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连续波(Continuous Wave,CW)体制雷达已广泛应用于多普勒测速、导航、近炸引信、目标搜索识别、战场监视、车辆的防碰撞和检测等诸多方面。连续波雷达的同频干扰问题足其关键技术瓶颈,对连续波雷达的应用与发展有着重要意义;而微波功率合成和分配在雷达系统中有着重要应用,谐波杂散也是所有微波收发系统都无法避免的问题。本文就连续波雷达系统工作的几个关键技术问题展开讨论,主要工作和研究成果有:
(1).对连续波雷达同频干扰的微波对消技术方案进行了详尽的理论研究。分析了连续波雷达同频干扰自适应对消的基本思想,研究了对消矢量的数学模型和对消系统的误差模型,提出了可行的微波前端对消方案,并对系统环路进行了闭环分析,对环路稳定性和跟踪性做出理论分析,还对连续波雷达同频干扰的中频对消技术进行了探讨。
(2).研究了工作于X波段连续波雷达的同频干扰微波对消环路的各关键单元的硬件设计方案,包括芯片器件方案、具体电路实现与外围元件设计,讨论了对消环路系统实现的整体版图布局,完成了微波前端对消系统的硬件实现,对微波对消环路进行了对消比测试和多普勒回波信号模拟实验。
(3).研究了雷达系统中微波信号的同频合成方案和异频合成理论,分析了同频合成和异频合成的效率以及各自的实现方案;针对传统Wilkinson功分器难以实现大功分比的问题,提出了基于短截线的匀阻抗线功分器方案,分析了其传输线模型,利用奇偶模式理论推导了各参数,测量了实际样品的功分与隔离特性。
(4).研究了三种连续波系统的谐波抑制方案,即宽阻带滤波器方案、基于高品质因数缺陷地(DGS)的谐波抑制方案和基于缺陷微带(DMS)的谐波抑制方案。研究了利用开路T形结构替代传统滤波器中的传输线得到基于开路T形结构的小型化超宽阻带滤波器方案,分析了其理论模型,实际制作的基于开路T形结构的滤波器样品可实现高达4~5倍频的传统滤波器杂散通带抑制;研究了常见微带缺陷地(DGS)的谐振特性和品质因数,提出了适用于窄带谐波抑制的高Q值蜿蜒缝DGS和S形缝DGS,并测量了实际制作样品的传输特性;研究了缺陷微带(DMS)结构的带阻特性和慢波特性,并讨论了DMS结构和DGS结构在谐振特性上的异同点,比较了各自在谐波抑制上的应用场合。
本文的创新性成果体现在对连续波雷达同频干扰的微波对消理论进行了详尽的矢量闭环分析,在此基础上对微波前端对消坏路的各部件进行了硬件设计;提出了一种基于短截线的匀阻抗功分器,解决了传统Wilkinson功分器难以实现大功分比的问题;提出了两种新颖的高品质因数缺陷地结构-蜿蜒缝缺陷地和S缝缺陷地结构,分别阐述了它们在谐波深抑制和窄带谐波抑制场合的优势。
本文的研究成果对于连续波雷达基于硬件架构的同频干扰对消技术发展有着重要理论与工程意义,对于工程实现任意功分比的微波功率分配有借鉴性意义,对于工程上实现连续波系统谐波抑制技术有指导性意义。