[發(fā)明專利]三維多路徑向功分器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010472280.1
• 申請(qǐng)日: 2020-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111463539B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃卡瑪;盧萍;楊陽(yáng);朱鏵丞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P5/12
• 分類號(hào): H01P5/12;H01Q21/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發(fā)明提供一種三維多路徑向功分器，電路的主體部分由一段直線型同軸波導(dǎo)與一段內(nèi)外徑漸變的同軸錐體連接而成，同軸錐體由實(shí)心金屬錐體和錐形金屬外殼構(gòu)成，圍成的波導(dǎo)腔為空氣填充，功分器的前端中心安裝同軸接頭，作為信號(hào)輸入端，功分器的終端設(shè)有金屬短路面，功分器的輸出端為沿錐體軸向排列的三維多級(jí)同軸探針陣列，每級(jí)探針陣列含有多個(gè)環(huán)繞錐體外殼橫截面圓周等夾角分布的同軸探針，沿橫截面徑向插入至波導(dǎo)腔內(nèi)。該功分器可實(shí)現(xiàn)多種不同幅相分布的饋電輸出，同時(shí)大幅提高了輸出信號(hào)的路數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出探針的長(zhǎng)度和連接天線單元的同軸線長(zhǎng)度還進(jìn)一步改變輸出信號(hào)的幅度與相位，可用作大規(guī)模復(fù)雜口徑場(chǎng)分布的相控陣天線饋電網(wǎng)絡(luò)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種三維多路徑向功分器。

背景技術(shù)

功分器是天線系統(tǒng)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線的信號(hào)功率分配或接收天線的信號(hào)功率合成。相控陣天線在通信、雷達(dá)以及無(wú)線微波輸能等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，針對(duì)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，需要相控陣天線實(shí)現(xiàn)多種甚至任意的口徑場(chǎng)分布，而隨著天線陣列規(guī)模的增大，相應(yīng)饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)面臨著諸多困難。

相控陣天線的饋電網(wǎng)絡(luò)通常基于微帶型功分器或波導(dǎo)型功分器實(shí)現(xiàn)。微帶型功分器具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)附加枝節(jié)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同幅度和相位輸出，取代了衰減器和移相器以降低系統(tǒng)的損耗和成本。但隨著天線陣列規(guī)模的增大，微帶型功分器的設(shè)計(jì)難度和損耗也相應(yīng)增大，當(dāng)天線需要實(shí)現(xiàn)特殊的口徑場(chǎng)分布時(shí)，微帶功分器較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幅相分布的信號(hào)輸出。與微帶型功分器相比，波導(dǎo)型功分器具有相對(duì)更高的功率容量和更低的損耗，采用探針耦合的輸出方式也使輸出信號(hào)的幅度與相位更容易調(diào)節(jié)。波導(dǎo)型功分器一般基于矩形波導(dǎo)、徑向波導(dǎo)或同軸波導(dǎo)等電路實(shí)現(xiàn)。矩形波導(dǎo)由于其非均勻的場(chǎng)工作模式和色散特性，在許多應(yīng)用場(chǎng)合中受到了限制。而基于徑向波導(dǎo)或同軸波導(dǎo)的功分器，其電路結(jié)構(gòu)和場(chǎng)工作模式均具有軸對(duì)稱性，工作帶寬也相對(duì)較寬，因而更具應(yīng)用潛力。2007年，Kaijun Song在《Broad-Band Power Divider Based On RadialWaveguide》一文中提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款基于徑向波導(dǎo)的4路功分器，這類結(jié)構(gòu)的功分器可實(shí)現(xiàn)較多的輸出路數(shù)，但電路的阻抗匹配相對(duì)困難。2013年，Kaijun Song等人在《Ultra-Wideband Ring-Cavity Multiple-Way Parallel Power Divider》一文中提出一種基于環(huán)形腔的32路徑向功分器，在環(huán)形腔的頂部安裝有32個(gè)輸出探針，由于輸出端口全部位于一個(gè)二維平面上，輸出端口的數(shù)量直接受限于環(huán)形腔的半徑尺寸。已有的微帶型功分器和波導(dǎo)功分器，其輸出端口一般位于電路結(jié)構(gòu)中的某個(gè)二維平面上，輸出端口數(shù)量直接受限于電路的尺寸，輸出信號(hào)也多為等幅同相分布或某種單一、固定的分布，因而在大規(guī)模陣列天線的應(yīng)用中受到限制。

為滿足大規(guī)模相控陣天線的饋電需求，針對(duì)已有微帶型功分器和波導(dǎo)型功分器受電路結(jié)構(gòu)的制約而存在輸出端口數(shù)量有限，輸出信號(hào)幅度與相位分布相對(duì)單一、固定的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型的三維多路徑向功分器，該功分器的輸出端為三維結(jié)構(gòu)的多級(jí)探針陣列，這種輸出結(jié)構(gòu)同時(shí)利用了波導(dǎo)的軸向和橫向尺寸，突破了波導(dǎo)的二維橫截面尺寸對(duì)輸出端口數(shù)量的直接限制。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)探針的結(jié)構(gòu)和位置可以實(shí)現(xiàn)各種不同的輸出信號(hào)幅度與相位，得到較為復(fù)雜的信號(hào)輸出分布。在功分器設(shè)計(jì)完成后，調(diào)節(jié)同軸探針的長(zhǎng)度可以進(jìn)一步改變輸出信號(hào)的幅度，調(diào)節(jié)與天線單元相連接的同軸線長(zhǎng)度可以進(jìn)一步改變輸出信號(hào)的相位。因此，該三維徑向功分器大幅提高了輸出信號(hào)的路數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的非等幅同相輸出，并能夠獨(dú)立對(duì)輸出信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，為復(fù)雜口徑分布的大規(guī)模陣列天線實(shí)現(xiàn)更加精確的饋電。

發(fā)明內(nèi)容