[發明專利]一種波導電纜混合寬帶系統及配相方法

有效

• 申請號: 201710632237.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107483129B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 田棟軒;王萬林;楊緒;吳疆;李彬;李詩潤;金阿鑫;牛雪杰;曹啟東;楊紅璽
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04B17/364
• 分類號: H04B17/364;H04B3/462
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

1.一種波導電纜混合寬帶系統，其特征在于包括：分路移相器(Y1)、功放1(Y01)～功放M(Y0M)、Butler矩陣(Y2)；

分路移相器(Y1)將外部輸入的寬帶射頻信號進行一分M分路后再進行移相后得到M路輸出，分別通過M根同軸電纜W1～WM送至功放1(Y01)～功放M(Y0M)，設定分路移相器(Y1)的輸入為X5G，分路移相器(Y1)的輸出分別為X1G、…、XMG，分路移相器(Y1)的輸出均為同軸SMA輸出；M大于1，且M為正整數；

功放1(Y01)～功放M(Y0M)為行波管放大器，實現對輸入其自身的寬帶射頻信號的功率放大后通過M個波導B1～BM分別送至Butler矩陣(Y2)的M個輸入X1G～XMG，每個功放輸入設定為X1G，每個功放輸出設定為X2G；波導B1～BM不等長；

Butler矩陣(Y2)包括M個輸入和M個輸出，輸入為X1G～XMG，Butler矩陣(Y2)的輸入、輸出均為波導接口，當Butler矩陣的M路輸入信號滿足設定的相位關系時，Butler矩陣會把輸入的M路信號功率合成為一路，從而實現功率合成；

同軸電纜W1與波導B1的電氣長度的和、同軸電纜W2與波導B2的電氣長度的和、…、同軸電纜WM與波導BM電氣長度的和，均等長同相。

2.根據權利要求1所述的一種波導電纜混合寬帶系統，其特征在于：外部輸入的寬帶射頻信號的中心頻率為9.6GHz,帶寬為800MHz，移相范圍為0°～360°。

3.根據權利要求1所述的一種波導電纜混合寬帶系統，其特征在于：每個功放輸入設定為X1G，為同軸接口，類型為SMA，每個功放輸出設定為X2G，為波導接口，類型為BJ100。

4.根據權利要求1所述的一種波導電纜混合寬帶系統，其特征在于：Butler矩陣(Y2)的輸入、輸出均為波導接口，類型為BJ100。

5.一種波導電纜混合寬帶系統配相方法，其特征在于包括步驟如下：

(1)根據波導群時延的定義和波導中電磁波的傳播理論，對于長度為L的波導，則不同頻率的波導時延τ_bd，公式如下：

式中：

τ_bd表示波導時延，單位秒，s；

L表示波導長度，單位米，m；

c自由空間的光速，單位米/秒，m/s，定義值299792458m/s；

λ波導工作波長，即波導電纜混合寬帶系統的波長，單位米，m；

λ_c波導截止波長，單位米，m；

(2)由于矩形波導常工作于主模，即TE₁₀模，TE₁₀模的波導截止波長為

λ_c＝2a (2)

式中，a為波導的寬邊長度；

(3)，將步驟(2)的公式代入步驟(1)公式中，式(1)表示為

(4)計算波導長度L，即當波導為直波導時，波導長度L為波導的機械長度，當波導為彎波導時，按照中心線的幾何長度計算，長度L計算公式為：

式中，彎波導包括三部分，分別為第一直線段、彎段、第二直線段，第一直線段和彎段的一端連接，彎段的另一端連接第二直線段；L'₁表示第一直線段的長度，L₂表示第二直線段的長度，R為彎段中心軸線的轉彎半徑；

(5)將步驟(4)求得到的波導長度L代入步驟(3)的公式中，得到不同頻率的波導時延τ_bd；

(6)設波導電纜混合寬帶系統的工作中心頻率為f₀，單位Hz,帶寬為B，單位Hz，f₀＝c/λ，則最低工作頻率f_L和最高工作頻率f_R分別表示為

f_L＝f₀-B/2 (5)

f_R＝f₀+B/2 (6)

將工作頻帶的帶寬B等間隔的分為N段，則工作頻帶內的平均時延表示為：

(7)M個波導B1～BM長度分別為L1、…、LM，對應的波導平均時延分別為假設第n路時延最大，第n路的時延為τ_max,n大于等于1且小于等于M且n為整數,即

則第1路～第M路波導的時延相對于第n路對應的最大時延的差值，即平均時延歸一化的值如下：

Δt₁＝τ₁-τ_max (9)

…… (10)

Δt_n＝τ_n-τ_max＝0 (11)

Δt_M＝τ_M-τ_max (12)

(8)根據步驟(7)的得到的平均時延歸一化的值，計算第1路～第M路波導對應的配相電纜長度差，公式如下：

…… (14)

式中，ε_eff1～ε_effM分別是M根同軸電纜W1～WM的有效介電常數；ε_effn表示第n根電纜Wn的有效介電常數；

(9)以波導時延最大一路對應的電纜Wn長度為基準，設該路長度為L_n則其他M-1路電纜長度分別為

L₁＝L_n+ΔL₁ (17)

L_n＝L_n+ΔL_n (18)

L_M＝L_n+ΔL_M (19)

(10)根據步驟(9)得到的電纜長度和波導長度，使同軸電纜W1與波導B1的電氣長度的和、…、同軸電纜WM與波導BM電氣長度的和，均等長同相，實現配相。

6.根據權利要求5所述的一種波導電纜混合寬帶系統配相方法，其特征在于：根據實際配相要求，針對800MHz帶寬，N選取的值為N300。