CN104269598B - 一种Ka频段波导功率分配网络 - Google Patents

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Abstract

一种用于Ka频段的波导功率分配网络，包括多个波导E面T形结构级联而成；其中每级波导E面T形结构又包括输入波导，输出波导，调谐结构和调谐台阶；前一级波导E面T形结构的输出端连接后一级波导E面T形结构的输入端；输入波导以一定形式与输出波导相互连接，并且输出波导两端关于其与输入波导的连接处中心对称；调谐结构为位于输出波导表面的凹陷结构，其位于输出波导与输入波导连接位置对侧的表面上；调谐台阶位于输出波导端口的表面，并且位于调谐结构所在的输出波导表面一侧；每级波导E面T形结构工作在主模模式；调谐结构为立方体凹陷结构；调谐台阶为立方体结构。本发明具有两段边频的驻波特性好的特点。

Description

一种Ka频段波导功率分配网络
技术领域
本发明涉及一种Ka频段波导功率分配网络，可用于Ka频段动中通阵列天线中的工作频段跨超宽频带的场合，属于微波器件技术领域。
背景技术
目前，应用Ka频段的卫星通信技术拥有其他频段不具备的优势，如相比于传统的Ku频段通信卫星，Ka频段卫星能够支持的通信节点数量远远大于Ku频段。而且，Ka频段通信卫星具有4倍于Ku频段卫星的通信带宽。工作于Ka频段的通信卫星采用点波束后，单个点波束能够覆盖250km～1000km半径的区域，能够提供10～25倍的频率复用，能够支持更小巧的终端设备。因此，一颗Ka频段通信卫星具备相当于20～30颗普通通信卫星的能力。
Ka频段的动中通的收发频段一般跨较大的带宽，工作频段组合较多，这就需要天线具有相应的跨宽频带工作的能力。天线辐射单元一般可以跨较宽的频带，主要限制就在功分网络上面。目前见诸报道的Ka频段的功分网络一般都是单频工作，以其较大的带宽来尽量覆盖通信所使用的频段。但对于Ka频段的卫星通信领域，可分配频带较宽，具体工作频段机动性较大，常规的功率分配网络难以满足工作需要。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种Ka频段波导功率分配网络，本发明通过对波导E面T形结的优化，使得Ka频段波导功率分配网络驻波响应曲线为一个开口向下的抛物线状，中间高、两侧低，多级波导E面T形结级联后，整个波导功分网络具有两段边频的驻波特性好的特点。
本发明的技术解决方案：
一种Ka频段波导功率分配网络，其特征在于包括：多个波导E面T形结构级联而成；其中每级波导E面T形结构又包括输入波导，输出波导，调谐结构；
前一级波导E面T形结构的输出端连接后一级波导E面T形结构的输入端；
输入波导以一定形式与输出波导相互连接，并且输出波导两端关于其与输入波导的连接处中心对称；
调谐结构为位于输出波导表面的凹陷结构，其位于输出波导与输入波导连接位置对侧的表面上；所述调谐结构为立方体凹陷结构
每级波导E面T形结构工作在主模模式。
所述输入波导与输出波导相互连接的形式分为三种：
(a)所述输入波导为立方体结构，输入波导与输出波导垂直连接，并在输出波导端口的表面添加调谐台阶，调谐台阶位于调谐结构所在的输出波导表面一侧；所述调谐结构的长约为一个波长，高约为十分之一波长，宽为输出波段宽度；所述调谐台阶的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；
(b)所述输入波导为异形结构，其外轮廓线由两段相互外切的四分之一圆弧连接组成；同时在输出波导与输入波导的连接位置加入新的调节结构；所述调谐结构的长约为二分之一波长，高约为十分之一波长，宽为输出波段宽度；所述调节结构的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；
(c)所述输入波导梯形结构，输入波导以非垂直的角度与输出波导相互连接；所述调节结构的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；所述调节结构的长约为二十分之一波长，宽为输出波段宽度，高约为二十分之一波长。
本发明相对于现有技术的有益效果：
(1)本发明多级波导E面T形结级联组成的组成网络，具有在整个覆盖的频段上边频响应良好，中心频段响应较差的特性，能够满足Ka频段卫星通信系统的工作需求。
(2)本发明的整个功率分配网络由波导E面T形结级联而成，结构简单，同时整个网络的调谐量均由侧壁上凹陷的调谐结构或者突出的调谐台阶调节，不包含探针、膜片等加工难度高的机械结构，使得本发明加工简单，节省了成本，实用性大大增强。
(3)本发明的整个波导网络工作在主模式，可以在宽边中心线处切开进行基于机铣工艺加工，切开后的波导结构依靠螺钉结构连接，而不会影响波导网络的电性能。
(4)本发明的输入波导可以采用异形处理，当排布网络空间有限时，可以对网络的各部分进行弯折、弯曲等处理方式，大大节省了设计空间，提高了适应性；同时采用异形处理时增加新的调谐结构，能够适应多种结构，通用性更强，。
(5)本发明在波导输出端口可以根据需求进行动态调整，该调整所引起的影响采用调节台阶和调谐结构进行调整，这样该网络就可以适用于多种应用。
(6)本发明的波导功率分配网络，当采用弯曲异形处理时，通过增加新的调节结构，既可以做成等幅功分，做成不等幅功分的，以适用于更多应用，适用性更强。
附图说明
图1为本发明输入波导和输出波导垂直连接的结构示意图；
图2为本发明输入波导和输出波导弯曲连接的结构示意图；
图3为本发明输入波导和输出波导以一定角度连接的结构示意图；
图4为本发明网络连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作过程和工作原理做进一步解释和说明。
本发明一种Ka频段波导功率分配网络包括：多个波导E面T形结构级联而成；其中每级波导E面T形结构又包括输入波导1，输出波导2，调谐结构3；调谐结构3为立方体凹陷结构。波导E面T形结的尺寸为非标准波导尺寸，宽边长度保证波导工作在主模模式。其传输方向为平行于波导宽边所在平面。T形结对波导内传输的能量进行等幅同相分配，从两端的输出口输出。
如图4所示，前一级波导E面T形结构的输出端连接后一级波导E面T形结构的输入端，形成了多级波导E面T形结构网络结构；
前一级波导E面T形结构的输出端连接后一级波导E面T形结构的输入端；
输入波导1以一定形式与输出波导2相互连接，并且输出波导2两端关于其与输入波导1的连接处中心对称；
调谐结构3为位于输出波导2表面的凹陷结构，其位于输出波导2与输入波导1连接位置对侧的表面上；所述调谐结构3为立方体凹陷结构
每级波导E面T形结构工作在主模模式。
输入波导1与输出波导2相互连接的形式分为三种：
(a)如图1所示，输入波导1为立方体结构，输入波导1与输出波导2垂直连接，并在输出波导2端口的表面添加调谐台阶4，调谐台阶4位于调谐结构3所在的输出波导2表面一侧；调谐结构3的长约为一个波长，高约为十分之一波长，宽为输出波段宽度；调谐台阶4的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；
将调谐台阶4的高度值进行固定，然后对调谐结构3的尺寸进行优选，关注工作频段内典型频点的驻波值，过程如表1所示。
表1 调谐结构3尺寸对应的回波值变化(VSWR)
通过表1可以发现，调谐结构3的长约为一个波长，高约为十分之一波长时，回波损耗最佳，因此选择该尺寸的调谐结构3。
(b)如图2所示，当实际应用场合的空间有限，不能进行直波导排布时，还需要对波导结构进行一定程度上的改型，第一级波导E面T形结的输入波导进行了弯曲处理，两个输出波导进行了弯折处理；两级波导T形结的调谐结构均在输入波导同侧，第二级波导T形结由于输入波导有一定角度的侧弯，会引起功率分配失衡，所以加入另一小段功率分配调谐结构，以保证最终的四路输出等幅同相。
输入波导1为异形结构，其外轮廓线由两段相互外切的四分之一圆弧连接组成；同时在输出波导2与输入波导1的连接位置加入新的调节结构5；所述调谐结构3的长约为二分之一波长，高约为十分之一波长，宽为输出波段宽度；调节结构5的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；
将调谐台阶5的高度值进行固定，然后对调谐结构3的尺寸进行优选，关注工作频段内典型频点的驻波值，过程如表2所示。
表2 调谐结构3尺寸对应的回波值变化(VSWR)
通过表2可以发现，调谐结构3的长约二分之一波长，高约为十分之一波长时，回波损耗最佳，因此选择该尺寸的调谐结构3。
(c)如图3所示，输入波导1梯形结构，输入波导1以非垂直的角度与输出波导2相互连接；所述调节结构5的宽为输出波段宽度，高约为十分之一波长；所述调节结构3的长约为二十分之一波长，宽为输出波段宽度，高约为二十分之一波长。
本发明中的波导功分网络在波导宽边中心切开后基于机铣工艺加工，视加工工艺要求，可以在必要的地方倒圆角。
本发明具有跨宽频带工作、结构简单的波导功率分配网络的工作原理如下：
标准状态的波导E面T形结的驻波与功分响应曲线应当为中心频段较好，边频较差。但本发明中的网络的工作状态要跨较宽的频带，相对于波导E面T形结的整个工作频段来说，相当于在边频工作，而中心频段不参与工作。本发明通过对输出波导上的调谐结构进行优化，使得波导E面T形结的驻波与功分响应曲线呈现中心差、边频好的状态，正适合本发明所应对的工作要求。
本发明已经应用在实际的工程应用当中，取得了良好效果，如表4所示：
表4 本发明中网络与常规网络应用对比
现有技术应用情况 覆盖大频段 需要额外器件 具有双频特性 结构简单 损耗较大
普通功分网络 否 是 否 否 是
本发明中功分网络 是 否 是 是 否
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种Ka频段波导功率分配网络，其特征在于包括：多个波导E面T形结构级联而成；其中每级波导E面T形结构又包括输入波导(1)，输出波导(2)，调谐结构(3)；
前一级波导E面T形结构的输出端连接后一级波导E面T形结构的输入端；
输入波导(1)以一定形式与输出波导(2)相互连接，并且输出波导(2)两端关于其与输入波导(1)的连接处中心对称；
调谐结构(3)为位于输出波导(2)表面的凹陷结构，其位于输出波导(2)与输入波导(1)连接位置对侧的表面上；所述调谐结构(3)为立方体凹陷结构，每级波导E面T形结构工作在主模模式；
所述输入波导(1)与输出波导(2)相互连接的形式包括(a)和(b)：
(a)所述输入波导(1)为异形结构，其外轮廓线由两段相互外切的四分之一圆弧连接组成；同时在输出波导(2)与输入波导(1)的连接位置加入新的调谐台阶(5)；所述调谐结构(3)的长约为二分之一波长，高约为十分之一波长，宽为输出波导宽度；所述调谐台阶(5)的宽为输出波导宽度，高约为十分之一波长；
(b)所述输入波导为梯形结构，输入波导(1)以非垂直的角度与输出波导(2)相互连接；同时在输出波导(2)与输入波导(1)的连接位置加入新的调谐台阶(5)；所述调谐台阶(5)的宽为输出波导宽度，高约为十分之一波长；所述调谐结构(3)的长约为二十分之一波长，宽为输出波导宽度，高约为二十分之一波长。
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