CN108110436B - 波导馈电网络、波导阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导馈电网络，用于波导阵列天线，所述波导馈电网络包括由一组矩形波导E面T型功分器级联而成的E‑T功分器网络，所述E‑T功分器网络最后一级的每个矩形波导E面T型功分器的两个输出端口分别连接有一个90°极化器，这两个90°极化器的结构呈镜像对称设置。本发明还公开了波导阵列天线，包括天线辐射单元及如上所述波导馈电网络。相比现有技术，本发明可有效抑制泄漏问题，从而降低整个馈电网络的插损，同时大幅降低加工难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种波导馈电网络，用于波导阵列天线。
背景技术
现代通信技术飞速发展，通信系统对天线的要求向小型化，高效率方向发展。波导平板阵列天线体积小、效率高、低剖面和重量轻的特点，非常符合现代通信技术发展方向。波导平板阵列天线包括天线辐射单元和波导馈电网络。
波导馈电网络是波导平板阵列天线的重要组成部分，它的关键指标是幅度分布和相位分布。在保证天线副瓣最小时，幅度满足泰勒分布；当保证天线增益最大时幅度满足平均分布。无论是哪一种幅度分布，必须保证等相位分布，即馈到每一个辐射单元的波导口的信号都必须是等相位。
目前常用的波导馈电网络都是矩形波导HT功分器网络结构，由一组矩形波导H面T型功分器（简称HT功分器）级联而成。由矩形波导HT结构特性可知，在结构对称的情况下HT功分器可以保证所有的端口的相位相等，幅度可以通过分隔处膜片的位置控制，理论上很好的实现馈电网络的功分特性。但是在实际加工装配过程中，HT功分器只能从窄边剖分切割，由于平面缝隙天线只能在天线的四周放置紧固螺钉，中间完全是辐射单元没法放置安装螺钉，窄边H面就会由于加工的平面度不够好等原因，必然存在泄漏。这些缝隙的泄漏会严重恶化天线的性能，降低天线的增益和辐射效率。在高频特别是目前通信研究的热点频率E-band表现的尤其严重，甚至造成天线不能工作。为了解决HT波导馈电网络的泄漏问题，目前最长用的方法是镀银焊接，但是镀银焊接的锡珠很容易溢到波导空腔中，恶化回波，且不具有可维修性。瑞典gap waves公司提出抑制泄漏的周期结构，在波导通道的两边放置周期分布，高度大致为工作波长1/4的针状结构，抑制H面缝隙的泄漏，该结构能很好的解决泄漏问题，大大提高了天线的性能，但是该结构的细针很难加工且很容易损坏，增加天线的成本，且不利于天线的大批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种波导馈电网络，可有效抑制泄漏问题，从而降低整个馈电网络的插损，同时大幅降低加工难度。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种波导馈电网络，用于波导阵列天线，所述波导馈电网络包括由一组矩形波导E面T型功分器级联而成的E-T功分器网络，所述E-T功分器网络最后一级的每个矩形波导E面T型功分器的两个输出端口分别连接有一个90°极化器，这两个90°极化器的结构呈镜像对称设置。
优选地，所述90°极化器包括输入矩形波导、输出矩形波导，输入矩形波导E面的垂直等分面与输出矩形波导H面的垂直等分面共面；输入矩形波导依次通过一个台阶结构和一个蝶形结构与输出矩形波导连接；所述台阶结构用于匹配回波；所述蝶形结构用于扭转电磁波导极化方向，其由两个相互垂直且部分重合的长方体波导组成，该蝶形结构的高度大致为工作频率所对应波长的1/4，蝶形结构的底面与输入矩形波导E面的垂直等分面重合。
优选地，所述矩形波导E面T型功分器由沿E面剖分开的两个部件组合而成。
更进一步地，所述矩形波导E面T型功分器由沿E面中心线剖分开的两个部件组合而成。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
一种波导阵列天线，包括天线辐射单元及如上任一技术方案所述波导馈电网络。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明创造性地提出利用E-T功分器网络构建波导阵列天线的波导馈电网络，并通过给最后一级的每个E-T功分器的两个输出端口分别连接结构呈镜像对称设置的90°极化器，来解决相位一致性的问题。由于E-T功分器加工过程中是从宽边E面剖分，由矩形波导的特性可知，沿宽边中线剖分的缝隙由于不切断电流，因此不存在泄漏的问题，可以有效的解决馈电网络的泄漏问题。特别是在类似E-band这样的高频频段，可有效抑制馈电网络的泄漏问题，降低整个馈电网络的插损，同时可以有效降低馈电网络加工平面度的要求，降低加工难度。
附图说明
图1为现有四端口E-T功分器网络的结构示意图；
图2为图1所示四端口E-T功分器网络的各端口相位分布仿真图；
图3为本发明波导馈电网络具体实施例一的结构示意图；
图4为具体实施例一中的90°极化器结构示意图；
图5为具体实施例一的各端口相位分布仿真图；
图6为本发明波导馈电网络具体实施例二的结构示意图；
图7～图9为具体实施例二中的90°极化器结构示意图；
图10为具体实施例二的各端口相位分布仿真图。
图中包含以下附图标记：
1、公共端口，2～5、输出端口，6、+90度极化器，7、-90度极化器，8、输入矩形波导，9、输出矩形波导，10、台阶结构，11、蝶形结构，12、蝶形结构底部。
具体实施方式
为了解决现有矩形波导H-T功分器网络结构馈电网络的泄漏问题，本发明的思路是采用E-T功分器网络构建馈电网络。矩形波导E面T型结构功分器可以从宽边剖分，很好的解决了馈电网络的泄漏问题，但是E-T结构功分器是将信号分为相位相反的两路信号（两个输出端口相位相差180度），图1显示了一个四端口的E-T功分器网络，图2是该E-T功分器网络的四个端口相位分布仿真图，由图2可知输出端口之间相位相差180度，不能满足各端口要求相位一致的要求。因此，E-T功分器网络从未在现有波导平板缝隙阵列天线馈电系统中使用。为了能利用E-T功分器网络构建波导阵列天线的波导馈电网络，本发明通过给最后一级的每个E-T功分器的两个输出端口分别连接镜像对称设置的90°极化器，来解决相位一致性的问题。
具体而言，本发明波导馈电网络包括由一组矩形波导E面T型功分器级联而成的E-T功分器网络，所述E-T功分器网络最后一级的每个矩形波导E面T型功分器的两个输出端口分别连接有一个90°极化器，这两个90°极化器的结构呈镜像对称设置。
对于最后一级的每个矩形波导E面T型功分器而言，其两个输出端口信号相位相差180°，为了使得其相位保持一致，需要进行相位调整，本发明利用两个镜像对称设置的90°极化器来分别对两个端口的输出信号进行相位调整，由于两个90°极化器结构呈镜像对称设置，相当于一个是+90°极化器，另一个是-90°极化器，无论是E-T功分器相位超前与+90°极化器连接，还是相位滞后的端口与+90°极化器连接，最终的结果都是两个端口输出信号相位保持一致。由于E-T功分器加工过程中是从宽边E面剖分，由矩形波导的特性可知，沿宽边中线剖分的缝隙由于不切断电流，因此不存在泄漏的问题，可以有效的解决馈电网络的泄漏问题。特别是在类似E-band这样的高频频段，可有效抑制馈电网络的泄漏问题，降低整个馈电网络的插损，同时可以有效降低馈电网络加工平面度的要求，降低加工难度。
为了便于公众理解，下面以两个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
实施例一、
实际使用过程中，馈电网络的端口数目一般都遵循2n，因此实际的馈电网络都可以由四端口网络说明，因此，本实施例以Ku波段最简单的四端口馈电网络为例来进行说明。
图3显示了该四端口馈电网络的基本结构，如图所示，其包括一个四端口的E-T功分器网络和分别连接在四端口的四个极化器。图中，1是公共端口，2、3、4、5分别是馈电网络的四个输出端口，输出端口2、5分别对应同一个最后一级E-T功分器的两个输出端口，输出端口3、4分别对应同另一个最后一级E-T功分器的两个输出端口。如图3所示，输出端口4、5分别接有一个90°极化器7，输出端口2、3分别接有一个90°极化器7，90°极化器6和90°极化器7是完全镜像的极化器结构，因此尺寸完全一致。该90°极化器的结构如图4所示，由于其为现有技术，因此不再对其详解内容作进一步说明。该四端口馈电网络的各端口相位响应如图5所示，根据图5可看出，各端口输出信号的相位保持一致。由于其中采用了E-T功分器网络，实际加工中均沿波导的宽边剖分为两部分然后组合而成（最好沿E面中心线剖分），因此大部分的区域的剖面缝隙都在E面，因而可有效避免泄漏的产生。
实施例二、
本实施例仍以四端口馈电网络为例来进行说明。图6显示了该四端口馈电网络的基本结构，其包括一个四端口的E-T功分器网络和分别连接在四端口的四个极化器。图中，1是公共端口，2、3、4、5分别是馈电网络的四个输出端口，输出端口2、3分别对应同一个最后一级E-T功分器的两个输出端口，输出端口4、5分别对应同另一个最后一级E-T功分器的两个输出端口。如图6所示，输出端口3、5分别接有一个90°极化器7，输出端口2、4分别接有一个90°极化器7，90°极化器6和90°极化器7是完全镜像的极化器结构，因此尺寸完全一致。
本实施例中90°极化器的结构如图7～图9所示，其将极化器和波导转弯结构集成为一个整体。如图7～图9所示，该90°极化器包括输入矩形波导8、输出矩形波导9，分别作为该90°极化器的输入端口和输出端口，输入矩形波导8和E-T功分器的输出端口相连接；输出矩形波导9和天线的辐射单元相连接，馈电到天线的辐射单元上。输入矩形波导8的E面的垂直等分面与输出矩形波导9的H面的垂直等分面共面；输入矩形波导8依次通过一个台阶结构10和一个蝶形结构11与输出矩形波导9连接；所述台阶结构10用于匹配回波；所述蝶形结构11用于扭转电磁波导极化方向，其由两个相互垂直且部分重合的长方体波导组成，该蝶形结构11的高度大致为工作频率所对应波长的1/4，蝶形结构底面12与输入矩形波导8的E面的垂直等分面重合，制作时沿E面中线剖分加工，则不切断波导表面电流，极化器不存在泄漏。
该四端口馈电网络的各端口相位响应如图10所示，根据图10可看出，各端口输出信号的相位保持一致。由于其中采用了E-T功分器网络，实际加工中均沿波导的宽边剖分为两部分然后组合而成，因此大部分的区域的剖面缝隙都在E面，因而可有效避免泄漏的产生。
以上仅为两个具体实施例，实际上各种现有或将有的90°极化器均可用于本发明技术方案，从而实现上述技术效果。
由于本发明波导馈电网络有效抑制了泄漏问题，降低了整个馈电网络的插损，并且降低了馈电网络的加工生产难度，将其用于波导阵列天线，一方面可有效提高天线性能，另一方面可降低整个天线系统的实现成本。
Claims (5)
1.一种波导馈电网络，用于波导阵列天线，其特征在于，所述波导馈电网络包括由一组矩形波导E面T型功分器级联而成的E-T功分器网络，所述E-T功分器网络最后一级的每个矩形波导E面T型功分器的两个输出端口分别连接有一个90°极化器，一个是+90°极化器，另一个是-90°极化器。
2.如权利要求1所述波导馈电网络，其特征在于，所述90°极化器包括输入矩形波导、输出矩形波导，输入矩形波导E面的垂直等分面与输出矩形波导H面的垂直等分面共面；输入矩形波导依次通过一个台阶结构和一个蝶形结构与输出矩形波导连接；所述台阶结构用于匹配回波；所述蝶形结构用于扭转电磁波极化方向，其由两个相互垂直且部分重合的长方体波导组成，该蝶形结构的高度为工作频率所对应波长的1/4，蝶形结构的底面与输入矩形波导E面的垂直等分面重合。
3.如权利要求1或2所述波导馈电网络，其特征在于，所述矩形波导E面T型功分器由沿E面剖分开的两个部件组合而成。
4.如权利要求3所述波导馈电网络，其特征在于，所述矩形波导E面T型功分器由沿E面中心线剖分开的两个部件组合而成。
5.一种波导阵列天线，其特征在于，包括天线辐射单元及如权利要求1～4任一项所述波导馈电网络。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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