CN105703059B - 一种电小尺寸的x波段天馈结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波天线技术，提供一种电小尺寸的X波段天馈结构，包括：天线1和馈电网络2；天线1包括指数开槽11、直线耦合段12、倒T形馈电匹配结构13和天线馈线14，所述指数开槽11位于天线1顶部，指数开槽11底部接直线耦合段12顶部，直线耦合段12底部接倒T形馈电匹配结构13，天线馈线14上端与直线耦合段12耦合；馈电网络2包括上方的一分三功分器21，所述一分三功分器21的3个输出端每个与一个天线1的天线馈线14下端连接；所述一分三功分器21的输入端与连接器连接；相邻天线1的天线馈线14镜像设置，一分三功分器的相邻路径存在λ/2路程差。

Description

一种电小尺寸的X波段天馈结构
技术领域
本发明属于微波天线技术，涉及对电小尺寸的X波段天馈结构的改进。
背景技术
在双频共口径天线中，高频天线的能量会耦合到X波段天线上产生感应电流，由于天线的单元间距与工作频率有关，X波段天线单元间距大于高频天线波长，耦合的感应电流将使高频天线产生寄生栅瓣。为避免寄生栅瓣的产生，需按照高频段参数来设置X波段天线单元间距。在这种电小尺寸下，传统并联馈电网络级联数量众多，结构复杂；串联馈电网络要求相邻端口的路程差为λ的整数倍，在电小尺寸的间距下将会使馈线结构复杂化，增加系统损耗。
发明内容
发明目的：提供一种电小尺寸的X波段天馈结构，解决由电小尺寸引起的馈电网络结构繁复的问题的同时，使得X波段天馈系统结构更为紧凑，实现天馈结构的小型化。
技术方案：一种电小尺寸的X波段天馈结构，包括：
天线(1)和馈电网络(2)；
天线(1)包括指数开槽(11)、直线耦合段(12)、倒T形馈电匹配结构(13)和天线馈线(14)，所述指数开槽(11)位于天线(1)顶部，指数开槽(11)底部接直线耦合段(12)顶部，直线耦合段(12)底部接倒T形馈电匹配结构(13)，天线馈线(14)上端与直线耦合段(12)耦合；
馈电网络(2)包括上方的一分三功分器(21)，所述一分三功分器(21)的3个输出端每个与一个天线(1)的天线馈线(14)下端连接；所述一分三功分器(21)的输入端与连接器连接；相邻天线(1)的天线馈线(14)镜像设置，一分三功分器的相邻路径存在λ/2路程差。
作为一种变形，馈电网络(2)还包括：在一分三功分器(21)的输入端与连接器之间串接一分二功分器(22)，所述一分二功分器(22)的2个输出端每个与一个一分三功分器(21)的输入端连接，所述一分二功分器(22)的输入端与连接器连接，一分二功分器(22)的相邻路径存在λ/2路程差。
作为另一种变形，馈电网络(2)还包括：在一分三功分器(21)的输入端与连接器之间串接级联的一分二功分器(22)，其中第一级的一分二功分器(22)的2个输出端每个与一个一分三功分器(21)的输入端连接，第一级的一分二功分器(22)的输入端与下一级一分二功分器(22)的一个输出端连接，最后一级一分二功分器(22)的输入端与连接器连接，每一级一分二功分器(22)的相邻路径存在λ/2路程差。
有益效果：解决了X波段由电小尺寸引起的馈电网络结构繁复的问题，在不改变天线尺寸的情况下，降低了馈电网络设计的复杂度，使整个天馈结构具有结构紧凑，具备易于加工，体积小，重量轻等优点，可以有效应用于电小尺寸的天馈系统中。
附图说明
图1为本发明电小尺寸X波段天馈结构模型正视图。
图2为本发明12单元馈电网络驻波仿真图。
图3为本发明12单元天馈系统均匀激励下仿真的增益方向图。
图4为本发明42单元天馈系统-28dB加权下的实测归一化方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1中虚线A1-A2以上的部分为天线，虚线A1-A2以下的部分为馈电网络，馈电网络由虚线A1-A2、虚线B1-B2之间的一分三功分器和虚线B1-B2以下一分二功分器级联组成。一种电小尺寸的X波段天馈结构，如图1所示，包括：
天线1和馈电网络2；
天线1包括指数开槽11、直线耦合段12、倒T形馈电匹配结构13和天线馈线14，所述指数开槽11位于天线1顶部，指数开槽11底部接直线耦合段12顶部，直线耦合段12底部接倒T形馈电匹配结构13，天线馈线14上端与直线耦合段12耦合；
馈电网络2包括上方的一分三功分器21，所述一分三功分器21的3个输出端每个与一个天线1的天线馈线14下端连接；所述一分三功分器21的输入端与连接器连接；相邻天线1的天线馈线14镜像设置，一分三功分器的相邻路径存在λ/2路程差。
作为一种变形，馈电网络2还包括：在一分三功分器21的输入端与连接器之间串接一分二功分器22，所述一分二功分器22的2个输出端每个与一个一分三功分器21的输入端连接，所述一分二功分器22的输入端与连接器连接，一分二功分器22的相邻路径存在λ/2路程差。
作为另一种变形，馈电网络2还包括：在一分三功分器21的输入端与连接器之间串接级联的一分二功分器22，其中第一级的一分二功分器22的2个输出端每个与一个一分三功分器21的输入端连接，最后一级一分二功分器22的输入端与连接器连接，每一级一分二功分器22的相邻路径存在λ/2路程差。
天线1和馈电网络2可以用微带线或带状线等结构实现。
本发明最完整的馈电网络2包含图1中虚线A1-A2和B1-B2之间部分的一分三功分器21和虚线B1-B2以下的一分二功分器22。一分三功分器21相邻端口采用λ/2路程差，使各相邻端口电场存在180°相位差。为保证馈电网络2所有输出端口两两形成180°的相位差，各级一分二功分器22两个输出端均有λ/2路程差。每一级一分二功分器22的电尺寸根据Wilkinson功分器的设计方法设计。相比传统的串联馈电网络和均为一分二形式的并联馈电网络，本发明中的馈电形式在一定程度上实现了馈电结构的简化、紧凑。图1中虚线A1-A2以上为若干天线1组成的天线阵，天线1的天线馈线14直接与馈电网络2连接，实现天馈系统的集成一体化。天线1上的直线耦合段12将天线馈线14的能量耦合到天线并通过指数开槽11向自由空间辐射。相邻天线1的天线馈线14两两镜像，天线馈线14的矢量电场方向相反，使相邻天线1存在180°相位差，对馈电网络2的180°相位差进行相位补偿，最终实现天线口径的同相辐射。
本发明的工作原理是：通过多极一分二功分器22与一分三功分器21级联将输入信号传输到馈电网络2输出端，各相邻端口存在180°相位差。馈电网络2直接与天线馈线14连接，由指数开槽11将能量信号辐射到自由空间。相邻天线1的天线馈线14两两镜像使得相邻天线1间存在180°相位差，实现馈电网络的相位补偿和天线口径的同相辐射。
通过将一分三功分器和一分二功分器级联构成功率分配结构并改变天线的天线馈线结构，解决了X波段由电小尺寸引起的馈电网络结构繁复的问题，在不改变天线尺寸的情况下，降低了馈电网络设计的复杂度，使整个天馈结构具有结构紧凑，具备易于加工，体积小，重量轻等优点。
实施例1：电小尺寸的X波段12单元线阵模型,其结构形式见图1所示，单元间距dx＝8.28mm，线阵总长l＝99.36mm，天馈结构总高度h＝19.79mm，其中天线高度h1＝8.3mm,虚线A1-A2和B1-B2之间的一分三功分器高度为2.1mm。天线与馈电网络集成一体化设计，馈电网络通过一个射频连接器与输入信号连接。图2和图3给出了天馈结构的电性能曲线，其中馈电网络驻波<1.07，均匀激励的12单元天馈结构方向图副瓣电平约为-13dB。
实施例2：仿真并加工了由上述天馈结构组成的42单元线阵，天线综合采用-28dB泰勒加权。图4给出了该天馈系统的实测归一化方向图，实测的天线增益为15dB，副瓣电平为-25dB，性能满足指标要求。
这一方案解决了X波段由电小尺寸引起的馈电网络结构繁复的问题，在不改变天线尺寸的情况下，降低了馈电网络设计的复杂度，使整个天馈结构具有结构紧凑，易于加工，体积小，重量轻等优点，可以有效应用于电小尺寸的天馈系统中。

Claims (3)

1.一种电小尺寸的X波段天馈结构，其特征在于，包括：
天线(1)和馈电网络(2)；
天线(1)包括指数开槽(11)、直线耦合段(12)、倒T形馈电匹配结构(13)和天线馈线(14)，所述指数开槽(11)位于天线(1)顶部，指数开槽(11)底部接直线耦合段(12)顶部，直线耦合段(12)底部接倒T形馈电匹配结构(13)，天线馈线(14)上端与直线耦合段(12)耦合；
馈电网络(2)包括上方的一分三功分器(21)，所述一分三功分器(21)的3个输出端每个与一个天线(1)的天线馈线(14)下端连接；所述一分三功分器(21)的输入端与连接器连接；相邻天线(1)的天线馈线(14)镜像设置，一分三功分器的相邻路径存在λ/2路程差。
2.如权利要求1所述的一种电小尺寸的X波段天馈结构，其特征在于，馈电网络(2)还包括：在一分三功分器(21)的输入端与连接器之间串接一分二功分器(22)，所述一分二功分器(22)的2个输出端每个与一个一分三功分器(21)的输入端连接，所述一分二功分器(22)的输入端与连接器连接，一分二功分器(22)的相邻路径存在λ/2路程差。
3.如权利要求1所述的一种电小尺寸的X波段天馈结构，其特征在于，馈电网络(2)还包括：在一分三功分器(21)的输入端与连接器之间串接级联的一分二功分器(22)，其中第一级的一分二功分器(22)的2个输出端每个与一个一分三功分器(21)的输入端连接，第一级的一分二功分器(22)的输入端与下一级一分二功分器(22)的一个输出端连接，最后一级一分二功分器(22)的输入端与连接器连接，每一级一分二功分器(22)的相邻路径存在λ/2路程差。
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