CN103779634A - 一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的新方法，包括以下步骤：步骤1：电磁波由标准矩形波导输入，由阶梯渐变矩形波导过渡到扩展矩形波导，经过耦合分段波导后等功分为四路电磁波进行分配与传输；步骤2：所述四路电磁波中的每一路分别经过一路双端渐变脊波导后由标准矩形波导输出。采用上述方案，波导内置双端渐变且高度可调节的渐变脊，通过调节渐变脊在波导内的高度及长度，可灵活的解决阵列收发系统中各路波导传输过程中等相或相移差的问题。

Description

一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法

技术领域

本发明属于波导内电磁波相位调节技术领域，尤其涉及的是一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法。 

背景技术

矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且它是封闭结构，可以避免外界的干扰和辐射损耗。因为电磁波在波导内的空气中传播，且金属壁均为高电导率的良导体，其介质损耗和导体损耗均非常小，因此在微波毫米波雷达、制导及通信等系统中，矩形波导已成为广泛应用的导波结构。如图1-图2所示为一个微波毫米波多路收发系统中广泛应用的四路矩形波导功率分配与合成传输结构。该结构作为多路阵列接收系统时，电磁波首先由端口1输入，然后进入矩形波导及渐变扩展波导，再通过四个分支波导通路分别输出。为了提高电磁信号的分配与合成效率，四路通道，通道1至通道2、通道1至通道3、通道1至通道4与通道1至通道5间的相位一致性必须高度一致，从而四路矩形波导通路的电长度就必须做到相等，这时通道2、通道3、通道4、通道5四个端口就不能保证在同一个平面内，增大了结构加工难度和装配复杂度，导致整个结构的物理尺寸增大，通路上电磁能量损耗也随之增大，这样将严重影响电磁信号的收发效率。 

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种利用 渐变脊调节波导内电磁波相位的方法。 

本发明的技术方案如下： 

一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，包括以下步骤： 

步骤1：电磁波由标准矩形波导输入，由阶梯渐变矩形波导过渡到扩展矩形波导，经过耦合分段波导后等功分为四路电磁波进行分配与传输； 

步骤2：所述四路电磁波中的每一路分别经过一路双端渐变脊波导后由标准矩形波导输出。 

所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，所述双端渐变脊波导由一个双端直线渐变中间水平的金属脊与调谐脊组成。 

所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，所述双端渐变脊波导上所述调谐脊上设置有可调整渐变脊高度的调谐螺钉。 

所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，所述调谐脊及所述调谐螺钉的一体化设置。 

所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，所述四路双端渐变脊波导形状及大小相一致。 

采用上述方案： 

1、波导内的相位特性调节方便、相位调节精度高：通过手动改变双端渐变脊在波导内的长度及高度，利用脊波导的相移常数大于同尺寸矩形波导的相移常数，可灵活实现各路波导通道内的等相或相位差的调节，而脊波导加工及组装公差并不会导致驻波恶化，通道相位调节精度更易得到保证。 

2、电磁波损耗低、收发效率高：波导传输通道内增加了双端渐变脊波导，改变了传输特性，大大降低了微波毫米波能量在波导内的传输损耗，有效地提高了大规模阵列通道中能量传输与接收效率。 

3、结构紧凑，便于应用：本技术采用波导内增加可调节高度及长度的双端渐变脊，缩短了通路传输长度，减小了结构尺寸，加工装配简单、成 本较低，具有很强的工程实用性。 

附图说明

图1为现有技术中的波导功率分配与合成传输结构侧视图。 

图2为现有技术中的波导功率分配与合成传输结构俯视图。 

图3为传统的矩形波导结构示意图。 

图4为单脊波导结构示意图。 

图5为本发明渐变脊调节相位的结构侧视图。 

图6为本发明渐变脊调节相位的结构俯视图。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。 

实施例1 

如图3所示为传统的矩形波导结构示意图，其横截面为矩形的空金属腔，图中a和b分别为矩形波导的宽边与窄边尺寸。图4为单脊波导结构示意图，在宽边与窄边同为a与b的情况下，内部加入了一个宽度为s，高度为h的金属脊。 

针对与矩形波导在实际工程中所采用的主模TE10模，其相移常数β为，公式一： 

$\mathrm{\β}=\sqrt{k^2-{\left(\frac{\mathrm{\π}}{a}\right)}^2}$

对应地，在脊波导中传输的TE10模的相移常数β'为，公式二： 

${\mathrm{\β}}^{\′}=\sqrt{k^2-t\·{\left(\frac{\mathrm{\π}}{a-s}\right)}^2}$

其中， $t=1+(\frac{4}{\mathrm{\π}}+\frac{8b}{5(a-s)})\·\frac{2b}{a-s}\·1n\csc \frac{\mathrm{\πd}}{2b}+(2.45+\frac{s}{5a})\·\frac{\mathrm{sb}}{d(a-s)}$

由公式一与公式二可以看出，在a与b相同的情况下，脊波导与矩形波导相比，其相移常数随着脊的高度的增加而增大，因此通过调节矩形波导内金属脊的高度及长度，从而达到改变电磁波在波导内相位特性的目的。 

本发明提出了一种利用双端渐变脊调节波导内电磁波相位的新方法，该方法采用了波导内增加可调节渐变脊的结构方案。如图5至图6所示为一个四路等功分矩形波导传输系统，在该结构中，电磁波首先由标准矩形波导11输入，由阶梯渐变矩形波导12过渡到扩展矩形波导13，经过耦合分段波导14等功分为四路电磁波进行分配与传输，分出的每一路信号支路经过双端渐变脊波导15后由标准矩形波导16输出。其中双端渐变脊波导15主要由一个双端直线渐变中间水平的金属脊17与调谐脊19组成，渐变脊下部集成了可调整脊高度的调谐螺钉18。利用调谐螺钉18调节金属脊17高度时，金属脊17距离矩形波导上表面的缝隙要大于0.1mm，金属脊17与调谐脊19的宽度要小于波导宽边尺寸，调谐螺钉18为标准Φ1.6mm螺钉。 

双端渐变脊是一个基于阵列收发系统的独立结构，通过灵活调整渐变脊在波导内部的长度及高度，利用脊波导的相移常数大于同尺寸矩形波导的相移常数，可以方便的解决阵列接收系统中各路波导传输中的等相或相移差的问题。采用该方法后，电磁波能量可在阵列系统中高效的传输与接收，该方法不但有效地解决了各通道内的相位问题，降低了传输损耗，并且大大缩小了结构尺寸，保证了结构中端口的一致性。该方法所采用的波导内增加可调节渐变脊的方案适用频率范围可覆盖微波毫米波多个频段，且可根据不同的工程要求灵活设计与调节渐变脊。 

该方法充分利用了脊波导的相移常数大于同尺寸矩形波导的相移常数这一规律，通过在波导内增加双端渐变脊的形式，借助于调节渐变脊在波导内的高度及长度的方法，达到了灵活改变各通道间的电磁波相位特性的目的。另外，最大限度的降低传输通道内的输入输出驻波比、减小每个波导通道内的插入损耗，也是所有大规模波导阵列收发通路提高传输效率必 须克服的另一关键技术，本发明所提出的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，实现了电磁场能量在波导内的高效等相位传输，缩短了通路传输长度，减小了结构尺寸，因此，有效地降低了电磁波传输的通路损耗。 

实施例2 

在上述实施例的基础上，进一步说明，本发明提供一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，包括以下步骤： 

步骤1：电磁波由标准矩形波导11输入，由阶梯渐变矩形波导12过渡到扩展矩形波导13，经过耦合分段波导14后等功分为四路电磁波进行分配与传输； 

步骤2：所述四路电磁波中的每一路分别经过一路双端渐变脊波导15后由标准矩形波导16输出。 

所述的双端渐变脊波导15由一个双端直线渐变中间水平的金属脊17与调谐脊19组成。 

进一步而言，所述的双端渐变脊波导15上所述调谐脊19上设置有可调整渐变脊高度的调谐螺钉18。 

所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其中，所述的调谐脊19及所述的调谐螺钉18的一体化设置。 

所述的四路双端渐变脊波导形状及大小相一致。 

采用上述方案： 

1、波导内的相位特性调节方便、相位调节精度高：通过手动改变双端渐变脊在波导内的长度及高度，利用脊波导的相移常数大于同尺寸矩形波导的相移常数，可灵活实现各路波导通道内的等相或相位差的调节，而脊波导加工及组装公差并不会导致驻波恶化，通道相位调节精度更易得到保证。 

2、电磁波损耗低、收发效率高：波导传输通道内增加了双端渐变脊波导，改变了传输特性，大大降低了微波毫米波能量在波导内的传输损耗， 有效地提高了大规模阵列通道中能量传输与接收效率。 

3、结构紧凑，便于应用：本技术采用波导内增加可调节高度及长度的双端渐变脊，缩短了通路传输长度，减小了结构尺寸，加工装配简单、成本较低，具有很强的工程实用性。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (5)

1.一种利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：电磁波由标准矩形波导输入，由阶梯渐变矩形波导过渡到扩展矩形波导，经过耦合分段波导后等功分为四路电磁波进行分配与传输；

步骤2：所述四路电磁波中的每一路分别经过一路双端渐变脊波导后由标准矩形波导输出。

2.如权利要求1所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其特征在于，所述双端渐变脊波导由一个双端直线渐变中间水平的金属脊与调谐脊组成。

3.如权利要求2所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其特征在于，所述双端渐变脊波导上所述调谐脊上设置有可调整渐变脊高度的调谐螺钉。

4.如权利要求3所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其特征在于，所述调谐脊及所述调谐螺钉的一体化设置。

5.如权利要求1所述的利用渐变脊调节波导内电磁波相位的方法，其特征在于，所述四路双端渐变脊波导形状及大小相一致。

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