本發(fā)明屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三十二路波導(dǎo)E面功分器。

背景技術(shù)：

功率分配器是現(xiàn)代通信中廣泛應(yīng)用的天饋器件，傳統(tǒng)的功率分配器有威爾金森、E-面波導(dǎo)型、H-面波導(dǎo)型等。威爾金森功分器剖面較低，具有小型化的優(yōu)勢，但是微帶傳輸線的功率容量較低以及介質(zhì)損耗較大，限制了其在大功率要求場合的應(yīng)用。波導(dǎo)功分器則以其低損耗、高功率容量和較寬的傳輸帶寬等優(yōu)良特性備受青睞，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星等大功率系統(tǒng)中。在波導(dǎo)功分器中：H-面功分器又因采用波導(dǎo)寬邊進(jìn)行分配，橫向尺寸較大，因此有不易小型化的缺陷。E-面功分器采用波導(dǎo)窄邊功率分配，兼具功率容量和小型化的優(yōu)點(diǎn)，更符合目前的設(shè)備小型化和緊湊化的需求。然而，傳統(tǒng)的E-面功分器存在著帶寬較窄、幅度起伏較大、各端口的相位一致性較差的問題，這在應(yīng)用至大功分比的功分器時(shí)，幅度起伏過大的問題尤為突出。是否能尋求一種兼具高寬帶、大功分比、幅度起伏小且相位一致性好的波導(dǎo)E面功分器，從而有效的提升多路功分器的幅度一致性和相位一致性，并同步解決大功分比功分器幅度起伏較大的問題和實(shí)現(xiàn)寬帶化的設(shè)計(jì)需求，為本領(lǐng)域技術(shù)人員近年來所亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的其中一個(gè)目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理而實(shí)用的三十二路波導(dǎo)E面功分器，其兼具高寬帶、大功分比、幅度起伏小且相位一致性好的優(yōu)點(diǎn)，可有效的提升目前三十二路功分器的幅度一致性和相位一致性，并同步解決大功分比功分器幅度起伏較大的問題和實(shí)現(xiàn)寬帶化的設(shè)計(jì)需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種三十二路波導(dǎo)E面功分器，包括兩組呈左右鏡像分布的十六路子功分器，兩組十六路子功分器的各輸出端口共同組合形成本功分器的基于泰勒分布的三十二個(gè)輸出端口；每組十六路子功分器均包括沿上述鏡像方向依次分布的一組不對(duì)稱布置的第一波導(dǎo)E面功分器和一組對(duì)稱布置的第二波導(dǎo)E面功分器，且兩組第二波導(dǎo)E面功分器相鄰布置；所述第一波導(dǎo)E面功分器為由不同功分比的E-T分支波導(dǎo)組合構(gòu)成的四級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)，第二波導(dǎo)E面功分器為三級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)且均由不同功分比的E-T分支波導(dǎo)組合構(gòu)成；第一波導(dǎo)E面功分器的最末一級(jí)E-T分支波導(dǎo)與前三級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置第一E面波導(dǎo)定向耦合器，第一波導(dǎo)E面功分器和第二波導(dǎo)E面功分器之間設(shè)置第二E面波導(dǎo)定向耦合器；第一E面波導(dǎo)定向耦合器的耦合端口C3連接第一波導(dǎo)E面功分器的前三級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端，而直通端口C2連接第一波導(dǎo)E面功分器的最末一級(jí)E-T分支波導(dǎo)的輸入端；第二E面波導(dǎo)定向耦合器的耦合端口C3連接第一E面波導(dǎo)定向耦合器的輸入端口C1，而直通端口C2連接第二波導(dǎo)E面功分器處的三級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端；本功分器還包括用于連接兩組十六路子功分器的第三E面波導(dǎo)定向耦合器，所述第三E面波導(dǎo)定向耦合器的耦合端口C3與直通端口C2分別連接第一E面波導(dǎo)定向耦合器和第二E面波導(dǎo)定向耦合器的輸入端口C1；

各E面波導(dǎo)定向耦合器均包括彼此平行的第一矩形波導(dǎo)和第二矩形波導(dǎo)，第一矩形波導(dǎo)和第二矩形波導(dǎo)的耦合面處設(shè)置耦合縫隙并以彼此平行的三道分支線形成兩波導(dǎo)間的E面耦合構(gòu)造；第一矩形波導(dǎo)兩端分別設(shè)置輸入端口C1和直通端口C2，第二矩形波導(dǎo)兩端分別設(shè)置隔離端口C4和耦合端口C3，且輸入端口C1與隔離端口C4彼此同端；第二矩形波導(dǎo)上的耦合端口C3和與該耦合端口C3最相近的分支線之間的波導(dǎo)段處設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)寬帶補(bǔ)相功能的階梯段，所述階梯段由第二矩形波導(dǎo)上的相對(duì)耦合面的兩側(cè)板面呈階梯狀分布構(gòu)成；階梯段包括兩組三段式階梯結(jié)構(gòu)，且該兩段三段式階梯結(jié)構(gòu)的窄端彼此連接。

每個(gè)E-T分支波導(dǎo)處均設(shè)置有一對(duì)矩形凹口，矩形凹口分布于每個(gè)E-T分支波導(dǎo)上的分支臂與兩條端臂的直角結(jié)合處，且該矩形凹口由兩端臂的相應(yīng)面鉛垂凹設(shè)形成。

各E-T分支波導(dǎo)上的L形拐角處均設(shè)置外倒角狀的切角。

所述第一E面波導(dǎo)定向耦合器的耦合度為3.38dB；第二E面波導(dǎo)定向耦合器的耦合度為8.18dB，第三E面波導(dǎo)定向耦合器10c的耦合度為3dB。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明一方面采用E-T分支波導(dǎo)作為基礎(chǔ)框架，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同功分比實(shí)現(xiàn)起來較為簡單；另一方面，通過采用基于泰勒分布的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得不同的幅度加權(quán)方式得到了很好的實(shí)現(xiàn)。更為重要的是，本發(fā)明通過采用帶有寬帶補(bǔ)相特性的E面波導(dǎo)定向耦合器，使用時(shí)，依靠調(diào)節(jié)三道彼此平行的分支線的寬度，該寬度方向平行第一矩形波導(dǎo)長度方向，即可實(shí)現(xiàn)不同的耦合度調(diào)整目的。具體而言，通過調(diào)節(jié)具有寬帶補(bǔ)相特性的階梯段處的波導(dǎo)寬邊，也即階梯段處階梯的寬度大小和長度大小，即可確保耦合器直通端和耦合端的相位一致性。本耦合器結(jié)構(gòu)簡單而緊湊度高、易于加工、頻帶寬、損耗低、功率分配一致性好，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)大功分比處的設(shè)計(jì)性能得到了更好的保證，并有效的降低了幅度的起伏，同時(shí)也能有效的保證各端口相位的一致性。整個(gè)一分三十二的波導(dǎo)功分器輸入端口VSWR較低，各輸出端口幅度起伏較小，相位誤差在±2°以內(nèi)，達(dá)到了很好的一致性要求，整個(gè)功分網(wǎng)絡(luò)可普遍適用于大功率的雷達(dá)、衛(wèi)星等系統(tǒng)中。

2)、“兩組第二波導(dǎo)E面功分器相鄰布置”，也即本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，中間采用兩組對(duì)稱分布的一分八路功分器，外側(cè)采用兩組不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的一分八路功分器。上述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是在保證各端口的能量按泰勒-30dB的幅度加權(quán)進(jìn)行分布的前提下，使各級(jí)功分器的功分比更加合理化，盡量避免出現(xiàn)大功分比的情況。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能有效減小各級(jí)功分器的設(shè)計(jì)難度及由大功分比引起的帶內(nèi)幅度波動(dòng)，最終可進(jìn)一步的降低了工作帶寬內(nèi)的幅度起伏，并有效的實(shí)現(xiàn)各端口的幅度加權(quán)特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1左側(cè)處的十六路子功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2左側(cè)處也即第一波導(dǎo)E面功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖2右側(cè)處也即第二波導(dǎo)E面功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是E-T分支波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是E面波導(dǎo)定向耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的階梯段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的幅度分布網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖9是本發(fā)明的VSWR測試圖；

圖10是本發(fā)明的各端口幅度曲線測試圖；

圖11是本發(fā)明的各端口相位曲線測試圖。

附圖中各標(biāo)號(hào)與本發(fā)明的各部件名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

a-十六路子功分器

10a-第一E面波導(dǎo)定向耦合器 10b-第二E面波導(dǎo)定向耦合器

10c-第三E面波導(dǎo)定向耦合器

11-第一矩形波導(dǎo) 12-第二矩形波導(dǎo) 13-分支線 14-階梯段

21-矩形凹口 22-切角

30-第一波導(dǎo)E面功分器 40-第二波導(dǎo)E面功分器

具體實(shí)施方式

為便于理解，此處結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)及工作流程作以下描述：

本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，如圖1-4所示，此功分器主要由三個(gè)部分組成：位于圖1左側(cè)的一分十六的十六路子功分器a、位于圖1右側(cè)的一分十六的十六路子功分器a和帶有寬帶補(bǔ)相特性的第三E面波導(dǎo)定向耦合器10c；兩組十六路子功分器a在結(jié)構(gòu)上是左右鏡像關(guān)系。第三E面波導(dǎo)定向耦合器10c的耦合度為3dB，第三E面波導(dǎo)定向耦合器10c的耦合端口及直通端口與上述兩組十六路子功分器a處的第二E面波導(dǎo)定向耦合器的輸入端口間均以直波導(dǎo)進(jìn)行連接。

十六路子功分器a的具體組成和連接結(jié)構(gòu)為：

第一波導(dǎo)E面功分器30，如圖2-3所示，由六個(gè)不同功分比的E-T分支波導(dǎo)和一個(gè)具有寬帶補(bǔ)相特性的第一E面波導(dǎo)定向耦合器10a組成。整個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)共有四級(jí)，前三級(jí)的五個(gè)E-T分支波導(dǎo)彼此形成不對(duì)稱功分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而最末一級(jí)的E-T分支波導(dǎo)的輸入端與前三級(jí)的功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端間以第一E面波導(dǎo)定向耦合器10a連接。第一E面波導(dǎo)定向耦合器10a的耦合度為3.38dB。

第二波導(dǎo)E面功分器40如圖2和圖4所示，由七個(gè)不同功分比的E-T分支波導(dǎo)組成，拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)共有三級(jí)且形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

第二E面波導(dǎo)定向耦合器10b用于連接第一波導(dǎo)E面功分器30和第二波導(dǎo)E面功分器40，其耦合度為8.18dB。

具有寬帶補(bǔ)相特性的E面波導(dǎo)定向耦合器，則如圖6和圖7所示，其中：C1為該耦合器的輸入端口，C2為直通端口，C3為耦合端口，C4為隔離端口。使用時(shí)，通過連接第一矩形波導(dǎo)11和第二矩形波導(dǎo)12的耦合面的三道分支線13的寬度，可實(shí)現(xiàn)不同的耦合度調(diào)節(jié)。而用于實(shí)現(xiàn)寬帶補(bǔ)相的階梯段14的平面結(jié)構(gòu)如圖6所示，因?yàn)橹蓖ǘ丝贑2和耦合端口C3之間存在90°的相位差，所以采取改變波導(dǎo)寬邊a的寬度使其階梯過渡到a2、a1的寬度，并通過同步的調(diào)節(jié)相應(yīng)段的長度L和△L來實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償，最終可確保直通端口C2和耦合端口C3的相位一致性。經(jīng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后，可選取各值如下：a1＝19.86mm，a2＝20.86mm，L＝8mm，△L＝15mm。

對(duì)于組成上述各功分器的子單元的E-T分支波導(dǎo)，如圖5所示，當(dāng)能量從分支臂的輸入端口輸入時(shí)，通過調(diào)節(jié)矩形凹口21的寬度和高度，使得位于兩端臂處的兩輸出端口輸出不同的能量，即可實(shí)現(xiàn)功分網(wǎng)絡(luò)的幅度分布調(diào)節(jié)。

十六路波導(dǎo)E面功分器的幅度加權(quán)分布可如圖8所示，通過該幅度的加權(quán)分布，可以使與其配套的天線實(shí)現(xiàn)-30dB的副瓣設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低副瓣的設(shè)計(jì)要求。

采用上述幅度加權(quán)分布及結(jié)構(gòu)尺寸來制作本發(fā)明的測試件，對(duì)測試件的輸入口s0的電壓駐波比進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖9所示：從圖9中可以看出在9.0～9.6GHz頻段范圍內(nèi)，該功分器的駐波＜1.4，實(shí)現(xiàn)了較好的阻抗匹配特性。對(duì)測試件的各輸出端口s1-s32在其工作頻段9.0～9.6GHz內(nèi)的幅度和相位進(jìn)行測試，測試結(jié)果分別如圖10和圖11所示：從圖10可以看出，各輸出端口(s1-s32)的幅度波動(dòng)＜±0.5dB，實(shí)現(xiàn)了較好的幅度分布設(shè)計(jì)；從圖11可以看出，各輸出端口(s1-s32)的相位誤差＜±2°，實(shí)現(xiàn)了良好的相位一致性需求。