一种高性能气象雷达开关保护器.doc

一种高性能脉冲多卜勒雷达 接收机保护器 伍捍东 梁长明 梁玭 魏茂华 陈忠义 谭百芳 徐喜国 安增权 孟荣芝 （西安恒达微波技术开发公司 邮编:710061） [摘要] 在高性能的脉冲多卜勒雷达中，为避免TR管附加给发射信号的噪声， 采用了一种全固态吸收式接收机保护器。从而使雷达的总体性能指标得到提高。本文作者单位研制了该保护器，并采用国产PIN管和恒达公司自行研究改进的生产工艺，获得了良好、稳定的电气、结构和工艺性能，起到了替代进口的作用。本文详细介绍了S波段接收机保护器的开关技术指标、工作原理、调试技术、并给出了测试结果。该产品已小批量用于我国新一代气象雷达98DSA中，也可以用于其它高性能的脉冲多卜勒雷达中。 关键词：吸收式、全固态、接收机保护器、电桥、变态魔T 1.引言： 本高性能接收机保护器用于新一代脉冲多卜勒气象雷达98DSA的接收系统中。该气象雷达是我国在20世纪90年代后期从美国引进的一种先进的气象雷达。该雷达为避免TR管附加给发射信号的噪声，要求接收机保护器是吸收式的，并能承受大功率，还要求全固态、长寿命、低插损、高隔离、有故障检测接口等。因此，该部件的技术难度大，结构复杂，国内没有此类型的产品，只得从美国进口。 为了配合气象雷达98DSA的国产化工作，恒达公司经过一年多时间的努力，终于在2002年8月完成了第一台接收机保护器有源开关的样机。各项性能技术指标达到美国进口产品的水平，完全可以替代进口，为我国气象雷达事业作出了我们的贡献。 2.主要技术要求： 2.1 工作频率:2700 ~ 3000MHz。 2.2 最大承受脉冲功率:100KW（脉冲宽度4.65μS，占空比0.002）。 2.3 低功率插入损耗:≤0.65dB（0V、10dBm）(实测﹤0.45dB)。 2.4 高功率隔离:≥27dB（+5V、600mA）(实测＞32dB)。 2.5 低功率时的驻波要求:J1SWR≤1.4，J2SWR≤1.4。 2.6 高功率隔离时的驻波要求:J1SWR≤1.35，J2SWR≤1.5。 2.7 测试输入定向耦合器:耦合度20dB±0.7dB 方向性≥20dB。 2.8 开关速度:≤2μS。 2.9 气密:输入端0.05MPa，输出端无压。 2.10连接:J1—BJ32FAP J2—N-50K J3—N-50K J4—DA15P。 3.系统组成及工作原理 3.1本接收机保护器由输入波导法兰、反射波十字定向耦合器、同轴波导转换器、波导负载、H面电桥、弯波导、大功率负载、变态双魔T、PIN波导开关对、E面电桥、90度弯同轴输出接头等组成。（参看图1）。 图1 3.2 H面电桥和E面电桥的结构与性能：（参看图2）。 H面电桥采用侧壁耦合、宽边压窄、电容调相的方案。E面电桥采用宽边双宽缝耦合、窄边压窄、阶梯过渡的方案。二者均采用铝合金分体加工，铝钎焊工艺，使E面、H面电桥电性能在规定频带内达到如下指标： F=2.7-3.0GHz；VSWR≤1.10（H面）；VSWR≤1.20（E面）； 耦合臂和直通臂插损：3.1 ± 0.1dB。 图2 3.3 双变态魔T的结构与性能：（参看图3）。 双变态魔T是将两个特殊的变态魔T及其调配件作成一个整体件。该特殊的变态魔T是将普通的魔T的两个平衡臂波导高度压窄，以便与波导PIN开关匹配。再将H 臂折转90度，将E臂向另一方向折转90度形成H臂与E臂在一个传输方向。再将这两个变态魔T作成一个整体结构，使两个魔T的H臂在一个平面，并窄边相连；以便 与H面电桥的输出直接相连；同时两个魔T的E臂在对面的一个平面，并宽边相连，以便与E面电桥的输入直接相连。四个平衡臂的输出分列在两边，以便与两个波导PIN开关相连。这样的变态使系统的连接紧凑方便、体积小巧，当然也给制造与调试增加很大的难度。特别是制造工艺的难度是相当大的。经过恒达公司电气、结构、工艺设计师和工人师傅的若干次研究、分析、分解和试验攻关，终于找到了一种行之有效的工艺方案使这一难题得到解决。 使双变态魔T的电性能在规定频带内达到如下指标： F=2.7-3.0GHz； VSWR≤1.15； 两平衡臂插损：3.1 ± 0.1dB；E-H隔离≥35dB。 图3 3.4 波导PIN开关座的工作原理：（参看图4、图5）。 波导PIN开关座由短路的阶梯脊波导A和PIN管控制的短路波导B两部分组成。 短路的阶梯脊波导A可改变脊的高度来改变反射波的相位及反射相位随射频变