CN113113752B - 一种用于校准网络的多路波导耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准网络的多路波导耦合器，包括耦合波导，所述耦合波导和波导盖板组合内部形成耦合波导腔体，所述耦合波导腔体左侧为水平极化耦合通道，所述耦合波导腔体右侧为垂直极化耦合通道，所述耦合波导外侧设置有侧壁檐，所述侧壁檐内侧设置有固定孔，所述侧壁檐外侧设置有定位孔，所述耦合波导的左侧连接有波导‑同轴转换器，所述耦合波导右侧连接有负载，所述水平极化耦合通道底部设置有短横缝，所述垂直极化耦合通道底部设置有长横缝，所述垂直极化耦合通道下侧设置有下沉式结构。本发明的结构简单，可以同时满足多路的单极化或者双极化波导类相控阵天线的通道校准，能够保证使用过程中的稳定性。

Description

一种用于校准网络的多路波导耦合器

技术领域

本发明涉及无源网络技术领域，具体为一种用于校准网络的多路波导耦合器。

背景技术

波导类相控阵天线具有易于实现低副瓣，高增益，波束赋形等特点，并且结构强度高，可靠性强，其被广泛应用于气象雷达，弹载、机载雷达中。

波导类相控阵天线中用于通道校准的耦合波导可从每列波导天线阵元中耦合出一路能量，根据耦合信号的幅度和相位一致性可对有故障的相控阵天线单元进行有效筛查和维护。

为了得到特性良好的赋形波束，天线校准网络被加载在大规模天线阵列之中。若校准网络本身具有很精准的幅相一致性，校准口获得的耦合信号的差异仅仅来源于主设备各个收发通道本身，故在使用天线阵列来进行波束赋形时，发射信号经过RF口直接到达天线口进行辐射，能够通过主设备内部芯片改变发射信号权值，进行适当的幅相补偿实现精准的波束赋形。因此，天线校准网络作为检测和标校天线阵列各个T/R收发通道幅相信息的关键部件，其本身性能的优劣直接决定着天线系统是否能够实现波束精准赋形。

专利文献CN111029707A公开了一种用于校准网络的多路波导耦合器，通过在耦合波导和辐射波导中添加阻抗调谐膜片实现各端口阻抗匹配，该发明仅适用于辐射波导耦合面为平面的单极化天线阵列，而且添加调谐膜片的阻抗匹配方式实现难度大，结构相对复杂。

传统天线校准网络主要采用多个TR组件和多个耦合波导或功分器，根据天线阵列的相关排布和应用需求来组合构成。当天线阵列规模增大时，校准网络越复杂，而且传统校准网络通道之间需要多级级联，结构复杂，难以保证稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于校准网络的多路波导耦合器，以解决上述背景技术中提出传统天线校准网络主要采用多个TR组件和多个耦合波导或功分器，根据天线阵列的相关排布和应用需求来组合构成。当天线阵列规模增大时，校准网络越复杂，而且传统校准网络通道之间需要多级级联，结构复杂，难以保证稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于校准网络的多路波导耦合器，包括耦合波导，所述耦合波导和波导盖板组合内部形成耦合波导腔体，所述耦合波导腔体左侧为水平极化耦合通道，所述耦合波导腔体右侧为垂直极化耦合通道，所述耦合波导外侧设置有侧壁檐，所述侧壁檐内侧设置有固定孔，所述侧壁檐外侧设置有定位孔，所述耦合波导的左侧连接有波导-同轴转换器，所述耦合波导右侧连接有负载，所述水平极化耦合通道底部设置有短横缝，所述垂直极化耦合通道底部设置有长横缝，所述垂直极化耦合通道下侧设置有下沉式结构，所述下沉式结构下侧连接有垂直极化波导，所述下沉式结构之间设置有水平极化波导。

进一步而言，所述波导-同轴转换器通过匹配调节器分别连接于水平极化耦合通道和垂直极化耦合通道的起始端，所述匹配调节器外侧连接有堵头，所述堵头外侧设置有馈电接头。

进一步而言，所述负载通过矩形吸波材料分别连接于水平极化耦合通道和垂直极化耦合通道的末端，所述矩形吸波材料外侧设置有负载堵头。

进一步而言，所述耦合波导和波导盖板通过侧壁檐上的固定孔配合螺母紧固连接，所述侧壁檐外侧的定位孔通过紧固螺母连接有天线。

进一步而言，所述水平极化耦合通道内部的耦合面为平面结构，所述垂直极化耦合通道的耦合面为非平面结构，垂直极化耦合通道的耦合面正面呈连续的“几”字形结构。

进一步而言，所述下沉式结构等间距均匀分布。

进一步而言，所述水平极化波导内部设置有短纵缝，所述垂直极化波导内部设置有长纵缝，所述长纵缝以下沉式结构的中心线为基准，纵向偏置为W。

进一步而言，所述水平极化波导和垂直极化波导交错排布，两种极化波导具有高度差h，所述高度差h等于下沉式结构的深度。

进一步而言，所述短横缝设置于短纵缝正上方，所述长横缝设置于长纵缝正上方。

进一步而言，所述短横缝和长横缝沿耦合波导轴线方向交错分布，所述短横缝和长横缝的尺寸和位置参数根据耦合量确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明水平极化耦合通道内部的耦合面为平面结构，垂直极化耦合通道的耦合面为非平面结构，垂直极化耦合通道的耦合面正面呈连续的“几”字形结构，为具有高度差的波导类相控阵天线单元的耦合校准通道的设计提供了一种新颖的结构；

2、本发明在耦合波导始端采用波导-同轴转换器实现端口的良好匹配；通过调节短横缝和长横缝的尺寸和位置实现短横缝和长横缝以及短纵缝和长纵缝之间的良好匹配，以及耦合量的精确控制。该发明的阻抗匹配方式相对简单，耦合量易于控制；

3、本发明可用于单极化或者双极化波导类相控阵天线的通道校准，同时，根据实际天线单元数目，该发明可用于8路，32路或者更多路的单极化或者双极化波导类相控阵天线的通道校准。

4、本发明的结构简单，可以同时满足多路的单极化或者双极化波导类相控阵天线的通道校准，能够保证使用过程中的稳定性。

附图说明

图1为本发明的耦合波导整体结构示意图；

图2为本发明的耦合波导爆炸图；

图3为本发明的耦合波导侧视图；

图4为本发明的耦合波导正视图；

图5为本发明的耦合波导与水平极化波导、垂直极化波导的装配关系图；

图6为本发明的水平极化波导与垂直极化波导结构示意图；

图7为本发明耦合波导的底部视图；

图8为本发明的耦合波导两个耦合通道端口电压驻波比曲线；

图9为本发明的水平极化波导端口到耦合波导端口的耦合度；

图10为本发明的垂直极化波导端口到耦合波导端口的耦合度；

图中：1-耦合波导、11-短横缝、12-长横缝、13-下沉式结构、14-水平极化耦合通道、15-垂直极化耦合通道、16-固定孔、17-定位块、18-侧壁檐、2-波导-同轴转换器、21-馈电接头、22-堵头、23-匹配调节器、3-波导盖板、4-负载、41-矩形吸波材料、42-负载堵头、5-水平极化波导、51-短纵缝、6-垂直极化波导、61-长纵缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：

一种用于校准网络的多路波导耦合器，包括耦合波导1，耦合波导1和波导盖板3组合内部形成耦合波导腔体，耦合波导腔体左侧为水平极化耦合通道14，耦合波导腔体右侧为垂直极化耦合通道15，耦合波导1外侧设置有侧壁檐18，侧壁檐18内侧设置有固定孔16，侧壁檐18外侧设置有定位孔17，耦合波导1的左侧连接有波导-同轴转换器2，耦合波导1右侧连接有负载4，水平极化耦合通道14底部设置有短横缝11，垂直极化耦合通道15底部设置有长横缝12，垂直极化耦合通道15下侧设置有下沉式结构13，下沉式结构13下侧连接有垂直极化波导6，下沉式结构13之间设置有水平极化波导5。

本发明中，波导-同轴转换器2通过匹配调节器23分别连接于水平极化耦合通道14和垂直极化耦合通道15的起始端，匹配调节器23外侧连接有堵头22，堵头22外侧设置有馈电接头21。

本发明中，负载4通过矩形吸波材料41分别连接于水平极化耦合通道14和垂直极化耦合通道15的末端，矩形吸波材料41外侧设置有负载堵头42。

本发明中，耦合波导1和波导盖板3通过侧壁檐18上的固定孔16配合螺母紧固连接，侧壁檐18外侧的定位孔17通过紧固螺母连接有天线。

本发明中，水平极化耦合通道14内部的耦合面为平面结构，垂直极化耦合通道15的耦合面为非平面结构，垂直极化耦合通道15的耦合面正面呈连续的“几”字形结构。

本发明中，下沉式结构13等间距均匀分布。

本发明中，水平极化波导5内部设置有短纵缝51，垂直极化波导6内部设置有长纵缝61，长纵缝61以下沉式结构13的中心线为基准，纵向偏置为W。

本发明中，水平极化波导5和垂直极化波导6交错排布，两种极化波导具有高度差h，高度差h等于下沉式结构13的深度。

本发明中，短横缝11设置于短纵缝51正上方，长横缝12设置于长纵缝61正上方。

本发明中，短横缝11和长横缝12沿耦合波导1轴线方向交错分布，短横缝11和长横缝12的尺寸和位置参数根据耦合量确定。

如图8所示，工作频带内，该耦合器的水平极化耦合通道14和垂直极化耦合通道15的端口电压驻波比小于1.27，匹配特性优良。

如图9所示，水平极化耦合通道14与16列水平极化波导5的耦合度分布在40.15dB～42.02dB。

如图10所示，垂直极化耦合通道15与16列垂直极化波导6的耦合度分布在40.22dB～41.50dB。

工作原理：

该发明的耦合波导1的耦合机理为，耦合波导1用于发射校准时，水平极化波导5和垂直极化波导6接收的能量分别通过短横缝11、短纵缝51和长横缝12、长纵缝61进入耦合波导1的水平极化通道14和垂直极化通道15，再进入相控阵校准网络的主设备；耦合波导1用于接收校准时，能量从主设备馈入耦合波导1的水平极化通道14和垂直极化通道15，再通过短横缝11、短纵缝51和长横缝12、长纵缝61进入水平极化波导5和垂直极化波导6。

对该耦合波导1和16水平极化波导5、垂直极化波导6进行联合仿真，仿真模型如图5所示。由图8可知，工作频带内，该耦合器的水平极化耦合通道14和垂直极化耦合通道15的端口电压驻波比小于1.27，匹配特性优良。

本发明中该耦合波导1用于双极化波导类相控阵天线，针对单极化波导类相控阵天线，可只取该耦合波导1的其中一个耦合通道用于校准网络。

本发明中该耦合波导1用于对16路双极化波导的耦合校准，其结构也可用于8路，32路或者更多路的单极化或者双极化波导类相控阵天线的通道校准。

综合上述说明，该耦合波导1为双极化波导类相控阵通道校准提供了一种新方案，该耦合器同时适用于耦合面为平面或者非平面的波导类相控阵天线。该耦合器的耦合通道与波导天线间的耦合度一致性高，端口匹配特性优良，性能稳定，结构紧凑，可拓展性强，是波导类相控阵天线校准网络中一种优选的耦合器形式，可为波导类相控阵天线进行精确的波束赋形提供保障。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：包括耦合波导（1），所述耦合波导（1）和波导盖板（3）组合内部形成耦合波导腔体，所述耦合波导腔体左侧为水平极化耦合通道（14），所述耦合波导腔体右侧为垂直极化耦合通道（15），所述耦合波导（1）外侧设置有侧壁檐（18），所述侧壁檐（18）内侧设置有固定孔（16），所述侧壁檐（18）外侧设置有定位孔（17），所述耦合波导（1）的左侧连接有波导-同轴转换器（2），所述耦合波导（1）右侧连接有负载（4），所述水平极化耦合通道（14）底部设置有短横缝（11），所述垂直极化耦合通道（15）底部设置有长横缝（12），所述垂直极化耦合通道（15）下侧设置有下沉式结构（13），所述下沉式结构（13）下侧连接有垂直极化波导（6），所述下沉式结构（13）之间设置有水平极化波导（5），所述水平极化波导（5）内部设置有短纵缝（51），所述垂直极化波导（6）内部设置有长纵缝（61），所述长纵缝（61）以下沉式结构（13）的中心线为基准，纵向偏置为W，所述短横缝（11）设置于短纵缝（51）正上方，所述长横缝（12）设置于长纵缝（61）正上方。

2.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述波导-同轴转换器（2）通过匹配调节器（23）分别连接于水平极化耦合通道（14）和垂直极化耦合通道（15）的起始端，所述匹配调节器（23）外侧连接有堵头（22），所述堵头（22）外侧设置有馈电接头（21）。

3.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述负载（4）通过矩形吸波材料（41）分别连接于水平极化耦合通道（14）和垂直极化耦合通道（15）的末端，所述矩形吸波材料（41）外侧设置有负载堵头（42）。

4.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述耦合波导（1）和波导盖板（3）通过侧壁檐（18）上的固定孔（16）配合螺母紧固连接，所述侧壁檐（18）外侧的定位孔（17）通过紧固螺母连接有天线。

5.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述水平极化耦合通道（14）内部的耦合面为平面结构，所述垂直极化耦合通道（15）的耦合面为非平面结构，垂直极化耦合通道（15）的耦合面正面呈连续的“几”字形结构。

6.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述下沉式结构（13）等间距均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述水平极化波导（5）和垂直极化波导（6）交错排布，两种极化波导具有高度差h，所述高度差h等于下沉式结构（13）的深度。

8.根据权利要求1所述的一种用于校准网络的多路波导耦合器，其特征在于：所述短横缝（11）和长横缝（12）沿耦合波导（1）轴线方向交错分布，所述短横缝（11）和长横缝（12）的尺寸和位置参数根据耦合量确定。

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