CN105140611A - 一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器。本脊波导功分器为单脊波导功分器，具有馈电口、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；本发明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，传输效率在99.9%以上，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，实现了脊波导双极化天线中功分网络多样性加权的要求，非常适合在各种脊波导合成网络中进行布局和延伸。
Description
技术领域
本发明涉及脊波导缝隙阵的功分合成网络，尤其是指在双极化脊波导缝隙阵中的应用。本发明可以广泛应用于脊波导缝隙天线阵的合成网络，特别是针对空间紧凑、端口功分比大的脊波导合成网络。
背景技术
波导缝隙天线由于效率高、结构强度好等优点，被广泛应用于雷达和各种通信领域。随着对特征提取的要求越来越高，以及频率资源紧张对通信带宽的限制，双极化天线的需求正越来越普遍，双极化波导缝隙天线得到了广泛的应用。但是，在一些对双极化天线阵的尺寸、重量等有严格限制要求的场合，传统的矩形波导双极化天线丧失了使用价值。单脊波导的横截面尺寸与同频段的标准矩形波导相比，压缩了5倍以上，有效减小了占用的空间和自身的重量，因此，脊波导双极化缝隙阵列天线得到了大量的应用。
由于脊波导结构尺寸的缩小和自身形状的不对称性，脊波导双极化天线阵的合成网络复杂性也相应的大大增加，特别在毫米波波段，脊波导合成网络的尺寸更小，这给加工带来了一定的难度。在同一层的脊波导合成网络中，脊波导的电场主要集中在脊和金属壁之间，同一层的变化是连续的，关于脊波导功分器的相关资料比较少，我们尝试对于一分二的脊波导功分器，采用类似于矩形波导功分器的设计方法，通过在脊波导功分器T型位置两个端口公共壁上加金属膜片来获得馈电口匹配，调整该金属膜片的大小和位置，还可以在一定程度上获得不同的端口功分比，但是这种设计的手段能调节的端口功分比十分有限，加上在实际加工中受限于铣刀的大小、加工精度、功率容量等要求，金属膜片与T型位置金属壁之间缝隙也不可能无限缩小，特别在毫米波波段，这种影响将更加突出。
综上所述，脊波导双极化缝隙天线有诸多应用背景和应用优势，相应的，脊波导双极化缝隙天线的合成网络复杂性也大大增加，针对脊波导功分器，通过调整脊波导功分器T型位置膜片的大小和位置，来获得两端口间不同功分比的能力十分有限，无法实现双端口大功分比的要求，因而无法满足有特殊幅度加权要求的毫米波脊波导双极化缝隙阵，所以迫切需要一种新型的脊波导功分器，在空间结构和加工工艺限制的前提下，实现大功分比的信号输出。
发明内容
本发明的目的就是针对脊波导双极化缝隙天线阵合成网络的设计，提供的一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器。
一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器，所述脊波导功分器为单脊波导功分器，具有馈电口3、第一分端口4和第二分端口5，其中馈电口3位于一侧，所述第一分端口4和第二分端口5并列位于另一侧；
馈电口3的脊的内端、第一分端口4的脊的内端和第二分端口5的脊的内端之间由T形块2.3连接，其中T形块2.3的顶部两端分别连接第一分端口4的脊的内端和第二分端口5的脊的内端，T形块2.3的底端连接馈电口3的脊的内端；
与T形块2.3的顶部对应的脊波导功分器的共公内壁上设有金属膜片2.1；
所述第一分端口4和第二分端口5的功分比为4:1以上，传输效率为99.9%以上。
所述T形块2.3的顶部为变换段2.2，连接第一分端口4的脊的变换段的宽度小于馈电口3的脊的宽度、高度小于馈电口3的脊的高度。
所述金属膜片2.1向T形块2.3的顶部一侧凸出，并偏向第一分端口4一侧，金属膜片2.1横截面为矩形。
本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：
1.本发明的新型脊波导功分器，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，实现了脊波导双极化天线中功分网络多样性加权的要求，非常适合在各种脊波导合成网络中进行布局和延伸。
2.本发明的新型脊波导功分器，结构简单加工容易，非常适合分层加工技术操作。
3.本发明的新型脊波导功分器，匹配良好，传输效率高，带内波动小，实施例1中（工作频率34.5Ghz～35.5Ghz）幅度波动小于±0.1dB，实施例2中（工作频率17.3Ghz～17.8Ghz）幅度波动小于±0.1dB。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明去除一侧盖板1的剖视图；
图3为图2主要尺寸的标注图；
图4为图2馈电口3的横截面的结构尺寸图；
图5为图2的俯视图；
图6为本发明所述的新型脊波导功分器实施例1馈电口3的驻波图；
图7为本发明所述的新型脊波导功分器实施例1的端口4和端口5的传输系数图；
图8为本发明所述的新型脊波导功分器实施例2馈电口3的驻波图；
图9为本发明所述的新型脊波导功分器实施例2的端口4和端口5的传输系数图。
图1-5中序号：盖板1、金属膜片2.1、变换段2.2、T形块2.3、馈电口3、第一分端口4、第二分端口5。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
本实施例用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器的中心工作频率为35Ghz，带内工作频率为34.5Ghz～35.5Ghz。
参见图1，用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器为单脊波导功分器，具有馈电口3、第一分端口4和第二分端口5，其中馈电口3位于一侧，所述第一分端口4和第二分端口5并列位于另一侧。
参见图2，馈电口3的脊的内端、第一分端口4的脊的内端和第二分端口5的脊的内端之间由T形块2.3连接，其中T形块2.3的顶部两端分别连接第一分端口4的脊的内端和第二分端口5的脊的内端，T形块2.3的底端连接馈电口3的脊的内端；T形块2.3的顶部为变换段2.2，连接第一分端口4的脊的变换段的宽度小于馈电口3的脊的宽度、高度小于馈电口3的脊的高度。与T形块2.3的顶部对应的脊波导功分器的共公内壁上设有金属膜片2.1，金属膜片2.1向T形块2.3的顶部一侧凸出，并偏向第一分端口4，金属膜片2.1横截面为矩形。
除变换段和过渡处除外，脊波导功分器的金属壁厚均为0.6mm。
参见图3和图5，T型块2.3中间变换段的金属壁厚Tb=0.7mm，靠近第一分端口4的变换段2.2比脊高低Th=0.5mm，距离馈电口3的单脊边缘长度为Te=0.7m，T型块2.3的外侧两边变换段Tf和Tg长度分别为2.1mm和2.2mm，T型块2.3的内侧其中一边的变换段长度Tk=2mm。金属膜片2.1的高度与脊波导单脊高度一致，长度Ta和宽度Td分别为2.25mm和0.2mm，金属膜片2.1距离第二分端口5的金属壁长度Tc=1.05mm，第一分端口4和第二分端口5的金属壁之间的间距Tl=3.4mm。
参见图4，脊波导功分器的馈电口3横截面结构尺寸图，该脊波导为非标结构，脊波导横截面长Ra=3mm，横截面高Rb=2mm，脊宽Rw=1.4mm，脊高Rh=1.3mm。
参见图6和图7，为本发明所述的新型脊波导功分器的馈电口3的驻波图和第一分端口4和第二分端口5的传输系数图，由结果可知，实现了很高的传输效率和很低的反射参数，带内波动非常小。
第一分端口4和第二分端口5的功分比为4:1以上，传输效率为99.9%以上。
实施例2
本实施例的中心工作频率为17.6Ghz，带内工作频率为17.3Ghz~17.8Ghz。
本实施例的结构同实施例1，主要结构图参见图1~图5，脊波导横截面长Ra=6mm，横截面高Rb=4mm，脊宽Rw=2.8mm，脊高Rh=2.6mm。T型块2.3中间变换段的金属壁厚Tb=1.4mm，靠近第一分端口4的变换段2.2比脊高低Th=1.1mm，距离馈电口3的单脊边缘长度为Te=1.4m，T型块2.3的外侧两边变换段Tf和Tg长度分别为4.2mm和4.4mm，其中一边的变换段长度Tk=4mm。Ta和Td分别为4.5mm和0.3mm，金属膜片2.1距离第二分端口5的金属壁长度Tc=2.225mm，第一分端口4和第二分端口5的金属壁之间的间距Tl=9.2mm。
参见图8和图9，为本实施例的馈电口3的驻波图和第一分端口4和第二分端口5的传输系数图，由结果可知，实现了很高的传输效率和很低的反射参数，带内波动非常小。
Claims (3)
1.一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器，其特征在于：所述脊波导功分器为单脊波导功分器，具有馈电口（3）、第一分端口（4）和第二分端口（5），其中馈电口（3）位于一侧，所述第一分端口（4）和第二分端口（5）并列位于另一侧；
馈电口（3）的脊的内端、第一分端口（4）的脊的内端和第二分端口（5）的脊的内端之间由T形块（2.3）连接，其中T形块（2.3）的顶部两端分别连接第一分端口（4）的脊的内端和第二分端口（5）的脊的内端，T形块（2.3）的底端连接馈电口（3）的脊的内端；
与T形块（2.3）的顶部对应的脊波导功分器的共公内壁上设有金属膜片（2.1）；
所述第一分端口（4）和第二分端口（5）的功分比为4:1以上，传输效率为99.9%以上。
2.根据权利要求1所述的一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器，其特征在于：所述T形块（2.3）的顶部为变换段（2.2），连接第一分端口（4）的脊的变换段的宽度小于馈电口（3）的脊的宽度、高度小于馈电口（3）的脊的高度。
3.根据权利要求1所述的一种用于脊波导缝隙天线阵的脊波导功分器，其特征在于：所述金属膜片（2.1）向T形块（2.3）的顶部一侧凸出，并偏向第一分端口（4）一侧，金属膜片（2.1）横截面为矩形。
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