CN111416190A - 一种小型化金属波导功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于相控阵的小型化波导功分装置，包括波导功分段（1），波导功分段（1）为金属腔体结构，有一个入口和两个出口，在腔体内部有“几”字形脊（1‑4），出口连接金属渐变波导阻抗匹配段（2），金属渐变波导阻抗匹配段（2）中安装高介电常数介质体（3）。通过本发明，不仅实现了功分网络、阻抗匹配段的小型化，且填充高介电常数介质体的金属波导长度变化不会影响整个系统阻抗匹配性能，克服了传统同类型阻抗匹配技术的局限性。

Description

一种小型化金属波导功分器
技术领域
本发明涉及微波与相控阵天线技术领域，特别涉及一种小型化波导功分网络技术。
背景技术
与机械扫描天线相比，相控阵天线的突出优点是辐射功率大，能迅速、灵敏而又准确地控制波束方向，并能在指定的空域同时搜索和跟踪多个目标,且稳定性、可靠性高。相控阵天线中关键器件主要有天线辐射单元、移相器和功分网络。波导类铁氧体移相器和功分网络在相控阵天线系统中，应用非常广泛。金属波导（waveguide）是一种空心金属管，管内填充介质，具有导体损耗小、功率容量大、结构简单、没有辐射损耗等优点。
铁氧体移相器相当于填充介质的金属波导管，相当于在天馈线中能对通过的微波信号实现幅度或相位的控制，而相控阵天线的扫描角度大小由单元间距决定。波导功分器从端口功能来看，主要由输入端和功分端组成。为了实现大角度扫描，波导需缩小功分网络功分端口间间距，通过一定的介质匹配器实现铁氧体波导与空波导的匹配。
发明内容
一种应用于相控阵的小型化波导功分装置，包括波导功分段，波导功分段为金属腔体结构，有一个入口和两个出口，在腔体内部有“几”字形脊，出口连接金属渐变波导阻抗匹配段，金属渐变波导阻抗匹配段中安装高介电常数介质体。
波导功分段由金属输入波导段、匹配段和波导功分网络腔组成，波导功分网络腔中央有“几”字形脊。
波导功分网络腔的上下内壁面上各有一个“几”字形脊。
“几”字形脊（1-4）包括水平段、凸起段和弯折段，水平段位于空腔中央，水平段的中间部分向上凸起为凸起段，水平段两端向下垂直弯折为弯折段，每个弯折点的外侧有切角。同时波导功分网络腔上面的左右两个边角内外侧均对称切角。该设计可以提高功分效率，减少损耗。
“几”字形脊的两个末端是金属渐变波导阻抗匹配段，金属渐变波导阻抗匹配段由柱环形波导腔和锥环形波导腔组成。
高介电常数介质体安装在空心金属管中，空心金属管插在金属渐变波导阻抗匹配段中。
所述金属渐变波导阻抗匹配段可以是矩形端口之间的渐变、方形端口之间的渐变或圆柱形端口之间的渐变，或矩形、方形和圆形三种形状端口中任意两个端口相互之间的渐变。
所述高介电常数介质体的横截面形状为矩形、方形或圆形。
本发明的有益效果：
通过本发明，不仅实现了波导功分网络的小型化，且实现与填充高介电常数介质体的金属波导的阻抗匹配，同时克服传统波导阻抗匹配技术的局限性。
小型化功分网络通过脊波导通过金属高介电常数介质波导的匹配段结构，功分网络可与高介电常数铁氧体移相器、波导辐射段口相连接，而不需要额外的连接导线，具有损耗小，可靠性高，功率容量大等优点；
本发明的小型化一分二等幅同相功分网络，有效增加了两个功分端口的距离自由度，扩大了同类型相控阵的扫描范围。
根据本发明设计的小型化功分网络，性能具有很强的可塑性，应用范围广，实用性强，同样也可适用于介质波导与矩形、方形、圆柱形及相应脊波导相互间的阻抗匹配。
附图说明
图1所示的是本发明实施例的结构示意图。
图2所示的是本发明实施例的结构分解图。
图3是波导功分段1的波导功分网络结构示意图。
图4是几字形脊的结构示意图。
图5是金属渐变波导阻抗匹配段结构分解示意图。
图6所示的是本发明实施示例在设计频段的功率分配图。
图7分别是本发明实施示例在设计带宽内的输入端口回波损耗图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且实施例不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示，一种应用于相控阵的小型化波导功分装置为一分二等幅同相功分器，包括：一个输入端口P1和两个功分端（P1和P2）、小型化金属波导功分段1、金属脊波导、金属渐变波导阻抗匹配段和高介电常数介质体3。
如图2所示，一分二等幅同相功分器的分解结构示意图。
如图3所示，一分二等幅同相功分器的功分段为左右、前后轴对称结构，包括：输入端口的金属输入波导段1-1、匹配段1-2、波导功分网络腔1-3和两个前后对称放置的“几”字形波导脊1-4，“几”字形波导脊1-4的两个末端是出口端。其中金属输入波导段1-1为矩形波导，匹配段1-2端口略小于输出端口段口径，功分段为前后对称的脊波导，为了功分匹配需要，波导的脊呈“几”字形，“几”字形脊（1-4）包括水平段、凸起段和弯折段，水平段位于空腔中央，水平段的中间部分向上凸起为凸起段，水平段两端向下垂直弯折为弯折段，每个弯折点的外侧有切角。波导功分网络腔1-3左右两个上顶角的内外侧均对称切角。该设计可以提高功分效率，减少损耗。
如图4所示，波导的脊形状左右对称，为几字形，几字形脊为金属壁向内腔凸出的部分，也可以盒体与金属条状物组合，或一体化加工。转弯处为切角结构。
如图5所示，金属渐变波导阻抗匹配段2包括：柱环形波导腔2-1、锥环形波导腔2-2，高介电常数介质体3插入金属渐变波导阻抗匹配段2，穿过柱环形波导腔2-1、锥环形波导腔2-2并延伸至波导功分网络腔1-3输出端口P2和P3。
本发明一种应用于相控阵的小型化功分网络技术为一分二等幅同相功分器，可以获得以下优点：
1、小型化功分网络通过脊波导通过金属高介电常数介质波导的匹配段结构，功分网络可与高介电常数铁氧体移相器、波导辐射段口相连接，而不需要额外的连接导线，具有损耗小，可靠性高，功率容量大等优点；
2、本发明实施示例的小型化一分二等幅同相功分网络，有效增加了两个功分端口的距离自由度，扩大了同类型相控阵的扫描范围。
3、根据本发明设计的小型化功分网络，性能具有很强的可塑性，应用范围广，实用性强，同样也可适用于介质波导与矩形、方形、圆柱形及相应脊波导相互间的阻抗匹配。
以下提供具体测试结果来验证本发明：
本发明设计频率为，图6是本发明在设计中心频率辐射方向示意图，
图7是本发明在设计带宽内的驻波比示意图。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种应用于相控阵的小型化波导功分装置，包括波导功分段（1），其特征在于：波导功分段（1）为金属腔体结构，有一个入口和两个出口，在腔体内部有“几”字形脊（1-4），出口连接金属渐变波导阻抗匹配段（2），金属渐变波导阻抗匹配段（2）中安装高介电常数介质体（3）。
2.根据权利要求1所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：波导功分段（1）由金属输入波导段（1-1）、匹配段（1-2）和波导功分网络腔（1-3）组成，波导功分网络腔（1-3）中央有“几”字形脊（1-4）。
3.根据权利要求2所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：波导功分网络腔（1-3）的上下内壁面上各有一个“几”字形脊（1-4）。
4.根据权利要求3所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：“几”字形脊（1-4）的两个末端是金属渐变波导阻抗匹配段（2），金属渐变波导阻抗匹配段（2）由柱环形波导腔（2-1）和锥环形波导腔（2-2）组成。
5.根据权利要求4所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：高介电常数介质体（3）安装在空心金属管中，空心金属管插在金属渐变波导阻抗匹配段（2）中。
6.根据权利要求1-5任一项所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：其特征在于所述金属渐变波导阻抗匹配段（2）可以是矩形端口之间的渐变、方形端口之间的渐变或圆柱形端口之间的渐变，或矩形、方形和圆形三种形状端口中任意两个端口相互之间的渐变。
7.根据权利要求6所述应用于相控阵的小型化波导功分装置，其特征在于：其特征在于所述高介电常数介质体（3）的横截面形状为矩形、方形或圆形。
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