一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器及功率分配方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器及功率分配方法，包括標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、漸變脊波導(dǎo)、非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)、探針陣列、薄膜電阻；所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)的脊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的E面中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)呈30°角度偏移；所述探針陣列的探針間間距為工作帶寬中心頻率波長(zhǎng)的四分之一；所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、所述漸變脊波導(dǎo)、所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)及所述探針陣列依次相連；所述薄膜電阻分別設(shè)置在所述探針陣列中各路探針之間。采用上述方案，不但功率分配的比例與路數(shù)的可調(diào)節(jié)性得到大大提高，而且隔離度也得到有效提高，同時(shí)，采用本方法后，降低了電路結(jié)構(gòu)的尺寸，從而能夠有效地減小功率分配中的損耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器及功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多路分配器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器及功率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波毫米波固態(tài)功率分配器作為微波毫米波雷達(dá)、天線(xiàn)及通信等系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，已經(jīng)成為微波毫米波領(lǐng)域研究的重要課題。隨著微波應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜程度不斷提高，對(duì)功率分配器的分配路數(shù)及隔離度的要求也不斷提高，平面功率分配電路已不再能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)工作的需要，因此，必須采用波導(dǎo)-探針陣列-微帶電路的空間多路功率分配方法。
[0003]由于傳統(tǒng)的平面電路多路功率分配技術(shù)所采用的技術(shù)方案在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上都比較復(fù)雜，降低損耗和減小結(jié)構(gòu)尺寸的問(wèn)題都很難解決，因而功率分配路數(shù)很難得到提升。非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)與探針陣列的結(jié)合應(yīng)用可以有效地降低通路損耗，提高電磁波傳輸效率，且具有寬頻帶，多路數(shù)，高隔離等優(yōu)點(diǎn)，較好的彌補(bǔ)了平面功率分配技術(shù)的不足。因而，波導(dǎo)與探針陣列相結(jié)合的技術(shù)方法將逐漸成為毫米波空間功率分配技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
[0004]目前波導(dǎo)-微帶探針空間功率分配技術(shù)主要采用波導(dǎo)E面探針或H面探針鏈?zhǔn)焦β史峙浣Y(jié)構(gòu)。功率的分配借助于插入波導(dǎo)內(nèi)的微帶探針對(duì)波導(dǎo)中的電磁波耦合實(shí)現(xiàn)。E面探針的優(yōu)點(diǎn)在于兩路功分時(shí)根據(jù)矩形波導(dǎo)的場(chǎng)型和探針的對(duì)稱(chēng)性，兩條微帶支路在較寬頻帶內(nèi)都可以保持較高的幅度和相位的一致性，但是其最大缺點(diǎn)是由于波導(dǎo)口尺寸的限制及其主傳輸模式TElO模中電磁場(chǎng)分布的不均勻性，很難對(duì)探針?lè)峙渎窋?shù)進(jìn)行擴(kuò)展，因此，這種結(jié)構(gòu)只適用于功率分配路數(shù)要求較少的電路中。H面探針鏈?zhǔn)焦β史峙浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)展了功率分配路數(shù)，但是其最大的缺點(diǎn)是單純通過(guò)調(diào)節(jié)探針的尺寸很難保證工作帶寬和功率分配的比例，對(duì)于裝配精度要求非常高，并且在實(shí)際裝配中由于人工操作而帶來(lái)的誤差可控性很差，因此，這種結(jié)構(gòu)只適用于對(duì)幅度一致性要求低的電路中。
[0005]現(xiàn)有波導(dǎo)-微帶探針功率分配技術(shù)由于采用單純調(diào)節(jié)微帶探針尺寸及位置的方案，其缺點(diǎn)是很難進(jìn)一步擴(kuò)展功率分配的路數(shù)，且功率分配比例的可調(diào)節(jié)性差，同時(shí)，由于毫米波頻段的波導(dǎo)尺寸都很小，裝配過(guò)程中很難對(duì)探針裝配位置進(jìn)行有效公差控制，當(dāng)該技術(shù)應(yīng)用于高于40GHz的毫米波頻段的電路時(shí)，其缺點(diǎn)更加顯著。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器及功率分配方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其中，包括標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、漸變脊波導(dǎo)、非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)、探針陣列、薄膜電阻；所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)的脊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的E面中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)呈30°角度偏移；所述探針陣列的探針間間距為工作帶寬中心頻率波長(zhǎng)的四分之一；所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、所述漸變脊波導(dǎo)、所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)及所述探針陣列依次相連；所述薄膜電阻分別設(shè)置在所述探針陣列中各路探針之間。
[0010]所述的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其中，所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)的脊影響非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)能量分布，所述探針陣列中的探針呈階梯狀分布，其耦合強(qiáng)度與非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)中能量分布相匹配，從而能夠?qū)⑤敵龉β示鶆蚍峙涞矫恳宦诽结槨?br> [0011]所述的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其中，所述探針陣列制作在高頻專(zhuān)用微波基片上，各路探針間用薄膜電阻相連，所述探針陣列中的微帶探針，其到50歐姆微帶線(xiàn)的過(guò)渡根據(jù)最小反射理論及傳輸線(xiàn)模型，采用了由探針到高阻抗線(xiàn)再到中阻抗線(xiàn)，最后過(guò)渡到50歐姆微帶線(xiàn)的三級(jí)階梯變換的結(jié)構(gòu)；所述薄膜電阻方阻為50歐姆。
[0012]所述的分配方法，其中，包括以下步驟:
[0013]步驟1:設(shè)置電磁波由標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)通過(guò)漸變脊波導(dǎo)進(jìn)入非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)，然后通過(guò)非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)中脊的位置的變換，改變非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)電磁場(chǎng)的能量分布方式，使非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)與探針陣列相匹配，完成功率分配；
[0014]步驟2:經(jīng)過(guò)功率分配后的每一個(gè)支路信號(hào)，進(jìn)入微帶平面電路，在平面電路上，對(duì)每一路功率分配出的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0015]所述步驟2中所述處理為通過(guò)功率放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大，再利用與功率分配網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)作為功率合成網(wǎng)絡(luò)，完成放大后信號(hào)的多路功率合成。
[0016]采用上述方案，通過(guò)波導(dǎo)中非對(duì)稱(chēng)脊的機(jī)械加工，并將探針陣列集成于一個(gè)微帶介質(zhì)基片上來(lái)有效地避免了人為因素而產(chǎn)生的誤差。同時(shí)，非對(duì)稱(chēng)脊與探針陣列的配合使用可以根據(jù)不同頻段和具體應(yīng)用要求，通路數(shù)量及功率分配比例可靈活更改。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)-漸變脊波導(dǎo)-非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)過(guò)渡結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為本發(fā)明中微帶探針陣列結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本發(fā)明所采用的基于微帶探針陣列的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)空間功率分配合成結(jié)構(gòu)原理如圖1-3所示。其關(guān)鍵點(diǎn)是該結(jié)構(gòu)中非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)與微帶探針陣列相結(jié)合，其中非對(duì)稱(chēng)脊位置的改變影響波導(dǎo)中電磁場(chǎng)能量分布的比例變化，探針陣列的階梯狀分布能夠均勻耦合波導(dǎo)中的能量。進(jìn)一步而言本發(fā)明中一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口、漸變脊波導(dǎo)、非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)、探針陣列、薄膜電阻構(gòu)成；所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口、所述漸變脊波導(dǎo)、所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)及所述探針陣列依次相連；所述薄膜電阻分別設(shè)置在所述探針陣列中各路探針之間。所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)影響了波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)能量分布，所述探針陣列中的探針呈階梯狀分布，其耦合強(qiáng)度與波導(dǎo)中能量分布相匹配，從而能夠?qū)⑤敵龉β示鶆蚍峙涞矫恳宦诽结槪赃_(dá)到功率分配的目的。在該結(jié)構(gòu)中，電磁波首先由標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)I通過(guò)漸變脊波導(dǎo)2進(jìn)入非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3，通過(guò)非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)中脊的位置的變換，改變波導(dǎo)內(nèi)電磁場(chǎng)的能量分布方式，使波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)與探針陣列4相匹配，完成功率分配，經(jīng)過(guò)功率分配后的每一個(gè)支路信號(hào)，進(jìn)入微帶平面電路，在平面電路上，我們可以對(duì)每一路功率分配出的信號(hào)進(jìn)行處理，例如通過(guò)功率放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大，再利用與-功率分配網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)作為功率合成網(wǎng)絡(luò)，完成放大后信號(hào)的多路功率合成。
[0023]傳統(tǒng)的脊波導(dǎo)是指在標(biāo)準(zhǔn)的矩形波導(dǎo)寬邊加上關(guān)于波導(dǎo)寬邊中心對(duì)稱(chēng)地脊，而本發(fā)明中提出的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)，是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脊波導(dǎo)中脊的位置進(jìn)行改變或偏移從而改變波導(dǎo)中電磁場(chǎng)的能量分布。通過(guò)對(duì)波導(dǎo)中非對(duì)稱(chēng)脊的位置與偏移的調(diào)節(jié)匹配使得功率分配比例的調(diào)節(jié)變得更加簡(jiǎn)單方便。
[0024]通過(guò)合理設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3尺寸、微帶探針尺寸與位置以及探針阻抗變換線(xiàn)之間薄膜電阻的尺寸，即可在微波及毫米波不同頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶功率分配，這種功率分配的實(shí)現(xiàn)方式由于采用了金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因而大大降低了功率分配中的能量損耗，有效降低了插入損耗。
[0025]本發(fā)明通過(guò)利用非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3中脊的位置變化，對(duì)波導(dǎo)中傳輸電磁場(chǎng)能量分布產(chǎn)生影響。我們通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)微帶探針的位置，使得探針陣列4從波導(dǎo)中耦合的能量傳輸?shù)轿щ娐罚@種調(diào)節(jié)功率分配比例的方法簡(jiǎn)單靈活，實(shí)現(xiàn)方便。
[0026]非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3功率分配器中的微帶探針陣列4采用漸變的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)根據(jù)最小反射理論及傳輸線(xiàn)模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的微帶探針采用高頻專(zhuān)用微波基片實(shí)現(xiàn)，微帶探針到50歐姆標(biāo)準(zhǔn)阻抗微帶線(xiàn)的過(guò)渡根據(jù)最小反射理論及傳輸線(xiàn)模型采用了三級(jí)階梯變換的結(jié)構(gòu)，可在寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)插入損耗小于0.4dB，駐波小于1.3。同時(shí)，為了提高各端口的隔離度、改善端口駐波，這里采用了在微帶探針陣列中每一路探針之間均增加了薄膜電阻5的方法來(lái)提高隔離和改善各端口駐波。
[0027]上述實(shí)施例基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其特征在于，包括標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)1、漸變脊波導(dǎo)2、非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3、探針陣列4、薄膜電阻；所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3的脊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)I的E面中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)呈30°角度偏移；所述探針陣列4的探針間間距為工作帶寬中心頻率波長(zhǎng)的四分之一；所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)1、所述漸變脊波導(dǎo)2、所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3及所述探針陣列4依次相連；所述薄膜電阻分別設(shè)置在所述探針陣列中各路探針之間。
[0028]非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3中的脊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)I的E面中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)呈30°角度的偏移，這種方法可以有效的改變波導(dǎo)中電磁場(chǎng)的能量分布。
[0029]所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3中的非對(duì)稱(chēng)脊影響了非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3內(nèi)的電磁場(chǎng)能量分布，所述探針陣列4中的探針呈階梯狀分布，其耦合強(qiáng)度與非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3中能量分布相匹配，從而能夠?qū)⑤敵龉β示鶆蚍峙涞矫恳宦诽结槨?br> [0030]所述探針陣列4制作在高頻專(zhuān)用微波基片上，各路探針間用薄膜電阻相連，所述探針陣列4中的微帶探針，其到50歐姆微帶線(xiàn)的過(guò)渡根據(jù)最小反射理論及傳輸線(xiàn)模型，采用了由探針到高阻抗線(xiàn)再到中阻抗線(xiàn)，最后過(guò)渡到50歐姆微帶線(xiàn)的三級(jí)階梯變換的結(jié)構(gòu)；所述薄膜電阻方阻為50歐姆。
[0031]本發(fā)明涉及的分配方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1:設(shè)置電磁波由標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)I通過(guò)漸變脊波導(dǎo)2進(jìn)入非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3，然后通過(guò)非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3中脊的位置的變換，改變非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3內(nèi)電磁場(chǎng)的能量分布方式，使非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)3內(nèi)的電磁場(chǎng)與探針陣列相匹配，完成功率分配；
[0033]步驟2:經(jīng)過(guò)功率分配后的每一個(gè)支路信號(hào)，進(jìn)入微帶平面電路，在平面電路上，對(duì)每一路功率分配出的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0034]所述步驟2中所述處理為通過(guò)功率放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大，再利用與功率分配網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)作為功率合成網(wǎng)絡(luò)，完成放大后信號(hào)的多路功率合成。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其特征在于，包括標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、漸變脊波導(dǎo)、非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)、探針陣列、薄膜電阻；所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)的脊與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的E面中心對(duì)稱(chēng)線(xiàn)呈30°角度偏移；所述探針陣列的探針間間距為工作帶寬中心頻率波長(zhǎng)的四分之一；所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、所述漸變脊波導(dǎo)、所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)及所述探針陣列依次相連；所述薄膜電阻分別設(shè)置在所述探針陣列中各路探針之間。
2.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其特征在于，所述非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)的脊影響非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)能量分布，所述探針陣列中的探針呈階梯狀分布，其耦合強(qiáng)度與非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)中能量分布相匹配，從而能夠?qū)⑤敵龉β示鶆蚍峙涞矫恳宦诽结槨?br> 3.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)多路功率分配器，其特征在于，所述探針陣列制作在高頻專(zhuān)用微波基片上，各路探針間用薄膜電阻相連，所述探針陣列中的微帶探針，其到50歐姆微帶線(xiàn)的過(guò)渡根據(jù)最小反射理論及傳輸線(xiàn)模型，采用了由探針到高阻抗線(xiàn)再到中阻抗線(xiàn)，最后過(guò)渡到50歐姆微帶線(xiàn)的三級(jí)階梯變換的結(jié)構(gòu)；所述薄膜電阻方阻為50歐姆。
4.如權(quán)利要求1所述的分配方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:設(shè)置電磁波由標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)通過(guò)漸變脊波導(dǎo)進(jìn)入非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)，然后通過(guò)非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)中脊的位置的變換，改變非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)電磁場(chǎng)的能量分布方式，使非對(duì)稱(chēng)脊波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)與探針陣列相匹配，完成功率分配； 步驟2:經(jīng)過(guò)功率分配后的每一個(gè)支路信號(hào)，進(jìn)入微帶平面電路，在平面電路上，對(duì)每一路功率分配出的信號(hào)進(jìn)行處理。
5.如權(quán)利要求3所述的分配方法，其特征在于，所述步驟2中所述處理為通過(guò)功率放大器芯片進(jìn)行信號(hào)放大，再利用與功率分配網(wǎng)絡(luò)相同的結(jié)構(gòu)作為功率合成網(wǎng)絡(luò)，完成放大后信號(hào)的多路功率合成。
【文檔編號(hào)】H01P5/12GK103633404SQ201310612014
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】祝慶霖, 姜萬(wàn)順, 寧曰民 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所