深度解讀連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)信號(hào)泄露抑制技術(shù)

發(fā)射機(jī)信號(hào)泄露嚴(yán)重制約連續(xù)波雷達(dá)探測(cè)性能的提高。微帶天線廣泛應(yīng)用于微小型連續(xù)波雷達(dá)，其收發(fā)天線隔離性能是制約微小型連續(xù)波雷達(dá)探測(cè)能力的關(guān)鍵。本文分析了連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)信號(hào)泄露抑制技術(shù)，包括收發(fā)通道對(duì)消、信號(hào)處理以及天線隔離技術(shù)，指出目前微帶天線收發(fā)隔離主要采用空間隔離技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，包括空間波隔離和表面波隔離兩類。并對(duì)空間波隔離和表面波隔離技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后指出，當(dāng)前增加收發(fā)隔離的主要目標(biāo)是提高靈敏度，并結(jié)合目前的研究狀況展望了未來增大收發(fā)天線隔離度的研究方向。

微小型連續(xù)波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)、成本低、全天候、4D 高分辨、探測(cè)性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn) ，具有廣泛的軍事和民用前景，是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。微帶天線具有尺寸小、結(jié)構(gòu)形式自由、剖面低、便于集成加工且成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此微小型連續(xù)波雷達(dá)射頻收發(fā)一般采用微帶雙天線實(shí)現(xiàn)。受體積和空間限制，微小型連續(xù)波雷達(dá)微帶收發(fā)天線之間存在間距較小、隔離度不高、發(fā)射信號(hào)容易泄露到接收機(jī)的問題。

微帶收發(fā)天線作為微小型連續(xù)波雷達(dá)的重要部分，收發(fā)天線間的耦合是影響雷達(dá)系統(tǒng)性能的重要因素，直接決定了微小型連續(xù)波雷達(dá)的探測(cè)性能。當(dāng)隔離度較小時(shí)，泄露信號(hào)不僅會(huì)淹沒微弱的目標(biāo)回波，降低接收機(jī)靈敏度，還會(huì)影響成像效果、差分形變測(cè)量效果，甚至造成接收機(jī)飽和失效。因此，如何提高微帶收發(fā)天線間隔離度是今后研究的重點(diǎn)方向。

對(duì)于連續(xù)波雷達(dá)，發(fā)射機(jī)信號(hào)泄漏的抑制方法主要有隔離技術(shù)、信號(hào)對(duì)消技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù) 。本文對(duì)上述三種技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，指出微小型連續(xù)波雷達(dá)主要采用收發(fā)天線空間隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)其常用的微帶天線收發(fā)空間隔離技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括微帶天線收發(fā)空間隔離原理，以及微帶天線空間隔離技術(shù)（空間波抑制法、表面波抑制法和綜合抑制法）的實(shí)現(xiàn)途徑和優(yōu)缺點(diǎn)。除此之外，還對(duì)增大收發(fā)天線隔離度方法的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，值得科研人員進(jìn)一步深入研究。

1 雷達(dá)系統(tǒng)泄露信號(hào)抑制技術(shù)

目前，解決雷達(dá)系統(tǒng)中收發(fā)隔離問題，主要有三種技術(shù)： 信號(hào)對(duì)消技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和隔離技術(shù)。

信號(hào)對(duì)消技術(shù)即是構(gòu)造一個(gè)與泄漏信號(hào)幅度和頻率相同但相位相差 180°的對(duì)消信號(hào)，使之與泄漏信號(hào)進(jìn)行合成處理，消除泄漏信號(hào)。

信號(hào)對(duì)消分為射頻對(duì)消和中頻對(duì)消。射頻對(duì)消即另取一條支路，以耦合信號(hào)為基礎(chǔ)，通過器件來調(diào)幅調(diào)相，使泄漏信號(hào)在進(jìn)入 LNA 前，將泄漏信號(hào)抵消掉。射頻對(duì)消的缺點(diǎn)是： 在引入對(duì)消信號(hào)時(shí)會(huì)夾帶一些噪聲，降低接收機(jī)靈敏度，因此不能達(dá)到理想效果; 中頻對(duì)消是先讓含有泄漏信號(hào)的接收信號(hào)經(jīng)過接收機(jī)變頻到中頻，再去饋送一部分發(fā)射信號(hào)，也經(jīng)過變頻到相同中頻，在中頻處形成對(duì)消信號(hào)，實(shí)現(xiàn)中頻對(duì)消。中頻對(duì)消技術(shù)操作簡(jiǎn)單、成本低，能夠避免噪聲的引入。但缺點(diǎn)是無法防止強(qiáng)泄漏信號(hào)造成接收前端飽和，而且其實(shí)用靈活性較低，需要在已完成設(shè)計(jì)的接收機(jī)基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)。

信號(hào)處理技術(shù)是對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以便提取有效信息。但信號(hào)處理技術(shù)計(jì)算量大，并且過程復(fù)雜，因此在處理過程當(dāng)中不僅需要較長(zhǎng)的時(shí)間，占用很大的空間資源，而且還需要優(yōu)化算法，所以此技術(shù)難以滿足需求。

隔離技術(shù)包括時(shí)間隔離、頻率隔離、極化隔離、空間隔離。

時(shí)間隔離表示接收機(jī)與發(fā)射機(jī)有一個(gè)工作時(shí)間差，交替工作在不同的時(shí)間段內(nèi)。該技術(shù)主要應(yīng)用于收發(fā)分時(shí)工作的脈沖雷達(dá)，不能應(yīng)用于連續(xù)波雷達(dá);

頻率隔離表示在接收機(jī)的前端放置選頻元件，使用不同頻率的 向上發(fā)射頻率和對(duì)地發(fā)射頻率來達(dá)到隔離的效果，其頻率差可達(dá)到上百 MHz 。 主要應(yīng)用于發(fā)射和接收采用不同頻率的大功率衛(wèi)星通信站，但是連續(xù)波雷達(dá)收發(fā)信號(hào)的頻率基本相同，很難將此技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)波雷達(dá)當(dāng)中;

極化隔離表示使用垂直或者水平極化的發(fā)射和接收天線，使收發(fā)天線之間的極化相反，讓微波間不存在串?dāng)_現(xiàn)象。但并沒有起到很好的隔離效果，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，天線本身就存在一定的交叉極化，因此在連續(xù)波雷達(dá)當(dāng)中很少使用此技術(shù);

空間隔離表示通過拓寬收發(fā)天線之間的距離或者加載一些抑制泄露信號(hào)傳播的結(jié)構(gòu)來有效提高隔離度。此技術(shù)的主要原理是通過改善天線收發(fā)耦合強(qiáng)度，來減少空間波和表面波的傳播，主要分為空間波抑制法和表面波抑制法。此技術(shù)能很好地減少發(fā)射天線到接收天線的信號(hào)泄露，因此連續(xù)波雷達(dá)常用空間隔離技術(shù)來提高收發(fā)隔離度。

綜上所述，減少信號(hào)泄露是提高連續(xù)波雷達(dá)性能的關(guān)鍵，提高微帶天線隔離度主要通過空間隔離技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

2 基于微帶天線收發(fā)空間隔離的原理

天線隔離度定義為： 接收天線接收到的來自發(fā)射天線耦合進(jìn)入的功率與發(fā)射天線輻射功率的比值，即：

式中： L 為天線的隔離度，單位 dB; P T 為發(fā)射天線向外輻射功率; P Ｒ 為輻射信號(hào)不經(jīng)過目標(biāo)反射而直接進(jìn)入接收天線的功率。

收發(fā)天線間的耦合由兩部分組成： 表面波和空間波。其中，由微帶收發(fā)天線副瓣產(chǎn)生經(jīng)空間直線傳播的電磁波，稱之為空間波 ?？臻g波的耦合強(qiáng)度方程式為：

式中： G 2 為自由空間波增益; Ｒ‘為收發(fā)天線間的距離。

微帶天線的介質(zhì)板引導(dǎo)了電磁波在介質(zhì)板表面的傳播，發(fā)射天線的電磁波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r(shí)會(huì)對(duì)接收天線產(chǎn)生影響，這部分波被定義為表面波。表面波的耦合強(qiáng)度方程式為：

式中： G 1 為表面波增益。

當(dāng)介質(zhì)基片比較薄，收發(fā)天線的距離較近時(shí)，表面波和空間波都會(huì)在較大程度上影響收發(fā)天線間隔離度。從式（2）和（3）可看出，空間波隨著收發(fā)天線間距的縮減，增長(zhǎng)速度要比表面波增加得快。

從式（2）和（3）可知，表面波耦合和空間波耦合相等時(shí)存在一個(gè)臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)的位置為 ：

即當(dāng)收發(fā)天線間距離小于 Ｒ’時(shí)，自由空間波耦合占主要地位，當(dāng)收發(fā)天線之間的距離大于 Ｒ‘時(shí)，表面波耦合起主要作用。

除此之外，隨著收發(fā)天線間距離變小，天線方向圖主瓣寬度會(huì)變寬，會(huì)使能量發(fā)散，因此在設(shè)計(jì)收發(fā)天線時(shí)，應(yīng)盡可能增大收發(fā)天線間距。但是為了盡可能減小雷達(dá)系統(tǒng)的體積，收發(fā)天線的距離不能太遠(yuǎn)，所以收發(fā)天線的距離應(yīng)該控制在有限的范圍內(nèi)來提高收發(fā)天線的隔離度。在空間隔離方面提高雷達(dá)系統(tǒng)的收發(fā)隔離度，需要抑制天線間空間波和表面波的傳播。

3 基于微帶天線的空間波抑制法

微帶天線空間波抑制法是通過減少發(fā)射天線副瓣產(chǎn)生經(jīng)由空間直線傳播到接收天線的電磁波，來提高收發(fā)天線隔離度。在連續(xù)波雷達(dá)微帶天線中，對(duì)于天線間的空間波抑制法主要包括增加收發(fā)天線間距和加載隔離板等方法。

3. 1 增大收發(fā)天線間距

由上述分析可知，收發(fā)天線間距的改變對(duì)空間波的影響要遠(yuǎn)大于對(duì)表面波的影響。

收發(fā)天線遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)隔離度計(jì)算公式為 ：

由式（5）可知，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，收發(fā)天線間距每增大一倍，天線隔離度可提高 6 dB，但是，收發(fā)天線間距遠(yuǎn)不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的條件，因此當(dāng)收發(fā)天線間距增大一倍時(shí)，隔離度的提高要大于 6 dB。由此可知，隔離度與收發(fā)天線間距成正比，但是過大的天線間距會(huì)造成天線結(jié)構(gòu)整體偏大，不利于系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)，限制了連續(xù)波雷達(dá)在一些較小設(shè)備上的應(yīng)用。

3. 2 加載隔離板

加載隔離板是另一種主要的空間波抑制法，通過一定高度的隔離板來阻斷電磁波在空間上的傳播。隔離板一般采用較輕的鋁板。文獻(xiàn)采用加載隔離板的方法來減少收發(fā)天線間的耦合，設(shè)定隔離板的厚度為 2 mm，高度為 30 mm，天線間距為16 mm，經(jīng)仿真測(cè)試隔離度提高了 18 dB。設(shè)定不同高度的隔離板，結(jié)果如圖 1 所示，隔離板高度越高效果越明顯，但高度達(dá)到一定程度時(shí)，隔離效果明顯減弱，因此表明隔離板也只能在一定程度上對(duì)隔離度有所改善。

圖 1 隔離板高度對(duì)收發(fā)天線隔離度影響

加載隔離板也會(huì)帶來一些問題。首先，過高的隔離板會(huì)惡化天線方向圖; 其次，表面波還會(huì)通過金屬隔離板進(jìn)行傳播，從而影響隔離效果; 此外，隔離板的存在會(huì)增大系統(tǒng)的整體尺寸，難以達(dá)到設(shè)備小型化的要求。因此在多數(shù)情況下并不使用此方法。

4 基于微帶天線的表面波抑制法

微帶天線表面波抑制法是通過減少發(fā)射天線電磁波在介質(zhì)表面的傳播對(duì)接收天線產(chǎn)生的影響。在連續(xù)波雷達(dá)微帶天線中，對(duì)于天線間的表面波抑制法主要包括減少天線罩對(duì)表面波的激勵(lì)、開設(shè)扼流槽、鋪設(shè) 吸 波 材 料、蝕 刻 缺 陷 地 結(jié) 構(gòu)、加 載 EBG（Electromagnetic Band－Gap）結(jié)構(gòu)等方法。

4. 1 減小天線罩對(duì)表面波激勵(lì)

為保證天線正常工作，需要加裝天線罩來保護(hù)天線。但常用的天線罩材料都具有較高的介電常數(shù)，容易激起表面波。微帶天線收發(fā)分離并同時(shí)工作，若覆蓋天線罩進(jìn)行保護(hù)，將其固定在天線的表面，則激起的表面波將通過天線罩到達(dá)接收天線端，造成收發(fā)天線間耦合增大，影響接收性能。

天線罩的介電常數(shù)越大，那么激起的表面波就會(huì)越多，隨之收發(fā)天線間隔離度就會(huì)下降。天線罩厚度和介電常數(shù)是表面波敏感參數(shù)，因此可通過改變這兩個(gè)參數(shù)來減少表面波。當(dāng)天線罩的厚度確定后，可選擇適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)材料，盡量減少激發(fā)的表面波。文獻(xiàn)中通過調(diào)整敏感參數(shù)，減少了收發(fā)天線間的耦合，使隔離度達(dá)到了 75 dB 以上，達(dá)到了抑制表面波，減小收發(fā)天線耦合的目的。

4. 2 開設(shè)扼流槽

扼流槽是一種可以阻止特定頻率微波電流傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)形式為在金屬表面開一個(gè)深度約為中心頻率 1/4 波長(zhǎng) ，寬度適中的空氣槽，當(dāng)表面波電流流經(jīng)扼流槽時(shí)，電流被阻止通過，從而提高收發(fā)天線間的隔離度。金屬扼流槽通過合理的設(shè)計(jì)其尺寸能夠在槽的頂面產(chǎn)生高阻表面的效果來抑制表面波，而且扼流槽屬于平面結(jié)構(gòu)，體積小、質(zhì)量輕，因此常被用于改善天線間的隔離度，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 扼流槽結(jié)構(gòu)示意圖

文獻(xiàn)在仿真軟件中驗(yàn)證扼流槽效果模型，通過不斷優(yōu)化扼流槽結(jié)構(gòu)的深度和寬度，使其達(dá)到最優(yōu)效果，隔離度提高了約 13 dB。文獻(xiàn)中陳薇根據(jù)扼流槽的特性，在收發(fā)天線間加入扼流槽來破壞表面波的傳播。收發(fā)天線間的距離為16 mm，通過不斷改變扼流槽的深度 h 和寬度 g 使其達(dá)到最好的效果，收發(fā)天線間隔離度最多可提高 10 dB。

增加扼流槽個(gè)數(shù)，并將扼流槽設(shè)置成不同的深度，使其呈階梯狀變化，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。在收發(fā)天線間加入多個(gè)扼流槽，可極大改善收發(fā)天線間耦合問題，隔離度可提高約 20 dB。

圖 3 階梯狀扼流槽示意圖

在微帶收發(fā)天線間開設(shè)扼流槽，不需添加其他立體結(jié)構(gòu)，只需要在金屬表面開空氣槽即可，這樣即不增加天線的體積，又可減少設(shè)備的整體質(zhì)量。但扼流槽在實(shí)際加工時(shí)，深度較深，而且階梯狀扼流槽深度有多個(gè)尺寸，加工時(shí)對(duì)設(shè)備選擇、工藝流程和操作水平均有較高的要求，給加工帶來了許多困難，所以在收發(fā)天線間加載扼流槽不易加工制作。

4. 3 鋪設(shè)吸波材料

吸波材料指能吸收或者大幅減弱投射到它表面的電磁波能量，從而減少電磁波干擾的一類材料。當(dāng)天線安裝在金屬框架內(nèi)時(shí)，天線收發(fā)的微波能量一部分與框架產(chǎn)生的感應(yīng)生成表面波電流，惡化了收發(fā)天線的隔離; 一部分通過金屬表面的反射形成多徑反射，惡化了天線方向圖。在金屬框架表面安裝微波吸波材料可以有效減少金屬表面的表面波電流與金屬表面反射形成的多徑反射，改善天線的隔離度與方向圖。

文獻(xiàn)中通過鋪設(shè)吸波材料，減少了收發(fā)天線間表面波在介質(zhì)基板上的直接傳播，隔離效果非常明顯，使收發(fā)天線間隔離度提高了 15 dB。文獻(xiàn)通過建立吸波材料驗(yàn)證模型，在軟件中仿真計(jì)算，鋪設(shè)吸波材料不僅可以提高收發(fā)天線間隔離度，同時(shí)對(duì)天線方向圖也有所改善。

在金屬裝置表面鋪設(shè)吸波材料，能夠吸收其表面的電磁波能量，它在一定的頻帶內(nèi)對(duì)電磁波具有較高的吸收率，同時(shí)滿足溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境條件要求，具有成本低、安裝方便等一些優(yōu)點(diǎn)。但是，為了較好地改善收發(fā)天線間隔離度，會(huì)在天線周圍鋪設(shè)較厚的吸波材料，這在一定程度上增大了系統(tǒng)的整體體積。

4. 4 蝕刻缺陷地結(jié)構(gòu)

缺陷地結(jié)構(gòu)（DGS）是在微帶線的接地金屬板上刻蝕周期或者非周期的柵格結(jié)構(gòu)，改變傳輸線的分布電感和電容，獲得帶阻特性和慢波特性等。典型的 DGS 形狀有啞鈴型、螺旋形等，啞鈴型 DGS結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示。

圖 4 啞鈴型 DGS 結(jié)構(gòu)示意圖

缺陷地結(jié)構(gòu)由金屬接地板上縫隙結(jié)構(gòu)組成。它的工作原理是縫隙結(jié)構(gòu)的引入影響微帶傳輸線等效電路中電容分布和電感分布，從而改變介質(zhì)基板分布的介電常數(shù)，主要具有高阻抗特性、帶阻濾波特性和慢波特性。將 DGS 結(jié)構(gòu)應(yīng)用于天線單元或天線陣列中能抑制天線單元高次模，提高天線單元交叉極化性能，抑制天線單元間耦合等。

缺陷地結(jié)構(gòu)相較于其他類型具有帶阻濾波特性的電磁結(jié)構(gòu)，其最大優(yōu)勢(shì)是非周期性缺陷地結(jié)構(gòu)同樣具有某個(gè)頻段內(nèi)帶阻濾波特性。缺陷地結(jié)構(gòu)提高了介質(zhì)的有效介電常數(shù)，同時(shí)改變了貼片表面電流的分布。但缺陷地結(jié)構(gòu)尺寸越大，介質(zhì)介電常數(shù)的提高就越大，同時(shí)對(duì)分布參數(shù)的影響也越大，缺陷結(jié)構(gòu)還會(huì)導(dǎo)致天線輻射方向圖的改變和輻射效率的降低。

4. 5 加載 EBG 結(jié)構(gòu)

對(duì)于微帶天線間隔離度的改善，有多種結(jié)構(gòu)能夠有效降低微帶天線間的耦合，例如人工導(dǎo)向介質(zhì)（SＲＲ） 結(jié)構(gòu)去耦、ＲAMC 結(jié)構(gòu)去耦和電磁帶隙（EBG） 結(jié)構(gòu)去耦。這些結(jié)構(gòu)去耦的原理相似，均是在天線介質(zhì)中加入這些結(jié)構(gòu)，它們能夠阻礙表面波的傳播，達(dá)到去耦的目的，從而增大天線間的隔離度。SＲＲ 結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生電諧振，諧振能夠抑制某些頻段的電磁波，從而阻礙表面波的傳播; 非周期的 ＲAMC 結(jié)構(gòu)，是一種新型球面投影人工平面材料，類似于一個(gè)圓柱形金屬反射器可聚焦電磁波，通過降低天線間交叉極化，來改善收發(fā)天線間隔離度。周期性的 EBG 結(jié)構(gòu)在某一頻段范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的帶阻或帶通作用，能有效抑制表面波的傳播，在連續(xù)波微帶天線中多用此方法來增加天線間隔離度，下面主要以 EBG 結(jié)構(gòu)做主要介紹。

EBG 結(jié)構(gòu)是指對(duì)特定頻段內(nèi)的電磁波產(chǎn)生阻帶特性的一種周期結(jié)構(gòu)。在其帶隙內(nèi)能夠有效抑制介質(zhì)基板中表面波的傳播，因此可被用來降低微帶天線間的互耦。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)主要分為： 介質(zhì)打孔型、地面蝕刻型、高阻抗電磁表面型和共面緊湊型。介質(zhì)打孔型和地面蝕刻型都需要破壞介質(zhì)基板，制作困難，不易加工，制作成本較高，且不易于與微波電路集成 ，共面緊湊型 EBG 單元的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)形狀復(fù)雜，而且其帶隙特性也沒有高阻抗表面好。為了設(shè)計(jì)的需求，現(xiàn)在多采用在金屬導(dǎo)帶和金屬接地板上形成周期性 EBG 結(jié)構(gòu) 。

經(jīng)過多年的研究，EBG 結(jié)構(gòu)日漸成熟，結(jié)構(gòu)形式多樣。其中以蘑菇型 EBG 結(jié)構(gòu)（如圖 5 所示，圖6 為蘑菇型 EBG 結(jié)構(gòu)的等效模型和傳輸線模型）的研究最為成熟，且具有帶寬較寬的優(yōu)點(diǎn)，因此常用蘑菇型 EBG 結(jié)構(gòu)來改善天線間的隔離。Yang等將蘑菇型 EBG 結(jié)構(gòu)應(yīng)用于天線陣列當(dāng)中，由于 EBG 結(jié)構(gòu)的存在，大大改善了陣元間的耦合，隔離度提高了 8 dB 左右。文獻(xiàn)用蘑菇型 EBG 單元結(jié)構(gòu)放置在基片集成波導(dǎo)陣列天線間距之間，隔離度有了較大的提高，約為55 dB。Manh 等通過在兩個(gè)微帶天線陣列之間水平插入 EBG 結(jié)構(gòu)來增加兩者間的收發(fā)隔離度，提高了約 35 dB。

圖 5 蘑菇型 EBG 結(jié)構(gòu)

圖 6 等效電路模型和傳輸線模型

在收發(fā)天線間加載 EBG 結(jié)構(gòu)，這種方法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、厚度薄、易于在同一基板上與其他器件合成等優(yōu)點(diǎn)，此外 EBG 結(jié)構(gòu)的二維帶隙特性可以抑制一個(gè)平面內(nèi)任意方向傳播的表面波。但是水平排列 EBG 單元的方式對(duì)于一些收發(fā)陣列間隔很小卻又需要較高隔離度的雷達(dá)系統(tǒng)來說是不適合的，因?yàn)殛嚵虚g沒有足夠多的間距來加載足夠多列的 EBG 單元。

5 基于微帶天線的空間波和表面波綜合抑制法

微帶天線空間波和表面波綜合抑制法是通過同時(shí)減少發(fā)射天線經(jīng)由空間直線傳播到接收天線的電磁波和減少發(fā)射天線電磁波在介質(zhì)表面的傳播對(duì)接收天線產(chǎn)生的影響。在連續(xù)波雷達(dá)微帶天線中，對(duì)于天線間的空間波和表面波抑制法主要包括加載EBG 墻結(jié)構(gòu)和缺陷墻結(jié)構(gòu)。

5. 1 加載 EBG 墻結(jié)構(gòu)

水平加載 EBG 結(jié)構(gòu)可有效抑制天線間的耦合，但是水平排列 EBG 單元的方式對(duì)于一些收發(fā)間隔很小卻又需要較高隔離度的雷達(dá)系統(tǒng)來說不合適，因?yàn)殛嚵虚g沒有足夠的間距來加載足夠多列的 EBG 單元。為在上述限制下達(dá)到好的收發(fā)隔離效果，文獻(xiàn)中提出了可通過在兩天線間豎直排列多列 EBG單元構(gòu)造出兩個(gè) EBG 墻結(jié)構(gòu)（如圖 7 所示）。這樣豎直加載的方式同樣能夠利用 EBG 結(jié)構(gòu)的帶隙特性來抑制兩天線間的空間波和表面波傳播，使兩天線間隔離度增大了至少 20 dB，這顯示出 EBG 墻結(jié)構(gòu)高效的隔離性能。

圖 7 加載 EBG 墻的貼片天線

5. 2 加載缺陷墻結(jié)構(gòu)

缺陷墻結(jié)構(gòu)與 EBG 墻結(jié)構(gòu)類似，利用其帶隙特性可以有效地抑制表面波和空間波的傳播，應(yīng)用于收發(fā)天線較窄的微帶天線中。文獻(xiàn)提出了將缺陷墻結(jié)構(gòu)印刷在介質(zhì)基板上（如圖 8 所示）來提高收發(fā)天線間隔離度。從結(jié)果中得到，天線間的隔離度最大提高了 18 dB 左右。

圖 8 缺陷墻結(jié)構(gòu)

盡管加載 EBG 墻結(jié)構(gòu)和缺陷墻結(jié)構(gòu)適用于天線間距較窄的情況，并且有較好的隔離效果，對(duì)于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有較大的參考意義，但是在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到設(shè)備的小型化和易于安裝等要求，一般不使用加載 EBG 墻結(jié)構(gòu)的方法。

6 微小型連續(xù)波雷達(dá)微帶收發(fā)天線隔離技術(shù)展望

經(jīng)過多年的深入探討與研究，微小型連續(xù)波雷達(dá)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也逐漸豐富。但信號(hào)泄露問題一直是微小型連續(xù)波雷達(dá)的一個(gè)缺點(diǎn)，在解決這個(gè)問題上，多采用增加微帶收發(fā)天線隔離度來進(jìn)行改善，使雷達(dá)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)能夠正常工作?？v觀國內(nèi)外對(duì)連續(xù)波雷達(dá)泄露信號(hào)抑制技術(shù)的研究情況，前端飽和問題可以忽略不計(jì)。因此，在現(xiàn)階段多是解決泄露信號(hào)導(dǎo)致的接收機(jī)靈敏度下降問題。在未來的發(fā)展中，增加收發(fā)天線隔離度技術(shù)必將是一個(gè)熱門方向?？刹捎?a target="_blank">綜合技術(shù)來汲取各個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，如： 鋪設(shè)吸波材料 + 蝕刻較小尺寸缺陷地結(jié)構(gòu)，這樣減少了因鋪設(shè)吸波材料而造成系統(tǒng)整體質(zhì)量增大的問題，也減少了大尺寸缺陷地結(jié)構(gòu)對(duì)分布參數(shù)較大的影響，同時(shí)在最大程度上改善收發(fā)天線間隔離度問題，減少信號(hào)泄露，提高接收機(jī)的靈敏度，盡可能使泄露的信號(hào)低于靈敏度而不被檢測(cè)到，以此來提高雷達(dá)系統(tǒng)的整體性能。

7 結(jié)束語

微小型連續(xù)波雷達(dá)具有體積小、功能強(qiáng)、全天候、高分辨等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。抑制發(fā)射機(jī)泄露信號(hào)是提高連續(xù)波雷達(dá)探測(cè)性能的關(guān)鍵。主要采用收發(fā)天線空間隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于微小型連續(xù)波雷達(dá)普遍采用的微帶天線，其難點(diǎn)是體積和空間有限、收發(fā)天線之間間距較小、隔離墻難以設(shè)置等。為此，本文按傳播路徑，將微帶收發(fā)天線信號(hào)隔離方法分為空間波隔離、表面波隔離和綜合隔離技術(shù)，并對(duì)其原理、應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)述，對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。受空間和結(jié)構(gòu)限制，對(duì)于微小型連續(xù)波雷達(dá)微帶收發(fā)天線，要實(shí)現(xiàn)較高的收發(fā)天線隔離度，僅僅采用單一的技術(shù)較為困難，應(yīng)針對(duì)具體應(yīng)用，綜合采用多種技術(shù)，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

作者：韓壯志 ，吳玉柱 ，梁夢(mèng)濤 ，馬月紅 ，李小民