)試頻率范圍為8.2～9.1 GHz。在威爾金森功分器微帶線上貼銅皮前測(cè)得相位如圖所示：起始8.2 GHz相位為-33.92°，末尾9.1 GHz相位為44.83°。由圖5所示，貼銅皮后相位發(fā)生了明顯改變，起始8.2 GHz，相位為-50.54°，末尾9.1 GHz相位為28.50°。

本次測(cè)試使用功分器微帶線的長(zhǎng)度經(jīng)測(cè)量為156.5 mm，寬為0.92 mm。使用的銅皮長(zhǎng)2.45 mm，寬1.68 mm，以貼銅皮處為分界點(diǎn)，左側(cè)微帶線長(zhǎng)為128.5 mm，右側(cè)微帶線長(zhǎng)度為28 mm。

微帶線功分器實(shí)物圖如圖6所示，黑色框內(nèi)為貼銅皮處。以此為參照使用AWR建立仿真模型如圖7所示。

相位仿真結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，起始8.2 GHz相位為-58.60°，末尾9.1 GHz相位為30.98°。由此可得，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果幾乎一致，驗(yàn)證了理論的正確性。

4 結(jié)束語

本文引入銅片等效電路模型，建立了片式電容與微帶線相連的物理模型，將該模型轉(zhuǎn)換為矩陣[S]后計(jì)算連接的片式電容對(duì)傳輸微波信號(hào)的相位影響。同時(shí)，利用AWR微波仿真軟件對(duì)該等效電路模型進(jìn)行仿真分析，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該模型建立和推導(dǎo)的正確性。因?yàn)榭梢苑奖愕卦谖Ь€上貼銅皮，所以本文的分析對(duì)改善微波電路中相位一致性具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。