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毫米波引信中的若干关键技术与应用研究

仵大奎  
【摘要】: 近年来,随着精确制导武器系统的快速发展,对于小型化、低功耗引信的需求与日俱增。弹载武器系统对引信体积有严格的限制,为减小体积和重量,引信应用频段已逐步发展到毫米波和亚毫米波段。国外近年已研制并装备了几种小型化毫米波引信并开展了亚毫米波引信的研制工作,国内也开展了相关研究。另一方面,武器系统的复杂程度越来越高,功耗也不断增大,受电池功率和容量的限制,功耗成为限制引信应用的一个重要因素。为减小引信前端的功耗,必须尽量避免高损耗的毫米波器件及电路结构的应用,国外已针对低功耗毫米波引信进行了相关研究工作并取得了很多成果,国内的研究还处于初步阶段。 本文针对小型化低功耗毫米波技术在引信应用中所遇到的问题展开研究,取得了一些有益的结论。主要的研究工作如下: 1.毫米波无源器件:本文从平面传输线的场分布出发分析了各类传输线的性能,针对系统需要研究了降低背地共面波导高次模的方法,在此基础上分析了采用屏蔽背地共面波导和槽线相结合获得巴仑的方法并进行了验证。 2.毫米波倍频器:为了用简单紧凑的平面电路形式获得毫米波信号,采用了由屏蔽背地共面波导和槽线构成的巴仑,利用二极管对结合巴仑实现了结构紧凑的小型化毫米波倍频器,文中分析了倍频器的工作原理并通过实验进行了验证。 3.传输线过渡:在毫米波频段,由于传输线损耗进一步增大,传统传输线如同轴线等不再适用于电路到天线间的过渡,必须运用耦合方式实现过渡。另一方面,系统复杂程度的提高和体积的限制,对电路层与层间以及电路到天线间过渡的灵活性提出了更高的要求。传统多层电路中层与层间耦合形式的过渡多采用缝隙直接耦合或矩形基片集成腔来实现,矩形谐振腔固有的场分布的非轴对称性限制了其应用的灵活性。本文将基片集成圆形腔引入多层电路过渡电路中,提出了新型的过渡电路和功分电路,极大地提高了过渡的灵活性。该结构可以很方便的在多层电路如LTCC等结构中实现,并且可以在很大程度上降低传统过渡结构对传输线布线的限制。 4.毫米波天线:针对不同弹种及其应用环境研究了一系列毫米波阵列天线。线极化阵列天线包括准行波梳状阵列天线和弹轴夹角波束阵列天线;圆极化阵列天线包括宽轴比带宽单馈圆极化毫米波阵列天线和双圆极化阵列天线。 5.小型化圆极化毫米波引信:圆极化天线轴比带宽一般较窄,因此传统双天线结构的收发组件一般采用线极化天线作为收发天线,然而采用线极化天线不利于实现良好的收发隔离。采用单个线极化天线作为收发天线的引信一般需要收发开关或环形器等作为收发控制单元,收发控制器件的引入不但增加了系统功耗也不利于小型化的实现。本文提出了一种新型结构的宽轴比带宽毫米波圆极化阵列天线,将之作为收发天线用于毫米波引信中改善了系统收发隔离度,最终实现了结构紧凑的毫米波引信,文中分析了系统的工作原理并进行了实验验证。


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