一种用于星载轻型sar的大功率合成器和合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大功率合成器和合成方法，特别是一种用于星载轻型SAR的大功 率合成器和合成方法，可以在星上实现帆板的双自由度运动，属于微波遥感技术领域。
【背景技术】
[0002] 星载SAR是一种高分辨率微波成像雷达，与可见光、红外等其他遥感器相比，具有 全天候、全天时、远距离成像的特点，甚至能穿透植被或一定深度的地层，侦察被植被覆盖 的，甚至地表以下一定深度的隐藏目标信息。星载SAR更是由于高分辨率、全球性、全天候、 全天时的优势，解决了夜晚和云盖对航天成像侦察的不利影响，已经成为航天军事侦察装 备中不可或缺的重要组成部分。
[0003] 星载轻型SAR具有轻量化、敏捷性的特点，一般采用无源反射面天线体制。到目前 为止，国内外无源反射面天线体制的星载SAR主要有德国的SARLupe、以色列的TECSAR，以 及我国的HJ-1C等。SARLupe采用单只X波段6000W脉冲行放直接提供系统所需的高峰值 发射功率射频信号，其组成框图如图1所示。TECSAR采用由多只脉冲行放通过大功率合成 提供系统所需的大功率信号，但其具体技术细节及实现方法未见公开报道，HJ-1C采用多只 脉冲固放通过大功率合成提供系统所需的大功率信号，其组成框图如图2所示。
[0004] 从图1可以看出，SARLupe大功率解决方案简单，但需要数千瓦的X波段空间脉冲 行放，这对于西方军事强国，已经不是什么技术难题，但对于我国却是技术瓶颈，短期内很 难攻克空间大功率脉冲行放研制技术，并且很难从国外引进。另外，SARLupe的大功率解决 方案限制了雷达只能形成一个固定的波束，天线无法实现波束电扫描，很难实现如马赛克、 扫描等对波束扫描速度有较高要求的成像模式，即使是滑动聚束、条带等成像模式的波束 慢速切换也需要借助卫星平台的俯仰摆动来实现。对于国外来说，由于卫星机动、姿控技术 水平高，很容易通过卫星平台在距离向的定点摆动，可以迅速到达指定天线视角，并迅速达 到姿态稳定状态，保证雷达能够及时高效率进行成像，实现预定侦察任务。
[0005] 从图2可以看出，HJ-1C大功率解决方案是由8个400W固放进行简单合成，虽然 避免了大功率脉冲行放的技术瓶颈，但是在为了实现扫描等对波束扫描速度有较高要求的 成像模式时，不得不使用了需要承受800W的微波电子开关，雷达在轨工作时，电子开关不 停地快速切换，存在在轨失效风险。
[0006] 通过查阅国内外星载SAR的大功率合成技术现状，已公开或可以参考的只有 HJ-1CSAR卫星的大功率技术。现有技术只是将多只功放的功率合成为1路，再根据天线波 束的需要进行功分和大功率开关选择，其缺点或不足是大功率开关研制难度大，而且存在 在轨失效风险，导致整星功能失效或降低，另外现有技术有大功率功分器和大功率电子开 关，插损较大，降低系统灵敏度性能，而且控制关系复杂。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于星载轻型SAR的大功率 合成器，信号输入到功分器，电子开关将信号输出到输入Butler矩阵的某一端口，输入Butler矩阵对信号按照一定相位关系进行功分，输出到用于补偿相位误差的移相器组，移 相器组对信号进行相位误差补偿后输出到脉冲行放组进行功率放大，脉冲行放组再将信号 输出到输出Butler矩阵，输出Butler矩阵按照前面电子开关的选择关系将信号合成到相 应的输出端口，最后信号经过环行器进入到天线馈源形成相应发射波束。以达到避免使用 大功率功分器和大功率电子开关，可靠性高，插损低，波位控制简单等的优点。
[0008] 本发明的目的通过如下技术方案予以实现：一种用于星载轻型SAR的大功率合成 器，包括波位控制模块、输入Butler矩阵、相位补偿模块、功率放大模块、定向耦合模块、相 位监视模块、输出Butler矩阵、发射与接收网络模块和馈源阵；
[0009] 所述波位控制模块利用电子开关选择输入Butler矩阵的输入端口，将输入信号 从选择的输入端口发送给输入Butler矩阵中；
[0010] 所述输入Butler矩阵对输入的信号进行功分和相位非色散控制后输出到相位补 偿模块进行色散型移相处理；所述相位补偿模块包括m个移相器；
[0011] 所述功率放大模块包括m个行波管，发射与接收网络模块包括m个环行器和接收 机，定向耦合模块包括m个定向耦合器，馈源阵包括m个馈源，功率放大模块对色散型移相 处理后的信号进行功率放大后输出给定向耦合模块；
[0012] 定向耦合模块对接收到的功率放大后的信号进行定向耦合，分为主线大功率信号 和辅线小功率信号，并将主线大功率信号输出给输出Butler矩阵，将辅线小功率信号输出 给发射与接收网络模块；
[0013] 输出Butler矩阵接收定向耦合模块输出的主线大功率信号进行大功率合成，选 择输出Butler矩阵的输出端口将信号输出后，通过发射与接收网络模块输出给馈源阵； [0014] 发射与接收网络模块接收定向耦合模块输出的辅线小功率信号进行相位计算，得 到相位不一致性结果，并将相位不一致性结果输出给相位监视模块；所述相位不一致性为 功率放大模块中各个行波管的相位不一致性；
[0015] 相位监视模块将相位计算结果输出给相位补偿模块，对后续输入到功率放大模块 的信号进行相位补偿，使得功率放大模块输出信号的相位一致。
[0016] 所述输出But1er矩阵的输出端口与电子开关选择的输入But1er矩阵输入端口相 对应。
[0017] 所述m为2正整数倍。
[0018] 一种用于星载轻型SAR的大功率合成器，包括一个功分器和n个所述的大功率合 成器；
[0019] 所述功分器将输入信号分为n路，且输出端分别与n个所述大功率合成器的输入 端连接，所述n为大于等于2的正整数。
[0020] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0021] (1)本发明采用根据参与波束形成的馈源数目进行小信号功分，避免现有技术的 大功率功分，可以实现降低插损，提高系统灵敏度的优点；
[0022] (2)本发明采用电子开关进行小信号选择，避免现有技术的大功率开关，可以实现 降低插损，提尚系统灵敏度，提尚可靠性等的优点；
[0023] (3)本发明在采用电子开关进行小信号选择的同时实现天线波位控制功能，可以 实现降低系统分机、质量，提高系统可靠性等的优点；
[0024] (4)本发明采用butler矩阵，避免现有技术的大功率功分器和电子开关，可以实 现低插损、可靠性尚等的优点；
[0025] (5)本发明采用在轨相位监视，解决了现有技术不能在轨对功放进行相位误差补 偿的缺点，可以实现在轨误差补偿，提高合成效率的优点。
【附图说明】
[0026] 图1为SARLupe大功率技术框图；
[0027] 图2为HJ-1C大功率合成技术框图；
[0028] 图3为波束不展宽情况下星载轻型SAR大功率合成框图；
[0029] 图4为波束需展宽条件下星载轻型SAR的大功率合成框图；
[0030] 图5为butler矩阵隔离度对合成效率的影响示意图；
[0031] 图6为合成对信号波形的影响示意图；
[0032] 图7为合成对脉压性能的影响示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0034] 图3给出了天线波束不需要展宽的功率合成方案，即每个波束只需一个馈源便可 以形成，因此大功率合成为一个统一的网络。从图3可知，本发明提出的一种用于星载轻型 SAR的大功率合成器，其特征在于：包括波位控制模块、输入Butler矩阵、相位补偿模块、功 率放大模块、定向耦合模块、相位监视模块、输出Butler矩阵、发射与接收网络模块和馈源 阵；
[0035] 所述波位控制模块利用电子开关选择输入Butler矩阵的输入端口，将输入信号 从选择的输入端口发送给输入Butler矩阵中；
[0036] 所述输入Butler矩阵对输入的信号进行功分和相位非色散控制后输出到相位补 偿模块进行色散型移相处理；所述相位补偿模块包括m个移相器；所述m为2、4、或8等的 正整数。
[0037] 所述功率放大模块包括m个行波管，发射与接收网络模块包括m个环行器和接收 机，定向耦合模块包括m个定向耦合器，馈源阵包括m个馈源，功率放大模块对色散型移相 处理后的信号进行功率放大后输出给定向耦合模块，
[0038] 定向耦合模块对接收到的功率放大后的信号进行定向耦合，分为主线大功率信号 和辅线小功率信号，并将主线大功率信号输出给输出Butler矩阵，将辅线小功率信号输出 给发射与接收网络模块；
[0039] 输出Butler矩阵接收定向耦合模块输出的主线大功率信号进行大功率合成，选 择输出Butler矩阵的输出端口将信号输出后，通过发射与接收网络模块输出给馈源阵；所 述输出Butler矩阵的输出端口与电子开关选择的输入Butler矩阵输入端口相对应。
[0040] 发射与接收网络模块接收定向耦合模块输出的辅线小功率信号进行相位计算，得 到相位不一致性结果，并将相位不一致性结果输出给相位监视模块；所述相位不一致性为 功率放大模块中各个行波管的相位不一致性；
[0041] 相位监视模块将相位计算结果输出给相位补偿模块，对后续输入到功率放大模块 的信号进行相位补偿，使得功率放大模块输出信号的相位一致。
[0042] 图4给出了天线波束需要展宽的功率合成方案，这时，每个波束需要两个甚至两 个以上的馈源形成，因此大功率合成为两个上下对称的网络，如果需要多个馈源，则需要多 个网络，考虑到系统复杂度，一般每个波束参与的馈源数目不宜过多。天线波束需要展宽的 功率合成方案中的大功率合成器包括一个功分器和n个图3中所不的大功率合成器；
[0043] 所述功分器将输入信