基于Butler矩阵的发射系统设计

论文摘要

本文研究了基于Butler矩阵的发射系统的设计。随着国防现代化建设的需要以及军队电子设备需求的多样化,各种各样最先进的、能够探测、引导、追踪敌我设备以及电子测绘的雷达装备,越来越多地运用到部队的装备中。作为雷达的必要组成部件,发射系统的技术直接影响到整个雷达系统的指标以及系统的成本。DBF接收雷达,由于成本相对低廉而有可能占领未来的雷达市场,但是发射系统需要越来越高功率的微波开关等高功率器件而受到一定限制。本文在分析、比较现有雷达发射技术的基础上讨论了以Butler矩阵为核心,结合功率合成和空间辐射技术,以成熟的固态发射机技术为依托的多阵面雷达发射系统的预研方案,该方案可用于收发分开、接收DBF的多阵面全空域战略预警雷达。论文通过介绍雷达技术和发射机技术的发展,从天线学科引入Butler矩阵,介绍其基本的工作原理和运用,分析其在功率合成分配中的特性,并给出初步规划;对组成Butler矩阵的3dB电桥进行详细的理论分析和仿真设计;由发射系统的总体设计开始,进行全面的功率放大通道、元器件选择等方面的设计,并给出了各级模块的电原理图;对系统中重要的微波部件进行理论分析和仿真设计;同时,微波控制电路和天线系统的介绍和设计分析,确保了本方案的完整性。设计的发射系统波束切换速度快、成本低、可靠性高,不存在限制功率容量的各种瓶颈。同时可独立工作的阵面(占空比、脉宽和调制方式等),为雷达的检测和抗干扰能力等方面提供了条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本领域研究现状
• 1.3 本论文研究内容和章节安排
• 2 发射系统设计思路
• 2.1 引言
• 2.2 Butler矩阵在天线扫描中的运用
• 2.3 Butler在功率合成中的雏形
• 2.4 Butler矩阵功率分配/合成原理及相位关系
• 2.5 发射系统的综合规划
• 2.6 本章小节
• 3 Butler矩阵分析与计算
• 3.1 引言
• 3.2 3dB电桥
• 3.3 Butler分配器物理电路形式选择
• 3.4 Butler合成器物理电路形式选择
• 3.5 分配器电路设计过程及结果
• 3.6 本章小节
• 4 发射系统设计举例
• 5 功率放大通道设计
• 5.1 引言
• 5.2 发射机选型及增益分配
• 5.3 激励源模块的设计
• 5.3.1 激励源模块工作原理
• 5.3.2 模块增益分配
• 5.4 高功率模块的设计
• 5.4.1 功率模块增益分配
• 5.4.2 功率模块放大链路
• 5.5 本章小节
• 6 功率放大通道中的重要部件
• 6.1 引言
• 6.2 激励模块中的功率分配器
• 6.3 功率模块功率分配与合成
• 6.4 定向耦合器
• 6.5 幅度均衡器
• 6.6 本章小节
• 7 微波控制电路
• 7.1 引言
• 7.2 多路开关
• 7.2.1 机电开关
• 7.2.2 固态开关
• 7.3 数控衰减器
• 7.4 本章小节
• 8 天线
• 8.1 引言
• 8.2 天线单元
• 8.3 天线阵
• 8.4 天线的仿真设计
• 8.5 本章小节
• 9 误差分析
• 10 结论
• 致谢
• 参考文献