CN118017185B - 一种宽带矩形-脊波导功分转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带矩形‑脊波导功分转换器，其包括设置在矩形波导上方的脊波导，脊波导的传输方向与矩形波导的宽边方向一致，脊波导的脊高方向与矩形波导的传输方向一致，矩形波导的上端与脊波导的单侧下底面连通，脊波导的脊与波导壁之间设置一个短路销钉。本发明利用调节单个短路销钉在脊波导壁与脊之间的短路位置，实现了功分器的阻抗匹配和功率分配，克服了现有技术结构复杂不易加工、工作带宽窄、频带内反射损耗高的难题。本发明的功分转换器结构简单，降低了制造成本，提高了功分转换器的结构稳定性，在频带内表现出更低的反射损耗。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及天线技术领域中的一种宽带矩形-脊波导功分转换器。本发明可用于构建波导类天线中的馈电网络，例如单脊波导缝隙天线。
背景技术
波导类天线具有损耗低、辐射效率高、结构紧凑、可靠性高等优点，常见的波导类天线有单脊波导缝隙天线和窄边波导缝隙天线，广泛应用于微波通信及雷达系统中。常规的H面T形结能够对窄边波导缝隙天线进行馈电以及功率分配，该功分器分口和总口波导都为矩形波导。而对于单脊波导缝隙天线，其馈电网络的构建成为天线设计的难点。矩形波导相较脊波导具有更高的功率容量、更低的损耗，同时在重量以及加工难度有一定优势，因此矩形-脊波导功分转换器的设计具有重要意义。这种设计可以通过矩形波导口进行馈电，通过功率分配后转换为脊波导口，同时完成了矩形波导到脊波导的转换以及对微波能量的功率分配，且总馈电波导口位于分输出波导口下方，从而避免馈电层占用辐射层空间。有望在提高功分器性能的同时，满足系统要求，为微波通信和雷达系统的进一步发展提供重要支持。
汪伟在其发表的论文“宽带印刷天线与双极化微带及波导缝隙天线阵”(上海大学博士学位论文，2005年)中提出了一种半高波导窄边T接头式功分器。该功分器采用矩形波导H面与单脊波导构成的T形结构作为第二级功分器，激励两个子阵，通过引入一对梯形膜片至功分器输出端口，成功解决了单脊波导无法激励起TE10模的问题，功分器的总输入端口采用矩形波导。在9-11GHz频带范围内，该设计实现了端口反射损耗小于-10dB，同时保持了两个输出端的不平衡度在±0.15dB范围内。尽管取得了显著的成果，但该功分器依然存在的不足之处是，该功分器结构较为复杂，梯形膜片位于功分器内部，导致加工和安装困难，且功分器的带宽较窄，无法满足宽带天线系统的使用需求。
安徽四创电子股份有限公司在其申请的专利文献“一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器”(申请号201510564579.9，申请公布号CN 105140611 A)中公开了一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器。该功分器包括馈电口、第一分端口和第二分端口，其中馈电口位于一侧，第一分端口和第二分端口并列位于另一侧；馈电口的脊的内端、第一分端口的脊的内端和第二分端口的脊的内端之间由T形块连接，与T形块的顶部对应的脊波导功分器的共公内壁上设有金属膜片。该功分通过金属膜片通过金属膜片获得馈电口匹配，在空间尺寸十分有限的条件下，可以实现双端口间4:1以上的功分比，解决了脊波导双极化缝隙阵中合成网络设计中的一大难题。但是，该功分器仍然存在的不足之处是，该功分器的馈电口、以及两个分端口都为脊波导口，仅完成微波能量分配，而没有完成波导类型的转换。且该功分器的馈电口与分端口位于同层，无法满足波导缝隙天线的行馈单元要求功分器馈电波导口位于辐射波导的下层的使用需求。
因此当前微波技术领域亟需解决的问题之一是设计一种宽带、结构简单、易于加工和安装的矩形-脊波导功分转换器。这样的设计有望提高功分器的性能，同时满足宽带天线系统对于简化结构和易于安装的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种宽带矩形-脊波导功分转换器。用于解决传统功分转换器工作带宽窄，频带内反射损耗高，结构复杂，无法应用于低成本高性能的宽带天线系统的问题。
实现本发明目的的思路是，本发明将脊波导设置在矩形波导的上方，脊波导的传输方向与矩形波导的宽边方向一致，脊波导的脊高方向与矩形波导的传输方向一致。矩形波导的一端与脊波导的单侧下底面连通，在脊波导的脊与波导壁之间仅设置一个短路销钉，调节短路销钉沿脊波导截面方向的短路位置，实现功分器的匹配，通过调节短路销钉沿脊波导传输方向的偏移距离，控制功分器的功分比。规避了现有技术需要在功分器内部设置两个梯形膜片，结构复杂不易加工的问题。本发明将功分转换器矩形波导口的另外一端为功分转换器的总输入端口，脊波导口两侧的波导口作为分输出端口，同时完成波导类型的转换以及微波能量的分配，并且通过控制短路销钉的短路位置调节功分器的功分比以及匹配，实现较宽的工作带宽，其驻波小于2的相对带宽达到43.6％，在频带内表现出更低的反射损耗，以此解决了现有技术工作带宽窄，频带内反射损耗高的问题。
为实现上述目的，本发明技术方案是这样实现的：
本发明的宽带矩形-脊波导功分转换器，包括设置在矩形波导2上方的脊波导1，所述脊波导1的传输方向与矩形波导2的宽边方向一致；脊波导1的脊高方向与矩形波导2的传输方向一致；矩形波导2的上端与脊波导1的单侧底面连通；所述脊波导2的脊与波导壁之间设置一个短路销钉6。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一，本发明仅利用调节单个短路销钉在脊波导壁与脊之间的短路位置即可实现功分器的阻抗匹配和功率分配，克服了现有技术结构复杂不易加工的问题，使得本发明在降低制造成本的同时提高了结构稳定性，以适用于低成本高性能天线系统的应用场景。此独特设计不仅简化了制造流程，还减少了部件数量，进一步降低了制造成本，提高了制造效率。
第二，本发明将矩形波导口与脊波导单侧下底面连通，并通过短路销钉调节匹配，具有较宽的工作带宽，其驻波小于2的相对带宽达到43.6％，在频带内表现出更低的反射损耗，克服了现有技术工作带宽窄，频带内反射损耗高的问题，使得本发明在提升工作带宽的同时提升天线系统的稳定性和可预测性，从而满足了对于宽带高性能天线系统的使用需求，使本发明的功分转换器成为宽带无线通信和雷达领域波导类天线馈电网络的理想选择。
附图说明
图1是本发明的矩形-脊波导功分转换器整体外观结构示意图；
图2是本发明的矩形-脊波导功分转换器整体透视结构示意图；
图3是本发明的矩形-脊波导功分转换器侧视图；
图4是本发明的矩形-脊波导功分转换器总口驻波曲线图；
图5是本发明的矩形-脊波导功分转换器传输幅度曲线图；
图6是本发明的矩形-脊波导功分转换器传输相位曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
本发明实例的应用场景是波导类天线的馈电网络，即连接由波导结构作为辐射元件的天线与馈电源之间的网络。
参照图1，对本发明的矩形-脊波导功分转换器的整体结构做进一步的描述。
本发明包括设置在矩形波导2上方的脊波导1。其中脊波导1沿x轴方向放置，与矩形波导2的宽边方向一致，脊波导1的脊高方向与矩形波导2的传输方向一致，为z轴方向，脊波导1的脊位于脊波导的底壁上，矩形波导2的下端为功分转换器的总输入端口3，脊波导1两侧的波导口分别为功分转换器的一个分输出端口4与另一个分输出端口5。脊波导1、矩形波导2、短路销钉6均采用金属材料构成。
参照图2，对本发明的矩形-脊波导功分转换器的内部结构做进一步的描述。图2中的脊波导1的脊位于脊波导的底壁上。矩形波导2的上端与脊波导1的单侧底面连通，脊波导2的脊与波导壁之间设置一个短路销钉6，短路销钉6为金属圆柱。通过调节短路销钉6沿脊波导1截面方向的短路位置，实现矩形-脊波导功分转换器的匹配。
本发明实施例的使用场景中矩形-脊波导功分转换器的短路短路销钉6沿脊波导1的传输方向上位于矩形波导中心所在的窄边截面上，矩形-脊波导功分转换器为等功率分配，两个分输出端口功率、相位一致。在其他使用场景中，可通过调节短路销钉6沿脊波导1传输方向的偏移距离调节矩形-脊波导功分转换器的功分比。
参照图3，对本发明的矩形-脊波导功分转换器的侧面结构做进一步的描述。在本发明实施例的场景中脊波导宽10mm高10mm，脊波导中的脊宽3mm高7mm，矩形波导宽边20mm窄边3.5mm，工作中心频率为10.13GHz。图3中的矩形波导2的窄边宽度与脊波导1的单侧底面宽度一致，短路销钉6连接脊波导1的波导上顶面与脊的上顶面。在其他使用场景中，根据脊波导截面尺寸与矩形波导截面尺寸以及功分器工作频率，矩形波导2窄边尺寸可以与脊波导1单侧底面宽度不一致，但需要确保脊波导1的单侧下底面与矩形波导2的上侧接通。根据功分器匹配效果，短路销钉6可位于脊波导1的波导上顶面与脊的上顶面或者位于脊波导1的波导左侧面与脊的左侧面或者位于脊波导1的波导右侧面与脊的右侧面的任意位置。
本发明的效果可通过以下仿真实验进一步说明。
一、仿真条件
利用High Frequency Structure Simulator仿真软件仿真如图2所示的矩形-脊波导功分转换器。
二、仿真内容
仿真1：将图2所示的矩形-脊波导功分转换器带入仿真软件进行仿真，得到如图4所示的总输入端口驻波随频率变化曲线。
从图4可见，本发明的矩形-脊波导功分转换器驻波在2以下的频率范围为7.92～12.34GHz，相对带宽43.6％。可见，本发明的矩形-脊波导功分转换器具有良好的宽带特性。
仿真2：将图2所示的矩形-脊波导功分转换器带入仿真软件进行仿真，得到如图5所示的两个分输出端口到总输入端口的传输幅度随频率变化曲线。
从图5可见，由于本发明实施例关于矩形波导中心所在的窄边截面轴对称，本发明的矩形-脊波导功分转换器两个分口到总口的传输幅度随频率变化曲线完全重合。可见，本发明的矩形-脊波导功分转换器在频带范围内具有良好的功率分配特性。
仿真3：将图2所示的矩形-脊波导功分转换器带入仿真软件进行仿真，得到如图6所示的两个分输出端口到总输入端口的传输相位随频率变化曲线。
从图6可见，由于本发明实施例关于矩形波导中心所在的窄边截面轴对称，本发明的矩形-脊波导功分转换器两个分口到总口的传输相位随频率变化曲线完全重合。可见，本发明的矩形-脊波导功分转换器在频带范围内具有良好的相位分配特性。
上述仿真结果表明，本发明的矩形-脊波导功分转换器驻波在2以下的相对带宽为43.6％，具有良好宽带特性，且具有良好的功率以及相位分配特性。
Claims (8)
1.一种宽带矩形-脊波导功分转换器，包括设置在矩形波导(2)上方的脊波导(1)，其特征在于：所述脊波导(1)的传输方向与矩形波导(2)的宽边方向一致；脊波导(1)的脊高方向与矩形波导(2)的传输方向一致；矩形波导(2)的上端与脊波导(1)的单侧底面连通；所述脊波导(2)的脊与波导壁之间设置一个短路销钉(6)；
所述脊波导(1)两侧的波导口分别为功分转换器的一个分输出端口(4)与另一个分输出端口(5)；
所述脊波导(1)的脊位于脊波导的底壁上。
2.根据权利要求1所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述矩形波导(2)的下端为功分转换器的总输入端口(3)。
3.根据权利要求1所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述短路销钉(6)可采用圆柱、方柱、矩形片中的任意一种形式。
4.根据权利要求1所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述短路销钉(6)沿脊波导(1)截面方向的短路位置是根据功分转换器的阻抗匹配确定的。
5.根据权利要求1所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述脊波导(1)、矩形波导(2)、短路销钉(6)均采用金属材料构成。
6.根据权利要求1所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述短路销钉(6)沿脊波导(1)传输方向的偏移距离是根据所述功分转换器的功分比确定的。
7.根据权利要求6所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述短路销钉(6)沿脊波导(1)的传输方向上位于矩形波导中心所在的窄边截面上时，矩形-脊波导功分转换器为等功率分配。
8.根据权利要求6所述的一种宽带矩形-脊波导功分转换器，其特征在于：所述短路销钉(6)沿在脊波导(1)的传输方向上不在矩形波导中心所在的窄边截面上时，矩形-脊波导功分转换器为不等功率分配。
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| CN105680138A (zh) * | 2014-11-20 | 2016-06-15 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种小型化宽频带的波导功分器 |
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