CN105226363A - 一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络，其包括：上下盖板及上下盖板之间的一体化波导网络；一体化波导网络包括：N功分-合路器以及N+1耦合功分器；N功分-合路器包括：N个3dB电桥和N路合路器，3dB电桥的输入口为系统的输入接口；3dB电桥的输出口为N路合路器的输入口；N+1耦合功分器包括N+1个定向耦合器和一分N+1功分器，一分N+1功分器的输入口也为系统的输入接口，一分N+1功分器的输出分支波导为定向耦合器的主波导，定向耦合器的输出口为一体化网络的输出接口；3dB电桥的主波导为定向耦合器的副波导。本发明的一体化波导网络简化了加工，提高了系统集成度，增加了电性能指标的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及波导网络技术领域，特别涉及一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络。
背景技术
功率分配器、定向耦合器、3dB电桥均是现代通信中广泛应用的微波无源器件。无论在通信、电子战，还是雷达中，它们都有着不可或缺的重要性。功率分配器的基本功能是将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不等的能量，也可以反过来将多路信号能量合成一路输出，此时称为合路器。定向耦合器使得耦合信号具有了方向性。3dB电桥与2功分器的区别是可以做到4端口匹配。
目前，在系统中功分器、定向耦合器、3dB电桥配合使用完成特定的功能，但都是单独设计，分开加工，然后通过线缆或者波导进行电气连接，零件数量多，而且系统集成度不高，电性能指标一致性也得不到保证。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络，采用一体化波导结构，简化了加工过程，提高了系统的集成度，增加了电性能指标的一致性。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络，其包括：一体化波导网络、上盖板以及下盖板，其中：
所述一体化波导网络位于所述上盖板和所述下盖板之间；
所述一体化波导网络包括：N功分-合路器以及N+1耦合功分器；
所述N功分-合路器包括：N个3dB电桥和N路合路器，所述3dB电桥的输入口为所述一体化波导网络的输入接口；所述3dB电桥的输出口为所述N路合路器的输入口；
所述N+1耦合功分器包括N+1个定向耦合器和一分N+1功分器，所述一分N+1功分器的输入口也为所述一体化波导网络的输入接口，所述一分N+1功分器的输出分支波导为所述定向耦合器的主波导，所述定向耦合器的输出口为所述一体化网络的输出接口；
所述3dB电桥的主波导为所述定向耦合器的副波导。
较佳地，所述3dB电桥的隔离口和/或所述一分N+1功分器的输出口填充有吸收块，能够对3dB电桥的隔离口和一分N+1功分器的输出口的信号进行吸收。
较佳地，所述吸收块为楔形吸收块，能够增强其吸收效果。
较佳地，所述吸收块的宽度大于所述3dB电桥的隔离口和/或所述一分N+1功分器的输出口的波导内腔的宽度，多出的结构用于结构固定。
较佳地，所述N路合路器的合路口为第N+1路所述定向耦合器的副波导。
较佳地，所述N路合路器的合路口和所述一分N+1功分器的输入口设置于所述一体化波导网络的下侧面。
较佳地，所述一体化网络的输入接口和输出接口位于所述一体化波导网络的相对的两侧面；所述一体化波导网络的输入接口和输出接口位于同一水平面上。
较佳地，所述N路合路器和/或所述一分N+1功分器为由H-T级联成的等功分网络。
较佳地，所述一体化波导网络的对外接口通过波导同轴转换结构连接有SMP接头。
较佳地，所述上盖板以及所述下盖板与所述一体化波导网络的连接方式为焊接连接。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
（1）本发明提供的相控阵天线定标系统的一体化波导网络经过一体加工成型，简化了加工，提高了系统的集成度；
（2）采用3dB电桥，使得各射频口均匹配，增加了系统的适用范围，改善系统性能；
（3）采用一体化加工设计，使得系统指标带内起伏小，端口间特性也更一致；
（4）本发明采用非标波导，减小了尺寸，减轻了天线重量。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的一体化波导天线阵的分解结构示意图；
图2为本发明的一体化波导网络的剖面图；
图3为本发明的一体化波导天线阵的定向耦合器的结构示意图；
图4为本发明的一体化波导天线阵的3dB电桥的结构示意图；
图5为本发明的x01~x24口的VSWR曲线；
图6为本发明的x25口的VSWR曲线；
图7为本发明的x26~x49口的VSWR曲线；
图8为本发明的x50口的VSWR曲线；
图9为本发明的x01~x24到x49~x26口的传输特性曲线；
图10为本发明的x25到x26~x49口的传输特性曲线；
图11为本发明的x25到x50口的传输特性曲线；
图12为本发明的x50到x01~x24口的传输特性曲线；
图13为本发明的较佳实施例的吸收块的放置示意图；
图14为图13的前视图。
标号说明：1-一体化波导网络，2-上盖板，3-下盖板，4-吸收块；
11-二十四功分-合路器，12-二十五耦合功分器；
111-3dB电桥，112-二十四路合路器；
121-定向耦合器，122-一分二十五功分器。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
结合图1-图13，对本发明的相控阵天线定标系统的一体化波导天线阵作详细描述，如图1所示为其分解结构示意图，其包括：一体化波导网络1、上盖板2以及下盖板3，一体化波导网络1位于上盖板2和下盖板3之间，上盖板2和下盖板3对称焊接在一体化波导网络1的上下两面。
如图2所示为一体化波导网络的剖面图，本实施例以工作于Ka频段的一体化波导网络为例，其中心频率f中为35.75GHz，天线阵工作上边频f高和下边频f低分别为36.5GHz、35GHz，且以五十个对外接口（x01~x50）为例，分别为：二十四个为输入口(x01~x24)、二十四个200MHz输出口(x26~x49)、一个700MHz输出口（x50）和一个耦合口（x25）。一体化波导网络1包括：二十四功分-合路器11和二十五耦合功分器12；二十四功分-合路器11包括：二十四个3dB电桥111和二十四路合路器112；二十五耦合功分器12包括：二十五个定向耦合器121和一分二十五功分器122；二十四个3dB电桥111的输入口为一体化网络的输入口（x01~x24），3dB电桥111的输出口为二十四路合路器112的输入口；一分二十五功分器122的输入口为一体化网络的耦合口（x25），一分二十五功分器122的输出分支波导为二十五个定向耦合器121的主波导，二十五个定向耦合器121的输出口为一体化网络的输出口（x26~x50），二十四个3dB电桥111的主波导为二十四个定向耦合器121的副波导；二十四路合路器112的合路口为第二十五路定向耦合器121的副波导。一体化波导网络1位于接收机之前，作用有三：二十四个输入口（x01~x24）收到的接收子阵的信号，（1）经二等分后，其中一路经定向耦合器121的直通通道从200MHz输出口（x26~x49）馈入二十四个200MHz接收机；（2）经二等分后，另一个通道经二十四路合路器112合路，形成700MHz的全阵接收信号，经定向耦合器121的直通通道由700MHz输出口（x50）进入700MHz接收机；（3）从定标口（x25）输入的定标信号，经定向耦合器121耦合进入接收通道后，从二十五个输出接口（24个200MHz输出口和1个700MHz输出口，x26~x50）进接收机。由3dB电桥实现信号的二等分。
如图3所示为定向耦合器121的结构示意图，其包括主波导和副波导，主波导的一端为输入口，另一端为直通口，副波导的一端为隔离口，另一端为耦合口：其中：输入信号由输入口进入，大部分传输到直通口，按设定的值由小孔耦合输出到耦合口，隔离口没有信号输出；定向耦合器121采用多个小孔耦合的形式，大孔直径为2.8mm，小孔直径为1.6mm，实现30dB的耦合量。
如图4所示为3dB电桥111的结构示意图，其包括主波导和副波导，主波导的一端为输入口，另一端为输出口；副波导的一端为隔离口，另一端为输出口；其中：输入信号由输入口进入，经电桥后得到两个幅度相等的输出信号，分别由两个输出口输出，隔离口采用吸收块作为负载对信号进行吸收，没有信号输出。
图5为本实施例的x01~x24口的VSWR曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络1的工作频带为35GHz～36.5GHz，24个端口驻波VSWR在通带内小于1.45。
图6为本实施例的x25口的VSWR（驻波比）曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，端口驻波VSWR在通带内小于1.4。
图7为本实施例的x26~x49口的VSWR曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，24个端口驻波VSWR在通带内小于1.4。
图8为本实施例的x50口的VSWR曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，端口驻波VSWR在通带内小于1.5。
图9为本实施例的x01~x24到x49~x26口的传输特性曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，各输入口x01~x24到各输出口x49~x26的插入损耗范围为-3.5dB～-2.65dB，幅度差起伏小于0.5dB。
图10为本实施例的x25到x26~x49口的传输特性曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，x25口到x26~x49口的插入损耗范围为-47.1dB～-44.5dB，幅度差起伏小于1.3dB。
图11为本实施例的x25到x50口的传输特性曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，x25口到x50口的插入损耗范围为-46.4dB～-44.8dB，幅度差起伏小于0.8dB。
图12为本实施例的x50到x01~x24口的传输特性曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例Ka频段一体化波导网络工作频带为35GHz～36.5GHz，x50口到x01~x24口的插入损耗范围为-17.3dB～-16.1dB，幅度差起伏小于0.6dB。
较佳实施例中，3dB电桥111的隔离口和一分二十五功分器122的输出口设置有吸收块4，用于对信号进行吸收；吸收块的放置示意图如图13所示，前视图为图14，吸收块采用楔形结构，其宽度大于隔离口或输出口的宽度，多出的宽度d用来作为结构固定。
较佳实施例中，一体化波导网络的对外接口（x01~x50）通过波导同轴转换结构转换为SMP接头形式，波导同轴转换器用于对两种波导系统进行匹配。
较佳实施例中，二十四路合路器112的合路口和一分二十五功分器122的输入口设置于一体化波导网络1的下侧面；一体化波导网络1的输入接口（x01~x25）和输出接口（x26~x50）位于一体化波导网络1的相对的两侧面；其所有接口位于同一水平面上。
较佳实施例中，二十四路合路器112和/或一分二十五功分器122为由H-T级联成的等功分网络。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种相控阵天线定标系统的一体化波导网络，其特征在于，包括：一体化波导网络、上盖板以及下盖板，其中：
所述一体化波导网络位于所述上盖板和所述下盖板之间；
所述一体化波导网络包括：N功分-合路器以及N+1耦合功分器；
所述N功分-合路器包括：N个3dB电桥和N路合路器，所述3dB电桥的输入口为所述一体化波导网络的输入接口；所述3dB电桥的输出口为所述N路合路器的输入口；
所述N+1耦合功分器包括N+1个定向耦合器和一分N+1功分器，所述一分N+1功分器的输入口也为所述一体化波导网络的输入接口，所述一分N+1功分器的输出分支波导为所述定向耦合器的主波导，所述定向耦合器的输出口为所述一体化网络的输出接口；
所述3dB电桥的主波导为所述定向耦合器的副波导。
2.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述3dB电桥的隔离口和/或所述一分N+1功分器的输出口填充有吸收块。
3.根据权利要求2所述的一体化波导网络，其特征在于，所述吸收块为楔形吸收块。
4.根据权利要求2所述的一体化波导网络，其特征在于，所述吸收块的宽度大于所述3dB电桥的隔离口和/或所述一分N+1功分器的输出口的波导内腔的宽度。
5.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述N路合路器的合路口为第N+1路所述定向耦合器的副波导。
6.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述N路合路器的合路口和所述一分N+1功分器的输入口设置于所述一体化波导网络的下侧面。
7.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述一体化波导网络的输入接口和输出接口位于所述一体化波导网络的相对的两侧面；
所述一体化波导网络的输入接口和输出接口位于同一水平面上。
8.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述N路合路器和/或所述一分N+1功分器为由H-T级联成的等功分网络。
9.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述一体化波导网络的对外接口通过波导同轴转换结构连接有SMP接头。
10.根据权利要求1所述的一体化波导网络，其特征在于，所述上盖板以及所述下盖板与所述一体化波导网络的连接方式为焊接连接。
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