CN113488769B - 一种平行板波导功率分配器及cts天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平行板波导功率分配器及CTS天线，所述CTS天线包括馈电网络，以及与该馈电网络的输出端口连接的辐射单元，所述馈电网络包括如上所述的平行板波导等分功分器和平行板波导不等分功分器，所述平行板波导等分功分器和平行板波导不等分功分器之间通过平行板波导弯头连接。本发明具有双频结构，实现收、发天线一体化，同时具有宽带、低副瓣等特点。
Description
技术领域
本发明涉及天线通讯技术领域，特别涉及一种平行板波导功率分配器及CTS天线、天线装置。
背景技术
对于以非常高的数据率发射数据的无线宽带信道的需求不断增长，特别是在移动卫星通信领域。然而，特别是在航空领域，缺少能够满足移动使用要求的条件的合适的天线，具体来说，诸如收发一体和低剖面天线。对于与卫星进行定向无线数据通信(例如，在Ku或Ka频带)，由于必须可靠地放置相邻卫星之间的干扰，所以同样对天线的副瓣性能有极高的要求。
根据卫星通信天线的规定要求，所有的管理规定意在确保在移动卫星天线的定向发射或接收操作期间在相邻的卫星之间不产生干扰。为了此目的，通常基于相对目标卫星的分离角来定义最大的输出主瓣宽度和副瓣电平，在天线系统的发射操作期间，必须不能超过针对特定副瓣电平的数值，在天线系统的接收操作期间，较低的副瓣电平也可以减小外界信号的干扰。这导致了对于根据该角度的天线特性的严格的要求。随着目标卫星的分离角减小，天线主瓣宽度需要减小，这就需要天线的输出相位配置和幅度配置而实现。因此，通常使用具有这些特性的抛物面天线。然而，对于多数移动应用，特别对于飞行器，抛物面因为尺寸较大具有很差的实用性。例如，在商用飞行器的情况下，天线安装于机身，并且因此由于额外的空气阻力而必须具有最小的剖面高度。
由于通信系统对高传输速率和高可靠传输的需求日益增长，CTS天线作为一种良好性能和制造稳定性的平板天线正在成为先进天线系统的候选天线。因此，国际上很早就对CTS天线开展了一系列的研究，CTS(Continuous Transverse Stub，连续切向节天线)是一种波导缝隙天线，于二十世纪九十年代由美国雷神公司的William W.Milory最先提出，一提出就引起了学术界的强烈反响(Milroy,W.W.,“Continuous transverse stub(CTS)element devices and methods of making same,”U.S.patent 5,266,961,Aug.29,1991)。传统的CTS天线是由多个开口有切向缝隙的平行板波导组成，任何由平面波激励的平行板波导产生的纵向电流分量会被横向缝隙切断，辐射单元和平行板波导构成简单的T型结构，这种结构是一种非谐振结构，具有频带宽、交叉极化低，易于加工的特点，同时由于采用平行板波导这种非色散结构，使得传输损耗变低，天线效率显著提高。
上述连续切向节天线在实际应用情况下，辐射单元的工作带宽是比较宽的，但是天线的整体带宽受限于串联馈电方式和端口转换网络。为了增加天线整体带宽，实现波束定向，可以适当的改变馈电方式，可以设计出适用于并联馈电工作的CTS天线(Ettorre,M.,F.FogliaManzillo,M.Casaletti,R.Sauleau,L.Le Coq,and N.Capet,“Continuoustransverse stub array for Ka-band applications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,Vol.63,No.9,4798–4800,Sep.2015.)。Mauro Ettorre等人描述的是一种全金属16阵元的并馈CTS天线，天线工作在Ka波段，辐射单元由若干个等功分波导T型结产生等幅同相的准TEM信号激励，实验结果证明一种高增益、低剖面的CTS天线阵列。
但是，传统的CTS平板天线，采用等功分功分器级联组成馈电网络，对天线辐射单元进行等幅、同相馈电，天线效率较高，但是第一副瓣电平无法达到卫通的要求。这也直接导致了平板天线在卫星通信系统难以入网，使用率不高。
随着信息技术的迅猛发展，在军事通信系统中，军事装备上各种武器、通信和电子设备不断增多，使得平台上的天线交错林立，天线面临着多频带、小型化、一体化的挑战。双频技术指的是两个频段共用一副卫星通信设备，其中共用一副天线是最重要的问题，对于大型的地面或车载的卫星通信，双频技术更加有用。为了在实际应用中有效较少天线数量，同时满足卫星通信的需求和目的，需要对天线和馈电网络进行收发一体化设计，使其能够在收发两个频段工作，通过收发一体天线实现以往两个天线的功能，减少安装位置，节省系统制造成本。然而目前的卫星通信CTS天线由于馈电网络的限制，无法同时实现双频结构，收发天线为分开工作模式。现有的CTS天线的馈电网络分为串联馈电网络和并联馈电网络两种形式，其中串联馈电网络由于采用波导谐振形式，具有较窄的频带，不适用于收发一体天线的设计；并联馈电网络虽然具有较为宽带的性能，但是其基本结构：平行板波导功率分配器通常设置为单频形式，因此为了达到收发一体的目的，双频馈电网络的设计成为一项重大挑战。目前的卫星通讯频段Ka波段部署了卫星星座，并为固定和移动用户开发了新型用户终端。用于军事和民用应用的接收(Rx)和发射(Tx)单元的分配频段分别为17.7–21.2GHz和27.5–31GHz。
功率分配器(功分器)作为微波系统的基本元件，在阵列天线、功率放大器、混频器等微波系统中都有很广泛的应用。常见的矩形波导波导功率分配器主模为TE10模式，具有插损小，功率容量大等优点，但是存在截止模式，因而传输带宽受限制，不能用作宽带或多频的功率分配器。
综上所述，现有的CTS平板天线阵列由于馈电网络的限制设计在单频波段，只能分别设计接收和发射天线，不能实现天线系统的小型化。而且，现有的天线采用等幅输出的激励方式导致阵面方向天线的副瓣较高，易使得天线发射产生邻星干扰，天线接收抗干扰性能较差，不能有效应用于实际环境中。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种平行板波导功率分配器及CTS天线、天线装置，可实现在双频波段的接收和发射，具有收发一体、低副瓣等特点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种平行板波导功率分配器，包括一个E面T型结、两个E面弯头、若干E面台阶以及两个输出垂直臂，所述E面T型结由一个输入端垂直臂和两个水平臂连接构成，所述水平臂通过E面弯头与输出端垂直臂连接；所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有至少两级阶梯状结构的第一台阶，用于阻抗匹配；所述水平臂与输出端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有第四台阶，用于阻抗匹配；所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，两个水平臂交界处上表面垂直方向设有第二台阶，用于输出端的信号隔离。
所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，输入端垂直臂的两侧水平方向设有第三台阶，用于阻抗匹配。
所述第一台阶中的最高阶梯的高度不超过0.75H1，其中H1为水平臂的波导高度。
所述第三台阶的高度不超过0.25H2，其中H2为垂直臂的波导高度。
所述第四台阶的高度低于第一台阶。
所述第二台阶的高度不超过0.5H3，其中H3为水平臂的波导高度。
所述平行板波导功率分配器为平行板波导等分功分器，为二路功率分配器，其两个输出端口的输出幅度与相位均相同。
一种平行板波导功率分配器，包括一个E面T型结、两个E面弯头、若干E面台阶以及两个输出垂直臂，所述E面T型结由一个输入端垂直臂和两个水平臂连接构成，所述水平臂通过E面弯头与输出端垂直臂连接；所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有至少两级阶梯状结构的第一台阶，用于阻抗匹配，所述两个水平臂第一台阶之间的最高阶梯高度不相等，用于调整输出端的功分比；所述水平臂与输出端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有第四台阶，用于阻抗匹配；所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，两个水平臂交界处上表面垂直方向设有第二台阶，用于输出端的信号隔离；所述水平臂与输出端垂直臂的交界处，水平臂上表面垂直方向设有第五台阶，用于相位补偿。
所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，输入端垂直臂的两侧水平方向设有第三台阶，用于阻抗匹配。
所述两个水平臂第一台阶之间的最高阶梯高度不相等，通过改变其最高阶梯高度差，使得两个端口最大功率与最小功率的比值范围为1:1～3:1。
所述第一台阶中的最高阶梯的高度不超过0.75H4，其中H4为水平臂的波导高度。
所述第三台阶的高度不超过0.25H5，其中H5为垂直臂的波导高度。
所述第四台阶的高度低于第一台阶。
所述第二台阶的高度不超过0.5H6，其中H6为水平臂的波导高度。
所述平行板波导功率分配器为平行板波导不等分功分器，为二路功率分配器，其两个输出端口的输出幅度不相同，相位相同。
本发明还提供一种天线馈电网络，所述馈电网络包括如上所述的平行板波导等分功分器和/或平行板波导不等分功分器，所述平行板波导等分功分器和平行板波导不等分功分器之间通过平行板波导弯头连接。
本发明还提供一种天线馈电网络，所述馈电网络包括如上所述的平行板波导等分功分器，所述平行板波导等分功分器之间通过平行板波导弯头连接。
本发明还提供一种天线馈电网络，所述馈电网络包括如上所述的平行板波导不等分功分器，所述平行板波导不等分功分器之间通过平行板波导弯头连接。
本发明还提供一种CTS天线，包括如上所述的馈电网络，以及与所述的馈电网络的输出端口连接的辐射单元。
所述馈电网络的第一级为如上所述的平行板波导等分功分器，第二级至末级中的至少一级包括如上所述的平行板波导不等分功分器实现，相邻平行板波导等分功分器和平行板波导不等分功分器之间由至少一个平行板波导弯头连接。
所述的CTS天线，其特征在于，所述馈电网络的所有级均为如上所述的平行板波导等分功分器，相邻平行板波导等分功分器之间由一个平行板波导弯头连接。
所述辐射单元为波导缝隙结构。
所述波导缝隙结构由单级或多级开口逐渐增大的台阶或扇形喇叭结构实现。
所述馈电网络为树状并联馈电网络，其级数由辐射单元的数目决定，其中越靠近中轴线位置的信号路径所经过的功分器数目越少。
本发明还提供一种天线装置，包括如上所述的CTS天线。
本发明还提供一种终端设备，包括如上所述的天线装置。
本发明与现有技术相比，具有的以下有益效果：
1.本发明的天线采用平行板波导馈电，排除了矩形波导尺寸相对频率的色散影响，且相比带状、微带线和共面波导，降低了整体系统因信号传输而引入的损耗，提高系统效率与带宽，这在毫米波频段下非常重要。
2.本发明天线由于其双频宽带结构，收、发天线可以实现一体化，这大大减小了天线体积，因此可广泛用于各类产品中，替代多个窄带天线使用。
3.本发明天线采用新型树状馈电网络结构，这种结构不仅相对于传统的馈电结构剖面更低，因此重量更轻，并且该网络可以输出不等幅同相分布的激励信号，使得天线输出增益在达到目标要求的情况下，具有更低的副瓣。
4.在加工方面，由于天线馈源的横截面在一维内是不变的，因此除了铣削可以使用更廉价，更大批量的制造技术，如注塑和挤塑工艺，且由于波导传输模式为准TEM模式，阵面方向上的接缝或断裂并不会严重影响天线性能。
5.本发明采用平行板不等分波导功分器，使得相位功分比可单独控制，使得天线器件指标，如功分比、时延等满足要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实例提供的CTS天线阵面方向正视剖面视图；
图2是图1的剖面三维结构示意图；
图3是本发明实例提供的CTS天线平行板波导不等分功分器的三维结构示意图；
图4是图3的阵面方向正视图；
图5是本发明实例提供的CTS天线平行板波导弯头的三维结构示意图；
图6是图5的阵面方向正视图；
图7是本发明实例提供的CTS天线最后一级功分器和波导阻抗变换器的三维结构示意图；
图8是图7的阵面方向正视图；
图9是本发明实例CTS天线反射系数结果图；
图10是本发明实例CTS天线20GHz频点归一化方向图；
图11是本发明实例CTS天线30GHz频点归一化方向图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、水平、垂直等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-8所示，本发明实施例所述的CTS天线，包括多个平行板波导等分功分器3、平行板波导不等分功分器5、平行板波导弯头4、辐射单元2；为了拓宽频带，平行板波导等分功分器3、平行板波导不等分功分器5、平行板波导弯头4、辐射单元2均由平行板波导构成；为了实现天线收发一体，平行板波导等分功分器3、平行板波导不等分功分器5、平行板波导弯头4、辐射单元2均被设计为双频结构；多级平行板波导等分功分器3、平行板波导不等分功分器5和平行板波导弯头4共同组成了一种树状并联馈电网络1，树状并联馈电网络1的输出端口连接辐射单元2的输入端口；其中，平行板波导不等分功分器5和平行板波导弯头4的端口拐角设有相位补偿结构，用于补偿因功分器结构不对称导致的输出端口相位差，使得天线阵面输出不等幅同相信号。
进一步地，所述树状并联馈电网络1为一种多路功率分配器：第一级由平行板波导等分功分器3实现，第二级至末级中至少由一级平行板波导不等分功分器5实现，相邻功分器之间由至少一个平行板波导弯头4连接。
进一步地，所述的并联馈电网络1的级数由辐射单元2数目决定，其中越靠近中轴线位置辐射单元2经过的功分器数目越少，平行板波导弯头4数目越多。能量达到最后一级时，输出幅度沿中轴线呈余弦分布，输出相位相同。
进一步地，能量通过平行板波导输入端口馈入，在树状并联馈电网络1的每一级功分器被均匀或不均匀分配，最终到达末级输出端口的相位相同，幅度沿中轴线呈锥型分布。
进一步地，所述辐射单元2由波导阻抗变换器或波导缝隙实现；所述波导阻抗变换器由多级开口逐渐增大的台阶20或扇形喇叭结构(包括渐近线结构或直线结构)实现。在阵面方向上，可以选择合适的单元间距以防止栅瓣的出现。
进一步地，所述的平行板波导等分功分器与平行板波导不等分功分器通过改变平行板的台阶高度来改变端口的阻抗值。水平臂与垂直臂交界处，水平臂下表面垂直方向开有若干矩形台阶，这种多级阶梯作为水平臂的阻抗变换器用来匹配E面T型结和E面弯头，在距离辐射阵面越远的部分，水平臂的长度更长，因此这种阶梯的级数可以是无限多的。类似于一般的多级阻抗变换器，水平臂多级变换器每一级阶梯的相对阻抗介于相邻级阶梯阻抗之间。
进一步地，所述平行板波导等分功分器3和平行板波导不等分功分器5均为二路功率分配器，其中每个功率分配器由一个E面T型结、两个E面弯头和若干E面台阶组成；两个输出端口垂直臂9与一个输入端口垂直臂10平行放置，中间由一条水平臂22连接，水平臂的波导高度与垂直臂的波导高度相等，在考虑导体损耗的情况下尽可能小。当所有辐射单元2以规定的方式所激励时，阵列天线的单元之间产生相互耦合辐射出能量。
进一步地，所述平行板波导等分功分器3、平行板波导不等分功分器5的结构如下：水平臂与输入垂直臂交界处，水平臂下表面垂直方向开有若干第一台阶25，用于阻抗匹配；水平臂与输入垂直臂交界处，水平臂上表面中轴线方向开有第二台阶13，用于输出端口信号隔离；水平臂与输入垂直臂交界处，输入垂直臂左右表面水平方向开有第三台阶24，用于阻抗匹配；水平臂与输出垂直臂交界，水平臂下表面开有第四台阶11，用于阻抗匹配。所述第一台阶25、第二台阶13、第三台阶24、第四台阶11均为矩形台阶。在本实施例中，所述第一台阶25为三级的阶梯状结构，其阶梯高度沿水平臂向两端的梯度下降，相邻阶梯结构处的平行板波导阻抗满足切比雪夫多项式，由于匹配阶梯的Q值较低，因此可用于实现双频的阻抗匹配效果。
进一步地，所述平行板波导不等分功分器5具有相位补偿结构和功分比调整结构；所述相位补偿结构具体为：水平臂与输出垂直臂交界，水平臂上表面向波导外侧开有第五台阶14(矩形台阶)，用于相位补偿；所述功分比调整结构具体为：通过调整第一台阶中的两个最高阶梯26高度差来实现输出端口功分比的调整。在本实施例中，所述第一台阶中的两个最高阶梯26的高度差不等，通过改变水平臂枝节的输入阻抗，用于调整输出端的功分比；其中，功分比的调节范围为1～3，所述第一台阶中的最高阶梯的高度不超过0.75H1，其中H1为水平臂的波导高度。通过调整第一台阶中最高阶梯26的高度差与最高阶梯的宽度，可以改变水平臂枝节的输入阻抗，从而调整输出端的功分比，实现平行板波导功分器在两个频段内具有相同功分比的性能。另外，通过改变第五台阶14的台阶高度与宽度，可以改变水平臂平行板波导的波导波长，所述第五台阶用于补偿由第一台阶的最高阶梯高度差带来的相位差，从而使输出垂直臂的电磁波相位一致。其中，相位以0度为中心，正负20度可调。
进一步地，所述平行板波导弯头4由一个水平臂15和一个垂直臂18组成；水平臂与垂直臂交界处，水平臂上表面开有矩形台阶16，用于阻抗匹配；水平臂与垂直臂交界处，水平臂下表面开有矩形台阶17，用于阻抗匹配和相位调节。
进一步地，所述馈电网络必须是非色散的，即非线性相位与幅度随频率的变化可以忽略不计。平行板波导是非色散传输线的一个特例。除极低的频率外，这种过模矩形波导一般都是非色散的。
进一步地，所述的平行板波导既可以使用金属材料制作，如6061T6铝材质，也可以使用表面镀金属的低损耗微波介质材料制作，介质填充方式可以是部分填充或是整体填充。加工方式可以是铣削、注塑、挤塑工艺。为了使天线口径效率最大化，两个相邻辐射单元2之间的部分的宽度应被制成尽可能薄，设置为数控铣削、注塑、挤塑可以实现的最小尺寸，并且需要利用特定结构(如端板)装配、并保证装配精度。
在本发明的其中一个实施例中，如图1、2所示，根据本发明的原则实现的一种双频宽带低副瓣并馈CTS天线实例。该天线实例使用平行板金属波导作为传输线，总体结构分为树状馈电网络和辐射阵面，其中，树状馈电网络是一个沿中轴线对称的三十二路波导功分器，由五级二路波导功分器和平行板波导弯头4组成，波导功分器分为平行板波导等分功分器3和波导不等分5功分器，作用是将能量按一定比例分配至下一级，每个平行板波导弯头4波导功分器的设计均采用本发明描述的宽带双频匹配的设计方法。辐射阵面由32个辐射单元2组成，作用是匹配波导与空气阻抗，将能量辐射至自由空间。天线工作时，射频能量通过平行板波导输入端口馈入，能量在每一级功分器的两个水平臂间被均匀或不均匀分配，最终到达树状馈电网络最后一级输出端口的能量相位相同，幅度沿中轴线呈余弦规律分布。输入端口的反射系数在很宽的频带范围内保持恒定，要实现更宽的瞬时带宽，传输线和并联馈电网络一级天线的其他组件必须是非色散的，即非线性相位幅度随频率的变换可以忽略不计，本设计采用的平行板波导是一种非色散准TEM模传输线。
如图3、4所示，所述的波导功分器由一个E面T型结、两个E面弯头和若干E面台阶组成。两个输出端口垂直臂9与输入端口垂直臂10平行放置，中间有一条水平臂22连接输入输出端口。由于水平臂第一级阶梯26波导高度与波导阻抗关系简单，通过控制第一阶梯波导高度来控制功分器功分比的这种设计方法简单易行，且左右两端高度差越大，两个输出端口的输出功分比越大。水平臂与输入垂直臂交界处，水平臂下表面垂直方向开有若干第一台阶25，用于阻抗匹配；水平臂与输入垂直臂交界处，水平臂上表面中轴线方向开有第二台阶13，用于输出端口信号隔离；水平臂与输入垂直臂交界处，输入垂直臂左右表面水平方向开有第三台阶24，用于阻抗匹配；水平臂与输出垂直臂交界，水平臂下表面开有第四台阶11，用于阻抗匹配，可以选择合适的第四台阶大小，用来截止不需要的高阶模式。所述第一台阶25、第二台阶13、第三台阶24、第四台阶11均为矩形台阶。
如图5、6所示，所述的平行板波导弯头4由一个水平臂15与一个垂直臂18组成。水平臂与输出垂直臂交界处，水平臂上表面开有矩形台阶16用于波导转向阻抗匹配，可以选择合适的弯头台阶大小，用来截止不需要的高阶模式。水平臂与输出垂直臂交界处，水平臂下表面开有矩形台阶17用于相位补偿。
如图7、8所示，所述为辐射单元2和最后一级功分器，其中输入端口垂直臂21与输出端口垂直臂19平行放置，阻抗变换器为四阶切比雪夫阻抗变换器20，用于辐射能量。宽带匹配是通过阻抗变换器和最后一级功分器的组合实现的。
如图9所示，所述的CTS天线实例利用仿真软件的反射系数结果图，设计的CTS天线的仿真反射系数在在19GHz到21GHz和28到30GHz频带内反射系数基本上反射系数基本低于-20dB，所设计的CTS天线具有良好的双频阻抗匹配特性，优于传统的窄带CTS天线。
如图10、11所示，所述的CTS天线实例利用仿真软件，工作频率依次为20GHz和30GHz，天线E面和H面的远场增益方向图。其中E面的主极化为阵面方向的极化，该极化是切向节阵列叠加激励；H面的主极化是切向节上的极化，该极化由波导主模激励。在20GHz和30GHz频点处，天线增益分别为37.6dBi和41.1dBi副瓣均优于-21dB。随着频率改变天线的副瓣变化基本很小，可以看出所设计的CTS天线是高增益低副瓣的。
基于上述CTS天线，本发明的CTS天线可以应用于相应的天线装置。进一步地，所述天线装置还可以安装在各类终端设备上，如通讯基站、车载天线终端、卫星终端等。
以上是本发明实施例的具体实施方式，本领域的技术人员可以通过应用本发明公开的方法以及一些没有做出创造性劳动前提下的替代方式制作出本双频宽带低副瓣并馈CTS天线。本发明天线具有宽频带、低剖面、高效率、天线收发一体等特点，适合作为宽带定向天线使用。但是，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种平行板波导功率分配器，其特征在于，包括一个E面T型结、两个E面弯头、若干E面台阶以及两个输出垂直臂，所述E面T型结由一个输入端垂直臂和两个水平臂连接构成，所述水平臂通过E面弯头与输出端垂直臂连接；
所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有至少两级阶梯状结构的第一台阶，用于阻抗匹配，所述两个水平臂第一台阶之间的最高阶梯高度不相等，用于调整输出端的功分比；
所述水平臂与输出端垂直臂的交界处，水平臂下表面垂直方向设有第四台阶，用于阻抗匹配；
所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，两个水平臂交界处上表面垂直方向设有第二台阶，用于输出端的信号隔离；
所述水平臂与输出端垂直臂的交界处，水平臂上表面垂直方向设有第五台阶，用于相位补偿；
所述第一台阶为三级的阶梯状结构，其阶梯高度沿水平臂向两端的梯度下降，相邻阶梯结构处的平行板波导阻抗满足切比雪夫多项式，用于实现双频的阻抗匹配效果。
2.根据权利要求1所述的平行板波导功率分配器，其特征在于，所述水平臂与输入端垂直臂的交界处，输入端垂直臂的两侧水平方向设有第三台阶，用于阻抗匹配；
所述两个水平臂第一台阶之间的最高阶梯高度不相等，通过改变其最高阶梯高度差，使得两个端口最大功率与最小功率的比值范围为1:1~3:1；
所述第一台阶中的最高阶梯的高度不超过0 .75H4，其中H4为水平臂的波导高度；
所述第三台阶的高度不超过0.25H5，其中H5为垂直臂的波导高度；
所述第四台阶的高度低于第一台阶；
所述第二台阶的高度不超过0.5H6，其中H6为水平臂的波导高度。
3.根据权利要求1所述的平行板波导功率分配器，其特征在于，所述平行板波导功率分配器为二路功率分配器，其两个输出端口的输出幅度不相同，相位相同。
4.根据权利要求1所述的平行板波导功率分配器，其特征在于，所述平行板波导功率分配器为二路功率分配器，其两个输出端口的输出幅度与相位均相同，两个端口最大功率与最小功率的比值为1:1。
5.一种天线馈电网络，其特征在于，所述馈电网络包括权利要求1-3任一项所述的平行板波导功率分配器，权利要求1-3所述任一平行板波导功率分配器之间通过平行板波导弯头连接。
6.一种CTS天线，其特征在于：包括权利要求5所述的馈电网络，以及与所述馈电网络的输出端口连接的辐射单元。
7.根据权利要求6所述的CTS天线，其特征在于，
所述辐射单元为波导缝隙结构；
所述波导缝隙结构由单级或多级开口逐渐增大的台阶或扇形喇叭结构实现；
所述馈电网络为树状并联馈电网络，其级数由辐射单元的数目决定，其中越靠 近中轴线位置的信号路径所经过的功率分配器数目越少。
8.一种天线装置，其特征在于，包括如权利要求6-7任一项所述的CTS天线。
9.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的天线装置。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6421021B1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-07-16 | Raytheon Company | Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth |
| CN103236584A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-07 | 山东国威卫星通信有限公司 | 旁瓣电平可控平板天线 |
| CN105529524A (zh) * | 2014-09-29 | 2016-04-27 | 北京天工开正科技有限责任公司 | 基于空气填充的平行板波导结构的阵列天线 |
| CN106877004A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-20 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络 |
| CN106887716A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-23 | 宁波大学 | 一种cts平板阵列天线 |
| CN107331978A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-11-07 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 宽带低副瓣串馈cts天线 |
| CN108270072A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 深圳超级数据链技术有限公司 | 低剖面天线 |
| CN108470988A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-08-31 | 广东圣大电子有限公司 | 一种宽带低剖面高增益卫星天线 |
| CN109193126A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-11 | 宁波大学 | 一种频率扫描cts平板阵列天线 |
| CN210224293U (zh) * | 2019-03-21 | 2020-03-31 | 成都赛康宇通科技有限公司 | 一种固定扇形波束cts阵列天线 |
-
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6421021B1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-07-16 | Raytheon Company | Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth |
| CN103236584A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-07 | 山东国威卫星通信有限公司 | 旁瓣电平可控平板天线 |
| CN105529524A (zh) * | 2014-09-29 | 2016-04-27 | 北京天工开正科技有限责任公司 | 基于空气填充的平行板波导结构的阵列天线 |
| CN108270072A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 深圳超级数据链技术有限公司 | 低剖面天线 |
| CN106887716A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-23 | 宁波大学 | 一种cts平板阵列天线 |
| CN106877004A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-20 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种双极化宽带平板阵列天线馈电网络 |
| CN107331978A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-11-07 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 宽带低副瓣串馈cts天线 |
| CN108470988A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-08-31 | 广东圣大电子有限公司 | 一种宽带低剖面高增益卫星天线 |
| CN109193126A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-11 | 宁波大学 | 一种频率扫描cts平板阵列天线 |
| CN210224293U (zh) * | 2019-03-21 | 2020-03-31 | 成都赛康宇通科技有限公司 | 一种固定扇形波束cts阵列天线 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| A K/Ka Dual-band Continuous Transverse Stub(CTS) Antenna Array With Sidelobe Suppression;Junchao Ji等;《2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting》;20210217;第1-3节 * |
| A planar parallel-plate fed Continuous Transverse Stub (CTS) array antenna;Hailin Dong等;《2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》;20120705;摘要、第1-3节 * |
| Hailin Dong等.A planar parallel-plate fed Continuous Transverse Stub (CTS) array antenna.《2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》.2012,第1-3节. * |
| Long Slot Array Fed by a Nonuniform Corporate Feed Network in PPW Technology;Thomas Potelon等;《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;20190523;第67卷(第8期);摘要、第2-4节 * |
| 基于波导功分馈电的CTS阵列天线设计;单延军等;《光学仪器》;20191215(第06期);全文 * |
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