CN114243250B - 宽带延迟线及设计方法、天线 - Google Patents
宽带延迟线及设计方法、天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114243250B CN114243250B CN202111591948.5A CN202111591948A CN114243250B CN 114243250 B CN114243250 B CN 114243250B CN 202111591948 A CN202111591948 A CN 202111591948A CN 114243250 B CN114243250 B CN 114243250B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- step portion
- metal
- metal waveguide
- delay line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 83
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 11
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P9/00—Delay lines of the waveguide type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
- H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明公开一种宽带延迟线及设计方法、天线,所述延迟线包括第一金属波导和第二金属波导,第一金属波导和第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且第一金属波导和第二金属波导的阶梯宽度相同。本发明通过采用两根波导阶梯结构的金属波导组成延迟线,通过改变波导宽边尺寸,改变波导波长,利用不同波导波长和波导长度的互补效应提高延迟线的带宽,使得波导等效为一段无色散的传输线,这种结构便于在高频段使用,并且加工简单。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种宽带延迟线及设计方法、天线。
背景技术
雷达,通信等领域通常需要在每个天线单元后面接不同长度的延迟线以形成宽带扫描波束或赋形波束。不同长度的延迟线可以用不等长度的电缆组件或带状线等无色散的传输线实现。但当频率升高例如到毫米波频段,电缆组件和带状线的损耗极大,加工难度也相应增加。金属波导因其损耗低,易加工的特点,从低频段一直到毫米波频段都有广泛应用。但金属波导是一种带色散的传输线,只能用于窄带的延迟线。
相关技术中,专利申请号为201610643949.2的发明专利申请公开了一种宽带延迟线组件,其通过使收发通道单元和延迟线单元级联,所有的单元中所用的开关均为宽带开关,且延迟线单元采用带接地通孔的陶瓷基片,实现了宽频带内延时传输线的高线性度。同时,陶瓷基片其电常数较高,同其他介质相比在相同电长度的情况下,以陶瓷作为介质基片电路的物理长度很小,保证了组件的小型化设计。但其是采用陶瓷基片作为延迟线单元,陶瓷基片为共面波导结构,整个宽带延迟线组件由1~10单元级联而成,所有的单元中均引入宽带开关。其中,1、5、10单元为收发通道单元,在这3个单元利用开关切换接收发射通道的通断,从而实现组件收发复用。2、3、4、6、7、8、9单元为延迟线单元,依次为:0.5λ延迟单元、1λ延迟单元、2λ延迟单元、4λ延迟单元、8λ延迟单元、16λ延迟单元、32λ延迟单元,这7个延迟单元的级联可以让组件实现64种相位状态的切换,最大相位延迟63.5λ。
该宽带延迟线组件采用陶瓷基片制备,其本质是一种非色散的微带线,而且需引入宽带开关,结构复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提高延迟线的带宽。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
第一方面,本发明实施例提供了一种宽带延迟线,所述延迟线包括第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同。
由于金属波导是一种带色散的传输线,只能用于窄带的延迟线,本发明通过采用两根波导阶梯结构的金属波导组成延迟线,通过改变波导宽边尺寸,改变波导波长,利用不同波导波长和波导长度的互补效应提高延迟线的带宽,使得波导等效为一段无色散的传输线,这种结构便于在高频段使用,并且加工简单。
进一步地,所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同。
进一步地,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
其中,l1为所述第一阶梯部的波导长度,l2为所述第二阶梯部的波导长度,l3为所述第三阶梯部的波导长度,l4为所述第四阶梯部的波导长度,θ所述第一金属波导和所述第二金属波导的时延差,λ为中心频点波长,a为所述第一阶梯部和所述第二阶梯部的波导宽度,a1为所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导宽度。
第二方面,本发明实施例提供了一种宽带延迟线的设计方法,所述方法包括:
制作第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同;
利用所述第一金属波导和所述第二金属波导组成所述宽带延迟线,调整所述第一金属波导和所述第二金属波导的宽度和长度以增加所述延迟线带宽。
进一步地,所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同。
进一步地,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
其中,l1为所述第一阶梯部的波导长度,l2为所述第二阶梯部的波导长度,l3为所述第三阶梯部的波导长度,l4为所述第四阶梯部的波导长度,θ所述第一金属波导和所述第二金属波导的时延差,λ为中心频点波长,a为所述第一阶梯部和所述第二阶梯部的波导宽度,a1为所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导宽度。
第三方面,本发明实施例提供了一种天线,所述天线包括如上所述的宽带延迟线。
本发明的优点在于:
(1)由于金属波导是一种带色散的传输线,只能用于窄带的延迟线,本发明通过采用两根波导阶梯结构的金属波导组成延迟线,通过改变波导宽边尺寸,改变波导波长,利用不同波导波长和波导长度的互补效应提高延迟线的带宽,使得波导等效为一段无色散的传输线,这种结构便于在高频段使用,并且加工简单。
(2)本发明设计的延迟线损耗小,带宽可达30%以上。
(3)本发明设计的延迟线易于和波导功分器等器件一体化设计制造。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例一中的宽带延迟线的俯视图;
图2是本发明实施例一中的宽带延迟线的侧视图;
图3是本发明实施例一中两根金属波导延迟线的相位差;
图4是本发明实施例二中宽带延迟线设计方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,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。
如图1至图2所示,本发明实施例一公开了一种宽带延迟线,所述延迟线包括第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同。
需要说明的是,由于金属波导是一种带色散的传输线,只能用于窄带的延迟线,本发明通过采用两根波导阶梯结构的金属波导组成延迟线,通过改变波导宽边尺寸来改变波导波长,利用不同波导波长和波导长度的互补效应提高延迟线的带宽,使得波导等效为一段无色散的传输线,这种结构便于在高频段使用,并且加工简单。
在一些实施例中,所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同。
需要说明的是,本实施例中金属波导的阶梯结构色设计为两阶即可满足实际需求,本领域技术人员也可根据实际情况设置其他阶数的波导结构,本实施例不作限定。
在一些实施例中,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
其中,l1为所述第一阶梯部的波导长度,l2为所述第二阶梯部的波导长度,l3为所述第三阶梯部的波导长度,l4为所述第四阶梯部的波导长度,θ所述第一金属波导和所述第二金属波导的时延差,λ为中心频点波长,a为所述第一阶梯部和所述第二阶梯部的波导宽度,a1为所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导宽度。
需要说明的是,已知中心频率波长λ,需要的延迟差θ或Δl,波导宽度a和a1,以及波导长度l1和l2,即可根据上述关系式得出另一波导长度l3,l4。
其中,λ为中心频点波长,λg1为波导宽度为a的波导波长,即:
λg2为波导宽度为a1的波导波长,即:
上式展开后得:
同时应使得上式对λ的导数相等以满足宽带要求:
展开后得:
(3)和(4)联立可得上述第一阶梯部和第三阶梯部的波导长度的关系式(1)以及第二阶梯部和第四阶梯部的波导长度的关系式(2)。
下面结合实例对本发明进一步说明。
工作频段设置为28GHz~38GHz,中心频点f=33GHz,中心频点的波长λ=c/f=9.09mm,其中c为光速。可以根据要求设置延迟度数,这里设置在中心频点延迟θ=90°,即Δl=2.2725。根据上述频段,这里采用BJ320波导,宽边尺寸a=7.112mm,窄边尺寸b=3.556mm。图1给出了两根波导延迟线的尺寸,内部采用H面阶梯,阶梯高度与波导高度相等,阶梯宽度为w1=0.3mm,加阶梯后波导宽边尺寸a1=6.5mm,左边波导加阶梯部分和不加阶梯部分的长度分别为:l1=10mm,l2=17mm,可根据(1)式和(2)式算出右边波导加阶梯部分和不加阶梯部分的长度分别为:l3=20.61mm,l4=8.76mm。图3给出了两根波导延迟线的相位差,端口定义如图1所示。由图3可见,两根波导的相位差在中心频点处为89.86°与要求值差0.14°,低频28GHz处为77.66°,与延迟线的理论值差1.3°,高频38GHz处为103.86°,与延迟线的理论值差0.2°。
而且,本发明设计的延迟线损耗小,带宽可达30%以上。由于采用波导阶梯结构,易于加工和与波导功分器等器件一体化设计制造。
如图4所示,本发明实施例二公开了一种宽带延迟线的设计方法,所述方法包括如下步骤:
S1、制作第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同;
S2、利用所述第一金属波导和所述第二金属波导组成所述宽带延迟线,调整所述第一金属波导和所述第二金属波导的宽度和长度以增加所述延迟线带宽。
在一些实施例中,所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同。
在一些实施例中,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
其中,l1为所述第一阶梯部的波导长度,l2为所述第二阶梯部的波导长度,l3为所述第三阶梯部的波导长度,l4为所述第四阶梯部的波导长度,θ所述第一金属波导和所述第二金属波导的时延差,λ为中心频点波长,a为所述第一阶梯部和所述第二阶梯部的波导宽度,a1为所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导宽度。
需要说明的是,本实施例提供的设计方法由于利用波导阶梯结构设计宽带延迟线,加工简单,且易于与波导功分器、天线以及雷达、通信等领域的馈线等进行一体化设计制造。
本发明实施例三还公开了一种天线,其包括如上所述的宽带延迟线。
需要说明的是,该具有上述宽大延迟线的天线便于在高频段例如毫米波频段使用。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种宽带延迟线,其特征在于,所述延迟线包括第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同;
所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同;
所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
2.一种天线,其特征在于,所述天线包括如权利要求1所述的宽带延迟线。
3.一种宽带延迟线的设计方法,其特征在于,所述方法包括:
制作第一金属波导和第二金属波导,所述第一金属波导和所述第二金属波导沿长度方向均采用波导阶梯结构,且所述第一金属波导和所述第二金属波导的阶梯宽度相同;
利用所述第一金属波导和所述第二金属波导组成所述宽带延迟线,调整所述第一金属波导和所述第二金属波导的宽度和长度以增加所述延迟线带宽;
所述第一金属波导包括第一阶梯部和第二阶梯部,所述第二金属波导包括第三阶梯部和第四阶梯部,所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的宽度相同,所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的宽度相同;
所述第一阶梯部和所述第三阶梯部的波导长度满足如下关系式:
所述第二阶梯部和所述第四阶梯部的波导长度满足如下关系式:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111591948.5A CN114243250B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 宽带延迟线及设计方法、天线 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111591948.5A CN114243250B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 宽带延迟线及设计方法、天线 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114243250A CN114243250A (zh) | 2022-03-25 |
CN114243250B true CN114243250B (zh) | 2023-04-07 |
Family
ID=80762136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111591948.5A Active CN114243250B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 宽带延迟线及设计方法、天线 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114243250B (zh) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103066363A (zh) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | 成都赛纳赛德科技有限公司 | 一种波导环耦合器 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19636890C1 (de) * | 1996-09-11 | 1998-02-12 | Bosch Gmbh Robert | Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung |
EP2025038B1 (en) * | 2006-05-31 | 2012-07-11 | Telecom Italia S.p.A. | Continuously tunable delay line |
JP6000904B2 (ja) * | 2013-06-27 | 2016-10-05 | 株式会社フジクラ | 偏波変換素子 |
CN106229600A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-12-14 | 成都集思科技有限公司 | 一种宽带延迟线组件 |
CN206301756U (zh) * | 2016-08-29 | 2017-07-04 | 成都赛纳为特科技有限公司 | 一种扭波导合并式准平面矩形波导s形折叠波导 |
-
2021
- 2021-12-23 CN CN202111591948.5A patent/CN114243250B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103066363A (zh) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | 成都赛纳赛德科技有限公司 | 一种波导环耦合器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114243250A (zh) | 2022-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110165404B (zh) | 具有各向异性特性的宽带低剖面介质贴片天线 | |
Alós et al. | Ka-band gap waveguide coupled-resonator filter for radio link diplexer application | |
CN108172958B (zh) | 一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元 | |
EP2541674B1 (en) | High rejection band-stop filter and diplexer using such filters | |
Choi et al. | A V-band planar narrow bandpass filter using a new type integrated waveguide transition | |
CN109346834A (zh) | Sigw圆极化缝隙天线 | |
US7183882B2 (en) | Microstrip band pass filter using end-coupled SIRs | |
CN115207591A (zh) | 强耦合带状线和含有强耦合带状线的微波元件 | |
CN114243250B (zh) | 宽带延迟线及设计方法、天线 | |
US20080238578A1 (en) | Coplanar waveguide resonator and coplanar waveguide filter using the same | |
CN111697350B (zh) | 基于77GHz平衡对称式馈电的宽带SIW缝隙天线 | |
US6903632B2 (en) | Band pass filter | |
Zhu et al. | 3-D printed W-band waveguide twist with integrated filtering | |
John et al. | Bandwidth enhancement of microstrip patch antenna for 5.8 GHz by optimized feed offset | |
CN116598743A (zh) | 具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器 | |
Boulesbaa et al. | Design of a directional coupler based on SIW technology for X band applications | |
US6147570A (en) | Monolithic integrated interdigital coupler | |
Zhang et al. | Multilayer half-mode substrate integrated waveguide wideband coupler with high selectivity | |
Mukherjee et al. | Implementation of broadband unequal power divider using substrate integrated waveguide (SIW) technology | |
JP2000252704A (ja) | 誘電体フィルタ | |
JP5523293B2 (ja) | 方向性結合器 | |
Kumar et al. | Substrate integrated waveguide cavity backed bowtie slot antenna for 60GHz applications | |
CN220492203U (zh) | Vivaldi天线及通信设备 | |
Shang et al. | A 77GHz miniaturized microstrip antenna array for automotive radar | |
Kumar et al. | Blue-tooth shaped SIW antenna for RADAR Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |