CN209249653U - 一种串行激励波导及串行激励波导阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种串行激励波导及串行激励波导阵列，所述串行激励波导包括：激励结构和被激励微波结构，其中：所述激励结构与所述被激励微波结构的一端连接，用于对于所述被激励微波结构进行激励；微波信号从所述激励结构馈入，输出至被激励微波结构。本实用新型极大缩小了平行板波导的外形尺寸，实现了平行板波导的小型化，且由于不需要多级并联激励结构，从而有效避免了额外的能量损耗，可大幅提高平板阵列天线的口面效率。

Description

一种串行激励波导及串行激励波导阵列

技术领域

本实用新型属于微波技术领域，尤其是一种串行激励波导及串行激励波导阵列。

背景技术

平行板波导经常被用于设计平板阵列天线，具有模式稳定、损耗低的优点。平行板波导结构本身很简单，就是由上下两个相互平行的金属板构成。但是，为了正确激励平行板波导工作，通常采用并联激励的方式，由于需要采用多级并联，因而要附加额外的、体积庞大且结构复杂的激励机构，造成平行板波导的整体外形尺寸远大于平行板波导有效工作区域的尺寸，重量也相应大幅度增加。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种串行激励波导及串行激励波导阵列。

根据本实用新型的一方面，提出一种串行激励波导，所述串行激励波导包括：激励结构和被激励微波结构，其中：

所述激励结构与所述被激励微波结构的一端连接，用于对于所述被激励微波结构进行激励；

微波信号从所述激励结构馈入，输出至被激励微波结构。

可选地，所述激励结构包括依次串联连接的串行激励结构、连接结构和接口结构。

可选地，所述串行激励结构和/或接口结构采用导波结构。

可选地，所述串行激励结构包括一组串行连接的功分器。

可选地，所述串行激励结构的末端加载有第一端子，或者直接对外界空间开放。

可选地，所述第一端子为匹配负载、吸波材料、短路器或者电抗性元件。

可选地，当所述第一端子为电抗性元件时，其阻抗值由接口结构向被激励微波结构馈入的信号的初始幅度和初始相位决定。

可选地，所述串行激励结构加载有一个或多个射频移相器、可变衰减器或可调放大器。

可选地，所述串行激励结构加载有周期结构或周期性加载有电子元器件。

可选地，所述接口结构与被激励微波结构采用相同或相似类型的微波结构。

可选地，所述被激励微波结构由两层互相平行的金属层构成。

可选地，所述金属层为金属板或金属涂层。

可选地，所述金属层之间采用绝缘材料支撑，或者在四周远离结构中心的区域采用金属材料支撑。

可选地，所述金属层相对的内表面设置有凸出或凹陷结构。

可选地，所述凸出或凹陷结构通过蚀刻、电镀或机械加工法制作得到。

可选地，所述被激励微波结构与接口结构连接的一侧边缘连接有第二端子或者直接对外界空间开放。

可选地，所述第二端子为匹配负载、吸波材料或短路器。

可选地，所述串行激励结构为同轴线结构、矩形波导结构或微带结构。

可选地，所述被激励微波结构为腔体平行板波导、微带平行板波导或矩形波导结构。

可选地，当所述被激励微波结构为腔体平行板波导结构时，所述接口结构采用矩形波导结构。

可选地，当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-矩形波导转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构省略；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构为微带-矩形波导转换器。

可选地，当所述被激励微波结构为矩形波导结构时，所述接口结构也为矩形波导结构，且与所述被激励微波结构集成。

可选地，当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-矩形波导转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构省略；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构为微带-矩形波导转换器。

可选地，当所述被激励微波结构为微带平行板波导结构时，所述接口结构为微带结构，且与所述被激励微波结构集成。

可选地，当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-微带转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构为矩形波导-微带转换器；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构省略。

可选地，所述被激励微波结构的另一端也连接有所述激励结构。

可选地，所述被激励微波结构的信号输出端口连接匹配负载、吸波材料或短路器，或者直接对外界空间开放，或者通过微波能量回收器件将微波输出信号返回至信号馈入端口。

可选地，所述被激励微波结构的微波信号输入端口和微波信号输出端口的位置可对调，以改变所述被激励微波结构4中的电磁波传播方向。

根据本实用新型的另一方面，还提出一种串行激励波导阵列，所述串行激励波导阵列包括两个或多个如上所述的串行激励波导，所述串行激励波导通过微波信号放大器级联形成所述串行激励波导阵列。

本实用新型通过设计一种采用串行激励方式的平板波导，极大缩小了平行板波导的外形尺寸，实现了平行板波导的小型化。当基于本实用新型提出的串行激励平行板波导设计平板阵列天线时，由于不需要多级并联激励结构，从而有效避免了额外的能量损耗，可大幅提高平板阵列天线的口面效率。另外，本实用新型提出的串行激励平行板波导可以在平行板波导中实现任意传输方向的TEM波、TE波。

附图说明

通过参照附图详细描述各示例性实施例，以上及其他特征和优点对于本领域普通技术人员而言将变得更为明显，在附图中：

图1是根据本实用新型的串行激励波导的系统框架图；

图2是根据本实用新型的串行激励波导的一个实施例；

图3是根据本实用新型的串行激励波导的一个实施例；

图4是根据本实用新型的串行激励波导的一个实施例。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。本实用新型的实施例提供了对于本实用新型设计构思的示例性的实现方式，呈现出对本实用新型基本设计构思的理解，而并非用于对本实用新型进行技术细节性的限制。

如图1所示，根据本实用新型的一方面，提出一种串行激励波导，其主要包括依次串联连接的串行激励结构1、连接结构2、接口结构3和被激励微波结构4，其中：微波信号从串行激励结构1馈入，通过连接结构2传入接口结构3，再从接口结构3输出至被激励微波结构4，最终形成所需要的TE模式波或者TEM模式波，即横电波或者横电磁波。

其中，所述串行激励结构1和/或接口结构3可以采用导波结构。

如图2所示，所述串行激励结构1包括一组串行连接的功分器101、102、103、…….，馈入信号从串行激励结构1的输入端进入首级功分器101，经过功分器101后被分为两条支路输出，一条支路经串行激励结构1的输出端口向外输出，另一条支路继续向下一级功分器102输入，如此逐级输入至最后一级功分器，经过最后一级功分器后一条支路继续向串行激励结构1的输出端口输出，其中，所述输出端口的数量与功分器的级别数量相对应，而另一条支路则通往所述串行激励结构1的末端，所述串行激励结构1的末端加载有第一端子100，所述第一端子100可以是匹配负载、吸波材料、短路器等等，或者直接对外界空间开放，另外，所述第一端子100也可以是电抗性元件用以实现接口结构3的馈入端具备特定的幅度和相位关系。

当第一端子100是电抗性元件时，其阻抗值由接口结构3向被激励微波结构4馈入的信号的初始幅度和初始相位决定，所述初始幅度和初始相位是指，接口结构3向被激励微波结构4馈入的各路信号刚刚进入还未达到稳定状态时，叠加在一起形成的初始幅度和初始相位，利用电磁场仿真软件能够确定。

可选地，在所述串行激励结构1中，通过加载若干个射频移相器、可变衰减器(或者可调放大器)，能够实现对接口结构3输出射频信号的相位、幅度进行实时控制的目的，具体地，所述射频移相器、可变衰减器(或者可调放大器)可直接加载在波导结构上或者通过插销等辅助设置方式加载在波导结构上。

可选地，通过在所述串行激励结构1的表面或内部，加载周期结构或周期性加载电子元器件，能够实现对串行激励结构1所传输电磁波的传输模式、以及传输常数和相速等参数进行调节。

所述串行激励结构1可以是同轴线结构、矩形波导结构、微带结构等多种结构，所述功分器设置于上述各种结构之内。

其中，所述连接结构2，用于实现微波信号从串行激励结构1到接口结构3的模式变换和阻抗变换，从而实现不同传输结构之间的连接和转换。

所述接口结构3，用于作为被激励微波结构4接收各路信号的输入接口，接口结构3和被激励微波结构4一般采用相同或相似类型的微波结构。

所述被激励微波结构4由两层互相平行的金属层构成，所述金属层可以是金属板或金属涂层，电磁波在这两层金属层的间隙中传播。上述两层金属层之间可以用绝缘材料支撑，也可以在四周远离结构中心的区域用金属材料支撑。在上述两层金属层相对的内表面，可以通过蚀刻、电镀或者机械加工等方法制作出某种凸出或者凹陷的结构，从而影响微波信号在该被激励微波结构中的相移常数、相速、传输模式、传播方向等。

其中，所述被激励微波结构4具体可以采用腔体平行板波导、微带平行板波导、或矩形波导等结构。

腔体平行板波导，是由经过机械加工的两块金属板相对放置形成的平行板波导；

微带平行板波导，是由PCB工艺或者半导体工艺实现的通过在一块介质板正反两面蚀刻出的一对金属薄层结构形成的平行板波导；

矩形波导，是金属材料构成的具有内部腔体结构的波导，外部轮廓的横截面和腔体横截面均为矩形。

被激励微波结构4与接口结构3连接的一侧边缘，例如，当被激励微波结构4的一侧与接口结构3相连接时，被激励微波结构4的另外3侧分别连接第二端子400，所述第二端子400可以是匹配负载、吸波材料、短路器中的至少一种，在另一个实施例中，所述被激励微波结构4的另外3侧也可以直接对外界空间开放。

具体实施例1

当所述被激励微波结构4为腔体平行板波导时，由于矩形波导比较容易利用机械加工的方式实现，所以接口结构3通常采用矩形波导，便于利用同一工艺将所述被激励微波结构4和接口结构3集成起来，甚至是一体化加工。

在该实施例中，如果所述串行激励结构1为同轴结构，那么连接结构2可以选为同轴-矩形波导转换器，以完成同轴结构到接口结构3的转换。

如果所述串行激励结构1为矩形波导结构，则连接结构2可以省略。

如果所述串行激励结构1为微带结构，那么连接结构2可以选为微带-矩形波导转换器，以完成微带结构到接口结构3的转换。

具体实施方式2

当所述被激励微波结构4为矩形波导时，可以直接利用机械加工的方式对于所述被激励微波结构4和接口结构3进行一体化加工。

在该实施例中，如果所述串行激励结构1为同轴结构，那么连接结构2可以选为同轴-矩形波导转换器，以完成同轴结构到接口结构3的转换。

如果所述串行激励结构1为矩形波导结构，则连接结构2可以省略。

如果可以选串行激励结构1为微带结构，那么连接结构2可以选为微带-矩形波导转换器，以完成微带结构到接口结构3的转换。

具体实施方式3

当所述被激励微波结构4为微带平行板波导时，由于微带结构通常是由PCB工艺或者半导体工艺加工实现的，所以通常利用所述PCB工艺或半导体工艺，将所述被激励微波结构4和接口结构3集成起来，甚至是一体化加工。

在该实施例中，如果所述串行激励结构1为同轴结构，那么连接结构2可以选为同轴-微带转换器，以完成同轴结构到接口结构3的转换。

如果所述串行激励结构1为矩形波导结构，那么连接结构2可以选为矩形波导-微带转换器，以完成矩形波导到接口结构3的转换。

如果所述串行激励结构1为微带结构，则连接结构2可以省略。

如图3和图4所示，所述被激励微波结构4的另一侧也可以继续接驳类似的结构。图3中，所述被激励微波结构4的信号输出端口可以接驳匹配负载、吸波材料、短路器等微波终端器件，或者直接对外界空间开放，也可以通过一个微波能量回收器件将微波输出信号返回至所述被激励微波结构4的信号馈入端口。

若将图3中所述被激励微波结构4的微波信号输入端口和微波信号输出端口位置对调，可以直接改变被激励微波结构4中的电磁波传播方向。当在被激励微波结构上开缝形成天线阵列时，通过改变被激励微波结构4中的电磁波传播方向可以实现改变天线阵极化状态的作用，比如，可以实现天线阵的左旋圆极化和右旋圆极化之间的切换，或者实现天线阵的两种相互垂直的线极化状态之间的转换。

如图4所示，多个图2所示的串行激励波导可以级联起来，形成波导阵列，其中器件5指的是微波信号放大器。即，根据本实用新型的另一方面提出的一种串行激励波导阵列，包括两个或多个如上所述的串行激励波导，所述串行激励波导通过微波信号放大器级联形成所述串行激励波导阵列。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (29)

1.一种串行激励波导，其特征在于，所述串行激励波导包括：激励结构和被激励微波结构，其中：

所述激励结构与所述被激励微波结构的一端连接，用于对于所述被激励微波结构进行激励；

微波信号从所述激励结构馈入，输出至被激励微波结构。

2.根据权利要求1所述的串行激励波导，其特征在于，所述激励结构包括依次串联连接的串行激励结构、连接结构和接口结构。

3.根据权利要求2所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构和/或接口结构采用导波结构。

4.根据权利要求2或3所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构包括一组串行连接的功分器。

5.根据权利要求2或3所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构的末端加载有第一端子，或者直接对外界空间开放。

6.根据权利要求5所述的串行激励波导，其特征在于，所述第一端子为匹配负载、吸波材料、短路器或者电抗性元件。

7.根据权利要求6所述的串行激励波导，其特征在于，当所述第一端子为电抗性元件时，其阻抗值由接口结构向被激励微波结构馈入的信号的初始幅度和初始相位决定。

8.根据权利要求2、3、6、7任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构加载有一个或多个射频移相器、可变衰减器或可调放大器。

9.根据权利要求2、3、6、7任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构加载有周期结构或周期性加载有电子元器件。

10.根据权利要求2、3、6、7任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述接口结构与被激励微波结构采用相同或相似类型的微波结构。

11.根据权利要求1-3、6、7任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构由两层互相平行的金属层构成。

12.根据权利要求11所述的串行激励波导，其特征在于，所述金属层为金属板或金属涂层。

13.根据权利要求11所述的串行激励波导，其特征在于，所述金属层之间采用绝缘材料支撑，或者在四周远离结构中心的区域采用金属材料支撑。

14.根据权利要求11所述的串行激励波导，其特征在于，所述金属层相对的内表面设置有凸出或凹陷结构。

15.根据权利要求14所述的串行激励波导，其特征在于，所述凸出或凹陷结构通过蚀刻、电镀或机械加工法制作得到。

16.根据权利要求2、3、6、7、12-15任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构与接口结构连接的一侧边缘连接有第二端子或者直接对外界空间开放。

17.根据权利要求16所述的串行激励波导，其特征在于，所述第二端子为匹配负载、吸波材料或短路器。

18.根据权利要求2、3、6、7、12-15、17任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述串行激励结构为同轴线结构、矩形波导结构或微带结构。

19.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构为腔体平行板波导、微带平行板波导或矩形波导结构。

20.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17任一所述的串行激励波导，其特征在于，当所述被激励微波结构为腔体平行板波导结构时，所述接口结构采用矩形波导结构。

21.根据权利要求20所述的串行激励波导，其特征在于，

当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-矩形波导转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构省略；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构为微带-矩形波导转换器。

22.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17任一所述的串行激励波导，其特征在于，当所述被激励微波结构为矩形波导结构时，所述接口结构也为矩形波导结构，且与所述被激励微波结构集成。

23.根据权利要求22所述的串行激励波导，其特征在于，

当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-矩形波导转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构省略；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构为微带-矩形波导转换器。

24.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17任一所述的串行激励波导，其特征在于，当所述被激励微波结构为微带平行板波导结构时，所述接口结构为微带结构，且与所述被激励微波结构集成。

25.根据权利要求24所述的串行激励波导，其特征在于，

当所述串行激励结构为同轴结构时，所述连接结构为同轴-微带转换器；

当所述串行激励结构为矩形波导结构时，所述连接结构为矩形波导-微带转换器；

或者，当所述串行激励结构为微带结构时，所述连接结构省略。

26.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17、21、23、25任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构的另一端也连接有所述激励结构。

27.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17、21、23、25任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构的信号输出端口连接匹配负载、吸波材料或短路器，或者直接对外界空间开放，或者通过微波能量回收器件将微波输出信号返回至信号馈入端口。

28.根据权利要求1-3、6、7、12-15、17、21、23、25任一所述的串行激励波导，其特征在于，所述被激励微波结构的微波信号输入端口和微波信号输出端口的位置可对调，以改变所述被激励微波结构中的电磁波传播方向。

29.一种串行激励波导阵列，其特征在于，所述串行激励波导阵列包括两个或多个如权利要求1-28任一所述的串行激励波导，所述串行激励波导通过微波信号放大器级联形成所述串行激励波导阵列。