專利名稱：環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號功率分配器，特別是涉及一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)
得到等相位波導(dǎo)信號分配器。
背景技術(shù)：
隨著軍用和民用通信的發(fā)展，對寬帶，大功率的放大器需求與日倶增。在毫米波通 信雷達系統(tǒng)中，由于工藝的限制，單個功率源提供的功率完全不能滿足通信系統(tǒng)的需求，為 此，提出了一種空間功率分配的方案，將功率在空間中分配成多路分別進行放大然后再合 成輸出。空間功率合成技術(shù)中發(fā)展較快的是基于波導(dǎo)的空間功率合成技術(shù)，該技術(shù)采用托 盤技術(shù)，實現(xiàn)多路功率的分配與放大，可以大大地提高波導(dǎo)的功率輸出，同時也具有良好的 散熱特性和比較高的合成效率，使用廣泛。波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成放大器設(shè)計中一個關(guān)鍵技 術(shù)就是無源空間功率分配的設(shè)計。功率分配的性能好壞決定了整個功率放大器設(shè)計的成 敗，設(shè)計過程中一般要求分配合成網(wǎng)絡(luò)在完成功率分配合成功能的同時，也具有比較低插 入損耗和回波損耗，同時要求分配出來的信號能夠等相位輸出。 對于傳統(tǒng)的波導(dǎo)信號分配器， 一般要控制幾路輸出信號保持相位一致，因此要求 設(shè)計的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸誤差極其精確，采用周期開槽來實現(xiàn)多路信號的輸出相位一致，而且 傳統(tǒng)的波導(dǎo)信號分配器往往由于波導(dǎo)內(nèi)多種模式波的存在導(dǎo)致波導(dǎo)分配器的相位分配和 功率分配都不能達到預(yù)期的效果，所有這些使得傳統(tǒng)波導(dǎo)分配器在設(shè)計制作上存在著很大 的不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的波導(dǎo)分配器存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)狀金屬對 結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器。利用環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充波導(dǎo)實現(xiàn)等相位 波導(dǎo)信號分配器，使其能夠?qū)崿F(xiàn)信號的多路等相位分配。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 包括結(jié)構(gòu)相同的三層以上環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)構(gòu)成的波導(dǎo)填充介質(zhì)片，相鄰兩片波導(dǎo) 填充介質(zhì)片之間留有間隙，每層波導(dǎo)填充介質(zhì)片上的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)中的兩個金屬環(huán)相反 方向中間分別開一個缺口，且環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)中的兩個金屬環(huán)之間留有間隙，將三層以上 波導(dǎo)填充介質(zhì)片平行矩形波導(dǎo)饋源和開槽面嵌入開槽矩形波導(dǎo)，波導(dǎo)開槽口在開槽矩形波 導(dǎo)的寬度方向上，波導(dǎo)開槽口的大小和間距任意設(shè)置。 所述的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)在y方向上以6毫米為周期，在z方向以10毫米為周期排 列在波導(dǎo)填充介質(zhì)片上，環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)中的兩個金屬環(huán)的線寬為0. 32毫米，每一個金屬 環(huán)的長度3. 75毫米，寬度2. 94毫米，缺口的寬度為0. 55毫米，兩個相背的金屬環(huán)距離0. 2 毫米，波導(dǎo)填充介質(zhì)片的厚度為1毫米，相鄰兩層波導(dǎo)填充介質(zhì)片之間的間隙為16毫米。
所述的開槽矩形波導(dǎo)在x方向的波導(dǎo)寬度為75毫米，在z方向的波導(dǎo)口尺寸為 37. 5毫米。
所述的波導(dǎo)填充介質(zhì)片為FR4板 該波導(dǎo)填充介質(zhì)片工作頻率在10GHz的時候，朝x方向上的等效磁導(dǎo)率為O，這樣
在該介質(zhì)中的色散曲線變成了kx = k0，ky = 0 其中k,表示的x方向上的波矢，k。表示在該頻率時候真空中的波矢。因此饋源放 在該介質(zhì)中，產(chǎn)生的電磁波傳播方向為x方向，沒有y方向的分量(ky二O)，同時根據(jù)A小
=ky A d知道，當(dāng)ky等于0的時候，表示在y方向上相位不會隨著距離的變化而變化，也就
是在這個方向上，相位都是相等的，從而使得該矩形波導(dǎo)內(nèi)部，沿y軸方向相位保持不變，
因此在任何地方開槽耦合出去的信號的相位都是相等的。 對于傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)功率分配器，如果要實現(xiàn)較好的等相位信號輸出，要求波導(dǎo) 上的開槽必需有嚴格的周期性，而且即使周期性很好，也會由于波導(dǎo)內(nèi)傳播模式的多樣性 導(dǎo)致相位的不一致性，因此原有的這種矩形波導(dǎo)功率分配器有著很大的局限性。本發(fā)明不 僅可以克服這個相位的不一致性，使得波導(dǎo)內(nèi)的傳播模式固定，而且可以任意開槽而輸出 等相位信號。 本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是 本發(fā)明有益于在要求等相位功率分配時使用，可以有效做到各匹配輸出口的等相 位輸出，在波導(dǎo)內(nèi)不存在其他模式的行波，使得波導(dǎo)內(nèi)傳播模式單一化，因而完全克服了傳 統(tǒng)波導(dǎo)信號分配器相位輸出不一致的不足。 本發(fā)明可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)中信號多路分配、等相位耦合。與傳統(tǒng)的分配器相比， 本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，等相位性好等優(yōu)點。 綜上所述，本發(fā)明提供一種等相位波導(dǎo)信號分配器，不論是在結(jié)構(gòu)上或是功能上 都有較大的改進，且在技術(shù)上由較大的進步，并產(chǎn)生了實用的效果，確實具有增進的功效， 從而更加適于實用。


圖1是環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)的正視圖。 圖2是環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)構(gòu)成的波導(dǎo)填充介質(zhì)片的正視圖。
圖3是環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)構(gòu)成的5層波導(dǎo)填充介質(zhì)片的俯視圖。
圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖5是仿真的等相位波導(dǎo)信號分配器工作示意圖，圖中為俯視的電場分布。
圖中1、環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)，2、波導(dǎo)填充介質(zhì)片，3、開槽矩形波導(dǎo)，4、波導(dǎo)饋源，5、波
導(dǎo)開槽口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)相同的三層以上環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)1構(gòu) 成的波導(dǎo)填充介質(zhì)片2，相鄰兩片波導(dǎo)填充介質(zhì)片2之間留有間隙，每層波導(dǎo)填充介質(zhì)片2 上的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)1中的兩個金屬環(huán)相反方向中間分別開一個缺口，且環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu) 1中的兩個金屬環(huán)之間留有間隙，將三層以上波導(dǎo)填充介質(zhì)片2平行矩形波導(dǎo)饋源4和開槽
4面嵌入開槽矩形波導(dǎo)3，波導(dǎo)開槽口 5在開槽矩形波導(dǎo)3的寬度方向上，波導(dǎo)開槽口 5的大 小和間距任意設(shè)置。所述的波導(dǎo)填充介質(zhì)片2為FR4板。 所述的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)1在y方向上以6毫米為周期，在z方向以10毫米為周期 排列在波導(dǎo)填充介質(zhì)片2上，環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)1中的兩個金屬環(huán)的線寬為0. 32毫米，每一 個金屬環(huán)的長度3. 75毫米，寬度2. 94毫米，缺口的寬度為0. 55毫米，兩個相背的金屬環(huán)距 離0. 2毫米，波導(dǎo)填充介質(zhì)片2的厚度為1毫米，相鄰兩層波導(dǎo)填充介質(zhì)片2之間的間隙為 16毫米。 所述的開槽矩形波導(dǎo)3在x方向的波導(dǎo)寬度為75毫米，在z方向的波導(dǎo)口尺寸為 37. 5毫米。 如圖4所示，本發(fā)明提供的等相位波導(dǎo)信號分配器如圖，包括開槽矩形波導(dǎo)3，填 充在矩形波導(dǎo)里面的波導(dǎo)填充介質(zhì)片2。填充介質(zhì)是由環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)1構(gòu)成的；通過SMA 接頭從矩形波導(dǎo)3上面中心波導(dǎo)饋源4饋送能量，由于填充介質(zhì)的特殊屬性，使得波導(dǎo)內(nèi)的 場的傳播方向為x方向，即y方向上的都是等相位面，從而使開槽出耦合出來的信號的相位 均保持一致，實現(xiàn)了等相位信號分配。 所述的環(huán)狀金屬對的單元結(jié)構(gòu)，如圖l所示。環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)4線寬0.32毫米， 開口寬度0. 55毫米，兩個相背的環(huán)狀結(jié)構(gòu)距離0. 2毫米，在介電常數(shù)為4. 6的印刷電路板 上周期排列，水平方向周期為6毫米，垂直方向排列周期為IO毫米，構(gòu)成一片波導(dǎo)填充介質(zhì) 片2，然后多片這種填充介質(zhì)片以16毫米為周期排列填充到開槽矩形波導(dǎo)3內(nèi)。由于環(huán)狀 金屬對的單元結(jié)構(gòu)小于工作波長，可以將環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)組成的天線罩等效于均勻介質(zhì)， 環(huán)狀金屬對的單元結(jié)構(gòu)在電磁波的激勵下產(chǎn)生磁諧振，使填充介質(zhì)片的等效均勻介質(zhì)的磁 導(dǎo)率產(chǎn)生諧振，等效均勻介質(zhì)為色散介質(zhì)，即磁導(dǎo)率隨著頻率的變化由負數(shù)變?yōu)檎龜?shù)，其中 包括磁導(dǎo)率為零的頻率點。通過測量條狀金屬單元結(jié)構(gòu)S參數(shù)，可以得到該填充介質(zhì)x方 向的等效磁導(dǎo)率為0，即在這種由環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)組成的填充介質(zhì)朝y方向的等效折射率 為0，即不能朝y方向傳播，因此矩形波導(dǎo)饋源輸入的電磁波的傳播方向為能量集在填充介 質(zhì)的法線方向即x方向出射，從而使得開槽矩形波導(dǎo)各個開槽口耦合出來的信號保持相同 的相位輸出。 圖5就是根據(jù)本發(fā)明方案用comsol軟件仿真的效果圖，圖中4為波導(dǎo)饋源位置， 波在波導(dǎo)內(nèi)只有朝x方向上傳播。結(jié)果顯示，從三個波導(dǎo)開槽口耦合出來的波的相位保持 一致，證明了該發(fā)明的可行性。 本發(fā)明的工作頻率為lOGHz，如果要工作在其他頻率，需要根據(jù)工作波長比例調(diào)整 矩形波導(dǎo)的尺寸以及環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)的尺寸。 以上所述，僅是本發(fā)明的在lOGHz特定頻率的較佳實例而已，并非對本發(fā)明作任 何形式上的限定，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修 飾為等同變化的等效實例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì) 對以上實例所作的任何其他簡單的修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器，其特征在于包括結(jié)構(gòu)相同的三層以上環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)(1)構(gòu)成的波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)，相鄰兩片波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)之間留有間隙，每層波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)上的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)(1)中的兩個金屬環(huán)相反方向中間分別開一個缺口，且環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)(1)中的兩個金屬環(huán)之間留有間隙，將三層以上波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)平行矩形波導(dǎo)饋源(4)和開槽面嵌入開槽矩形波導(dǎo)(3)，波導(dǎo)開槽口(5)在開槽矩形波導(dǎo)(3)的寬度方向上，波導(dǎo)開槽口(5)的大小和間距任意設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器，其特征在于所述的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)(1)在y方向上以6毫米為周期，在z方向以10毫米為周期排列在波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)上，環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)(1)中的兩個金屬環(huán)的線寬為`0. 32毫米，每一個金屬環(huán)的長度3. 75毫米，寬度2. 94毫米，缺口的寬度為0. 55毫米，兩個相背的金屬環(huán)距離0.2毫米，波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)的厚度為l毫米，相鄰兩層波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)之間的間隙為16毫米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器，其特征在于所述的開槽矩形波導(dǎo)(3)在x方向的波導(dǎo)寬度為75毫米，在z方向的波導(dǎo)口尺寸為37.5毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器，其特征在于所述的波導(dǎo)填充介質(zhì)片(2)為FR4板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)填充開槽波導(dǎo)得到等相位波導(dǎo)信號分配器。包括結(jié)構(gòu)相同的三層以上環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)構(gòu)成的波導(dǎo)填充介質(zhì)片，相鄰兩介質(zhì)片之間留有間隙，每層介質(zhì)片上的環(huán)狀金屬對結(jié)構(gòu)中的兩個金屬環(huán)相反方向中間分別開有一缺口，且兩個金屬環(huán)之間留有間隙，將三層以上介質(zhì)片平行矩形波導(dǎo)饋源和開槽面嵌入開槽矩形波導(dǎo)，波導(dǎo)開槽口在開槽矩形波導(dǎo)的寬度方向，開槽口大小和間距任意設(shè)置。本發(fā)明在要求等相位信號分配時使用，有效做到各匹配輸出口的等相位輸出，在波導(dǎo)內(nèi)不存在其他模式的行波，使得波導(dǎo)內(nèi)傳播模式單一化，因而完全克服了傳統(tǒng)波導(dǎo)信號分配器相位輸出不一致的不足。本發(fā)明可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)中信號多路分配、等相位耦合。
文檔編號H01P5/12GK101728617SQ20101004007
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者冉立新, 葉德信 申請人:浙江大學(xué)