專(zhuān)利名稱(chēng)：任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以實(shí)現(xiàn)任意功分比的波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，可作為頻率較高的大規(guī)模微帶陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，平面天線以其低輪廓、小型化以及易集成的特點(diǎn)滿足了現(xiàn)代無(wú)線電系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)和要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。微帶陣列天線作為平面天線的一種由于具有口徑分布容易控制、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、便于加工、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越廣泛應(yīng)用于機(jī)載、星載等各個(gè)領(lǐng)域。一般微帶天線采用微帶線、帶狀線、和懸置帶狀線作為主要的饋電網(wǎng)絡(luò)。但是隨著頻率的升高，這些微帶網(wǎng) 絡(luò)饋線的寄生輻射、色散效應(yīng)等變得越來(lái)越明顯，從而導(dǎo)致天線效率降低，限制了微帶陣列天線在高頻的應(yīng)用。而金屬波導(dǎo)由于具有導(dǎo)體損耗和介質(zhì)(管內(nèi)介質(zhì)一般為空氣)損耗小、功率容量大、沒(méi)有輻射損耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，作為傳輸線廣泛應(yīng)用于毫米波系統(tǒng)中。但金屬波導(dǎo)不能直接作為微帶天線的饋電網(wǎng)絡(luò)，因此需要一種饋電網(wǎng)絡(luò)可以使波導(dǎo)與微帶線等網(wǎng)絡(luò)很好的結(jié)合起來(lái)，從而降低饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗，提高微帶陣列天線的輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，用于和微帶線、帶狀線和懸置帶狀線等饋電網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，從整體上簡(jiǎn)化饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，降低饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗，從而提高微帶陣列天線的輻射效率。本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，包括矩形波導(dǎo)、微帶探針、波導(dǎo)窗、調(diào)諧塊和傳輸線，其中矩形波導(dǎo)的寬邊中心線上通過(guò)波導(dǎo)窗插入若干個(gè)微帶探針，每個(gè)微帶探針與矩形波導(dǎo)內(nèi)部的兩個(gè)調(diào)諧塊相對(duì)應(yīng)，所述兩個(gè)調(diào)諧塊對(duì)稱(chēng)設(shè)置在矩形波導(dǎo)的兩個(gè)寬邊的內(nèi)表面，且兩個(gè)調(diào)諧塊所在的平面垂直于波導(dǎo)的寬邊，傳輸線與若干個(gè)微帶探針連接，通過(guò)調(diào)整微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度改變耦合量，以實(shí)現(xiàn)任意功分比，調(diào)諧塊用于匹配微帶探針插入矩形波導(dǎo)引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸。在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，微帶探針置于矩形波導(dǎo)寬邊中心線上主模TE10模電場(chǎng)強(qiáng)度的最大處。在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，相鄰兩個(gè)微帶探針之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)或半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，在傳輸線中對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)相鄰兩個(gè)微帶探針之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)時(shí)，為同相傳輸，在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度與耦合的能量呈正比關(guān)系。在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)諧塊的寬度L與微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度有關(guān)，微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊的寬度L也越大。在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，傳輸線為微帶線、同軸線、帶狀線、懸置帶狀線或共面波導(dǎo)。在上 述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，微帶探針可以采用同軸探針代替。在上述任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)諧塊與對(duì)應(yīng)的微帶探針之間的距離的大小與微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度有關(guān)，微帶探針插入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊與對(duì)應(yīng)的微帶探針之間的距離越小，且調(diào)諧塊為金屬材質(zhì)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明的矩形波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，用于和微帶線、同軸線、帶狀線和懸置帶狀線、共面波導(dǎo)等饋電網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)任意功分比，且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，從整體上簡(jiǎn)化饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從而減小了微帶陣列天線的網(wǎng)絡(luò)損耗，大大提高了天線的輻射效率；(2)本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)在矩形波導(dǎo)寬邊中心線上插入若干微帶探針，通過(guò)調(diào)整微帶探針伸入波導(dǎo)的長(zhǎng)度改變探針從波導(dǎo)中耦合的能量，從而實(shí)現(xiàn)任意功分比；(3)本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)中微帶探針插入矩形波導(dǎo)會(huì)引起很強(qiáng)的反射，對(duì)波導(dǎo)內(nèi)的行波場(chǎng)產(chǎn)生很大的擾動(dòng)，在微帶探針附近相應(yīng)位置緊貼矩形波導(dǎo)的兩個(gè)寬邊對(duì)稱(chēng)放置兩個(gè)調(diào)諧塊，調(diào)節(jié)調(diào)諧塊的尺寸可以抵消探針插入波導(dǎo)引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸；(4)本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗低，易于與天線陣列一體化加工，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。


圖I為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的單元S參數(shù)；圖4為本發(fā)明微帶探針伸入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度與耦合功率的關(guān)系曲線；圖5為本發(fā)明微帶探針伸入波導(dǎo)長(zhǎng)度與匹配調(diào)諧塊寬度L的關(guān)系曲線；圖6為本發(fā)明微帶探針伸入波導(dǎo)長(zhǎng)度與匹配調(diào)諧塊位置的關(guān)系曲線；圖7為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述如圖I所示為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，包括矩形波導(dǎo)I、微帶探針2、波導(dǎo)窗3、調(diào)諧塊4和傳輸線5，其中矩形波導(dǎo)I的寬邊中心線上通過(guò)波導(dǎo)窗3插入若干個(gè)微帶探針2，微帶探針2置于矩形波導(dǎo)I主模TEltl模電場(chǎng)強(qiáng)度的最大處，且微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度與耦合的能量呈正比關(guān)系。相鄰兩個(gè)微帶探針2之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)或半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，在傳輸線5中對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)相鄰兩個(gè)微帶探針2之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)時(shí)，保證同相傳輸。如圖2所示為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的單元結(jié)構(gòu)示意圖，每個(gè)微帶探針2與矩形波導(dǎo)I內(nèi)部的兩個(gè)調(diào)諧塊4相對(duì)應(yīng)，兩個(gè)調(diào)諧塊4對(duì)稱(chēng)設(shè)置在矩形波導(dǎo)I的兩個(gè)寬邊的內(nèi)表面，且兩個(gè)調(diào)諧塊4所在的平面垂直于波導(dǎo)I的寬邊。調(diào)諧塊4用于匹配微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸，調(diào)諧塊4與對(duì)應(yīng)的微帶探針2之間距離的大小與微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度有關(guān)，微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊4與對(duì)應(yīng)的微帶探針2之間的距離越小，且調(diào)諧塊4為金屬材質(zhì)。調(diào)諧塊4的寬度L與微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度有關(guān)，一般微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊4的寬度L也越大。
通過(guò)調(diào)整微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度改變耦合量，可以實(shí)現(xiàn)任意功分比，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)諧塊4的尺寸(寬度L、厚度M)，以匹配微帶探針2插入波導(dǎo)引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸。傳輸線5與若干個(gè)微帶探針2連接，傳輸線5為微帶線、同軸線、帶狀線或懸置帶狀線、共面波導(dǎo)。微帶探針2可以采用同軸探針代替。矩形波導(dǎo)I中的能量通過(guò)波導(dǎo)窗3耦合到傳輸線5上。波導(dǎo)窗3窗口的尺寸需選擇適當(dāng)，以利于將能量集中在微帶上并抑制高次模耦合到傳輸線5上，同時(shí)窗口要有足夠的高度以避免影響微帶場(chǎng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的原理如下微帶探針2沿矩形波導(dǎo)I的電場(chǎng)方向插入微帶波導(dǎo)1，沿微帶探針2方向具有非零電場(chǎng)的波導(dǎo)模在探針表面激勵(lì)起電流，根據(jù)互易定理，當(dāng)微帶線上的準(zhǔn)TEM模電磁波向矩形波導(dǎo)I入射時(shí)產(chǎn)生的電流也同樣激勵(lì)起波導(dǎo)模。為了與矩形波導(dǎo)I的主模TEltl模耦合最緊，根據(jù)矩形波導(dǎo)I與微帶模式的電場(chǎng)分布特點(diǎn)，微帶探針2從波導(dǎo)的寬邊中心插入，置于TEltl模電場(chǎng)強(qiáng)度的最大處。但是微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I會(huì)引起很強(qiáng)的反射，對(duì)矩形波導(dǎo)I內(nèi)的行波場(chǎng)產(chǎn)生很大的擾動(dòng)。因此利用金屬膜片即調(diào)諧塊4放入矩形波導(dǎo)I后產(chǎn)生的反射波來(lái)抵消微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I引起的反射波，從而保證了矩形波導(dǎo)I內(nèi)部的行波傳輸。圖2是波導(dǎo)串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)單元模型，模型可視為一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，其中A口是輸入口，B、C 口是輸出口。以Ku頻段為例。本發(fā)明實(shí)施例中組成微帶探針2和傳輸線5的介質(zhì)基板選用rogers5880基片，厚度為O. 254mm。插入矩形波導(dǎo)I內(nèi)部的組成微帶探針2的基板寬4mm。微帶探針2穿過(guò)矩形波導(dǎo)I安裝，為基板定位提供保證。選取波導(dǎo)窗3長(zhǎng)7臟，寬2臟，高2. 4臟。50ohm傳輸線5寬度為O. 8臟。如圖3所示為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的單元S參數(shù)，是當(dāng)微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I深度為3mm時(shí)的各個(gè)端口的S參數(shù)。計(jì)算微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I不同深度時(shí)各個(gè)端口的功率分配，可以得到微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I不同深度與耦合功率的函數(shù)關(guān)系曲線，如圖4所示為本發(fā)明微帶探針伸入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度與耦合功率的關(guān)系曲線，由圖可知微帶探針2伸入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度越大，耦合功率越大。微帶探針2插入矩形波導(dǎo)I不同深度時(shí)要實(shí)現(xiàn)匹配對(duì)應(yīng)的調(diào)諧塊4的參數(shù)如圖5、圖6所示，圖5為本發(fā)明微帶探針伸入波導(dǎo)長(zhǎng)度與匹配調(diào)諧塊寬度L的關(guān)系曲線；圖6為本發(fā)明微帶探針伸入波導(dǎo)長(zhǎng)度與匹配調(diào)諧塊位置的關(guān)系曲線。由圖5可知微帶探針2伸入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊4的寬度L也越大。由圖6可知微帶探針2伸入矩形波導(dǎo)I的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊4與對(duì)應(yīng)的微帶探針2之間的距離越小。調(diào)諧塊4的厚度M選為O. 5mm。已知功分比，根據(jù)以上關(guān)系曲線就可以得到對(duì)應(yīng)的各部分結(jié)構(gòu)尺寸。
如當(dāng)功率分配相等時(shí)，對(duì)于串聯(lián)饋電，第i個(gè)端口的歸一化激勵(lì)幅度為=Ui = I/(N-i)，其中N為饋電端口總數(shù)。饋電功率Pi = UjUi.表I列出12個(gè)單元等功率分配時(shí)所對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)，12單元串聯(lián)形成13端口的網(wǎng)絡(luò)，仿真結(jié)果如圖7所示，圖7為本發(fā)明波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)(S參數(shù))，其中Sll為反射參數(shù)，S12 S113為傳輸參數(shù)。結(jié)果表明，S12 S113各端口 S參數(shù)基本相等，達(dá)到了等功率分配的目標(biāo)。表I
權(quán)利要求
1.任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括矩形波導(dǎo)(I)、微帶探針(2)、波導(dǎo)窗(3)、調(diào)諧塊(4)和傳輸線(5)，其中矩形波導(dǎo)(I)的寬邊中心線上通過(guò)波導(dǎo)窗(3)插入若干個(gè)微帶探針(2)，每個(gè)微帶探針(2)與矩形波導(dǎo)(I)內(nèi)部的兩個(gè)調(diào)諧塊(4)相對(duì)應(yīng)，所述兩個(gè)調(diào)諧塊(4)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在矩形波導(dǎo)(I)的兩個(gè)寬邊的內(nèi)表面，且兩個(gè)調(diào)諧塊(4)所在的平面垂直于波導(dǎo)(I)的寬邊，傳輸線(5)與若干個(gè)微帶探針(2)連接，通過(guò)調(diào)整微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度改變耦合量，以實(shí)現(xiàn)任意功分比，調(diào)諧塊(4)用于匹配微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述微帶探針(2)置于矩形波導(dǎo)(I)寬邊中心線上主模TElO模電場(chǎng)強(qiáng)度的最大處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述相鄰兩個(gè)微帶探針(2)之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)或半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，在傳輸線(5)中對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)相鄰兩個(gè)微帶探針⑵之間相距一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)時(shí)，為同相傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度與耦合的能量呈正比關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述調(diào)諧塊(4)的寬度L與微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度有關(guān)，微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊(4)的寬度L也越大。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述傳輸線(5)為微帶線、同軸線、帶狀線、懸置帶狀線或共面波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述微帶探針(2)可以采用同軸探針代替。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述調(diào)諧塊⑷與對(duì)應(yīng)的微帶探針(2)之間的距離的大小與微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度有關(guān)，微帶探針(2)插入矩形波導(dǎo)(I)的長(zhǎng)度越大，調(diào)諧塊(4)與對(duì)應(yīng)的微帶探針(2)之間的距離越小，且調(diào)諧塊(4)為金屬材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及任意功分比波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)，在矩形波導(dǎo)寬邊中心線上相隔一定距離插入若干微帶探針，通過(guò)調(diào)整微帶探針伸入矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度改變探針從波導(dǎo)中耦合的能量，從而實(shí)現(xiàn)任意功分比，微帶探針插入矩形波導(dǎo)會(huì)引起很強(qiáng)的反射，在微帶探針附近相應(yīng)位置緊貼波導(dǎo)的兩個(gè)寬邊對(duì)稱(chēng)放置兩個(gè)調(diào)諧塊，調(diào)節(jié)調(diào)諧塊的尺寸可以抵消探針插入波導(dǎo)引起的反射，保證波導(dǎo)內(nèi)主模的行波傳輸，本發(fā)明所述的波導(dǎo)串饋網(wǎng)絡(luò)可以和微帶、同軸、帶狀線和懸置帶狀線、共面波導(dǎo)等饋電網(wǎng)絡(luò)連接，起到簡(jiǎn)化整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，降低饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗等作用，可作為頻率較高的大規(guī)模微帶陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK102916252SQ20121039066
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者孟明霞, 丁曉磊, 丁克乾 申請(qǐng)人:北京遙測(cè)技術(shù)研究所, 航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司