本發(fā)明屬于天線饋電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種緊湊型微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
：在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和可穿戴無(wú)線設(shè)備中，需要減小設(shè)備體積或在有限空間內(nèi)容納更多的功能模塊，因此陣列天線小型化是發(fā)展的必然趨勢(shì)，而功率分配網(wǎng)絡(luò)則是陣列天線中必不可少的重要組成部分。有鑒于此，加工方便、體積小、重量輕、帶寬適中且易于集成的傳統(tǒng)微帶線型的功率分配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用極為廣泛。然而，傳統(tǒng)微帶線型的功率分配網(wǎng)絡(luò)在擁有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，在分配端口較多、頻段較高的情況下的各端口一致性差、相鄰端口之間的互耦效應(yīng)強(qiáng)烈乃至影響各端口之間的幅度和相位特性的問(wèn)題也較為突出。是否能尋求一種兼具體積緊湊和各端口的幅度及相位誤差小的新型微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而使得應(yīng)用該功率分配網(wǎng)絡(luò)的天線隨之具備指向精度高和副瓣低的良好性能，為本領(lǐng)域技術(shù)人員近年來(lái)所亟待解決的技術(shù)難題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的其中一個(gè)目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可同時(shí)為兩組陣列天線提供功率分配功能的緊湊型微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)，其兼具體積緊湊、各端口的幅度和相位誤差小的優(yōu)點(diǎn)，且可使得應(yīng)用該功率分配網(wǎng)絡(luò)的天線具備指向精度高和副瓣低的良好性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種緊湊型微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：本功率分配網(wǎng)絡(luò)包括一分六路的第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)和第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)，兩組子網(wǎng)絡(luò)為相同結(jié)構(gòu)的三級(jí)的T型功分電路，且每組子網(wǎng)絡(luò)的六個(gè)分支端口均按照切比雪夫25dB幅度加權(quán)分布；兩組子網(wǎng)絡(luò)的分支端口彼此相向；第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的兩條二級(jí)T型功分電路所形成的分支端口與第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)的其中一對(duì)三級(jí)T型功分電路所形成的分支端口之間，以及第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)的兩條二級(jí)T型功分電路所形成的分支端口與第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的其中一對(duì)三級(jí)T型功分電路所形成的分支端口之間均通過(guò)帶有移相器的威爾金森功分器相連接；第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的另一對(duì)三級(jí)T型功分電路所形成的分支端口與第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)的另一對(duì)三級(jí)T型功分電路所形成的分支端口處均連接有移相微帶線段；所述各子網(wǎng)絡(luò)、移相微帶線段以及威爾金森功分器均處于同一微帶面上且該微帶面貼附于介質(zhì)板的其中一側(cè)板面處，介質(zhì)板的另一側(cè)板面處覆設(shè)金屬地，八根同軸饋電探針?lè)謩e相應(yīng)布置于四根移相微帶線段末端以及四組威爾金森功分器的總端口處且鉛垂貫穿介質(zhì)板從而連接至所述金屬地處。所述用于連接各子網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)分支端口的移相器對(duì)稱分布于威爾金森功分器的兩個(gè)分支端口處，威爾金森功分器的兩分支端口處還橋接有100Ω隔離電阻。介質(zhì)板上的用于貼附微帶面的一側(cè)板面凹設(shè)有槽腔，從而使得微帶面與該槽腔共同圍合形成空氣背腔，所述空氣背腔的走向與各子網(wǎng)絡(luò)、移相微帶線段以及威爾金森功分器的布置路徑相一致。以介質(zhì)板厚度方向?yàn)榭諝獗城坏那惑w高度方向，所述空氣背腔高度為3mm。介質(zhì)板所用材質(zhì)為Rogers4350板材，其介電常數(shù)為3.66，厚度為0.508mm。本發(fā)明的有益效果在于：1)、本發(fā)明有效的解決了傳統(tǒng)微帶線型的功率分配網(wǎng)絡(luò)在分配端口較多、頻段較高的情況下的端口一致性差、相鄰端口之間的互耦效應(yīng)強(qiáng)烈乃至影響各端口之間的幅度和相位特性的問(wèn)題。通過(guò)上述方案，本發(fā)明通過(guò)兩組一分六路的功率分配子網(wǎng)絡(luò)配合移相微帶線段以及威爾金森功分器，一方面，利用了兩組一分六路的功率分配子網(wǎng)絡(luò)的互用特性，使得裝置整體體積更小，結(jié)構(gòu)更為緊湊，并可同時(shí)為位于介質(zhì)板的金屬地一側(cè)處的一組陣列天線所使用，即可以節(jié)省空間，又實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，又可以實(shí)現(xiàn)天線的多功能化。另一方面，帶有移相器的威爾金森功分器，又使得兩組一分六路的功率分配子網(wǎng)絡(luò)在互用網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)獲得了很好的幅度特性和相位特性。其中，一分六路功率分配子網(wǎng)絡(luò)均應(yīng)當(dāng)由三級(jí)的T型功分電路組成，而最終分配到六個(gè)端口的能量應(yīng)當(dāng)按照切比雪夫25dB幅度加權(quán)進(jìn)行分布，并采用相位加權(quán)的方法展寬波束寬度。威爾金森功分器則由同軸饋電探針進(jìn)行饋電，等幅輸出或者說(shuō)等幅輸入的兩個(gè)分支端口處各帶有弧形片狀的移相器，其目的是保證功分網(wǎng)絡(luò)組合時(shí)的相位特性。移相微帶線段作用是保證最終合成的微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)每個(gè)端口的相位符合波束展寬的相位值。由上可知，本發(fā)明由于采用了上述匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，從而使其兼具體積緊湊、各端口的幅度和相位誤差小的優(yōu)點(diǎn)，且可使得應(yīng)用該功率分配網(wǎng)絡(luò)的天線具備了覆蓋范圍廣、指向精度高和副瓣低的良好性能。功率分配網(wǎng)絡(luò)在工作頻段內(nèi)輸入阻抗接近于50Ω，工作頻段匹配良好、VSWR較低，可普遍應(yīng)用于天饋線雷達(dá)系統(tǒng)中。2)、作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，移相器可選用弧形微帶線構(gòu)成，并呈對(duì)的布置在威爾金森功分器的兩分支端口處，從而作為連接威爾金森功分器的兩分支端口與功率分配子網(wǎng)絡(luò)各分支端口的銜接段。此外，由于微帶面配合介質(zhì)板處槽腔從而形成了空氣背腔的構(gòu)造，從而能有效地抑制空腔諧振帶來(lái)的高次模和能量損失，使得端口之間的互耦影響較小，端口幅度、相位性能較好。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的I部分局部放大圖；圖3為金屬地、介質(zhì)板及微帶面的復(fù)合層結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為威爾金森功分器的偶模分析原理圖；圖6為本發(fā)明的第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的總端口S1和第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)的總端口S2的電壓駐波比測(cè)試圖；圖7為當(dāng)信號(hào)由總端口S1輸入的情況下,第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的各分支端口的幅度分布曲線；圖8為當(dāng)信號(hào)由總端口S1輸入的情況下,第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的各分支端口的相位分布曲線；圖9為當(dāng)信號(hào)由總端口S2輸入的情況下,第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的各分支端口的幅度分布曲線；圖10為當(dāng)信號(hào)由總端口S2輸入的情況下,第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)的各分支端口的相位分布曲線。附圖中各標(biāo)號(hào)與本發(fā)明的各部件名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：a-微帶面10-第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)20-第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)30-移相器40-威爾金森功分器41-100Ω隔離電阻50-移相微帶線段60-介質(zhì)板61-空氣背腔70-金屬地80-同軸饋電探針具體實(shí)施方式為便于理解，此處以3D交通管理雷達(dá)系統(tǒng)的微帶陣列接收天線的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)及工作流程作以下描述：上述3D交通管理雷達(dá)系統(tǒng)的微帶陣列接收天線的饋電網(wǎng)絡(luò)是一種微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)，其天線的具體組成和連接結(jié)構(gòu)為：參照?qǐng)D1，該微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)包括兩組一分六路的功率分配子網(wǎng)絡(luò)、四組帶有移相器30的威爾金森功分器40和四條移相微帶線段50。其中：兩組一分六路的功率分配子網(wǎng)絡(luò)的分支端口彼此相向，也即形成類似雙手手指指尖對(duì)頂?shù)臉?gòu)造。表現(xiàn)在圖1中時(shí)，第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)10和第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)20的其中四組分支端口分別一一對(duì)應(yīng)的處于同一直線上，而另外的兩組分支端口則作為獨(dú)立端口來(lái)布置。上述位于同一直線處的四組分支端口通過(guò)帶有弧線狀的移相器30的威爾金森功分器40來(lái)銜接彼此；而另外的獨(dú)立端口則直接接駁移相微帶線段50。需要說(shuō)明的是：由于陣列天線兼具收發(fā)特性，因此在上述結(jié)構(gòu)中,第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)10和第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)20的六組分支端口既可以作為輸出端口來(lái)發(fā)出由總端口處發(fā)來(lái)的信號(hào)，又可以作為輸入端口來(lái)接收由威爾金森功分器40處分支端口得來(lái)的信號(hào)進(jìn)而由需分配的功率分配子網(wǎng)絡(luò)的總端口發(fā)出；威爾金森功分器40處各分支端口及總端口工作狀況同理。在威爾金森功分器40的總端口以及移相微帶線段50相對(duì)銜接功率分配子網(wǎng)絡(luò)的另一端也即末端處均設(shè)置貫穿孔，從而通過(guò)同軸饋電探針80穿過(guò)該貫穿孔并經(jīng)由介質(zhì)板60而延伸連接至位于介質(zhì)板60另一面的金屬地70處。金屬地70位置可相應(yīng)的設(shè)置陣列天線等，從而實(shí)現(xiàn)信息的收發(fā)功能。介質(zhì)板60處可設(shè)置如圖1-2所示的空氣背腔61，從而抑制空腔諧振帶來(lái)的高次模和能量損失，使得端口之間的互耦影響較小，并提升端口的幅度和相位性能。而參照?qǐng)D1-2所示的，各子網(wǎng)絡(luò)與相應(yīng)的威爾金森功分器40及移相微帶線段50的具體連接關(guān)系為：P1至P6分別為一分六路的各功率分配子網(wǎng)絡(luò)的分支端口，將各分支端口按照?qǐng)D1所示構(gòu)造來(lái)連接威爾金森功分器40及移相微帶線段50的相應(yīng)端口即可，最終的連接結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。此時(shí)，兩組一分六路功率分配子網(wǎng)絡(luò)采用幅度加權(quán)和相位加權(quán)進(jìn)行設(shè)計(jì)，P1至P6端口的幅度相位分布如下表1所示。上述中，采用幅度加權(quán)是為了更好的降低天線的副瓣，而采用相位加權(quán)是為了進(jìn)一步展寬天線的波束寬度。表1端口歸一化幅度分布(W)歸一化相位分布(°)P10.39-35P20.73-12.5P310P410P50.73-12.5P60.39-35圖3中，可以看出微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)每一層的具體擺放位置：整個(gè)新型微帶線功率分配網(wǎng)絡(luò)所形成的微帶面a位于介質(zhì)板60的一側(cè)，介質(zhì)板60的另一側(cè)為金屬地70。威爾金森功率功分器的電路原理圖如圖5所示，電路的偶模分析原理圖如圖6所示。圖5-6中，能量由端口1輸入，等幅同相的分配到端口2和端口3，隔離電阻41的阻值為100Ω。本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)一步說(shuō)明：為表明工作性能，此處可采用以上結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)制作測(cè)試件，進(jìn)行以下測(cè)試操作：測(cè)試環(huán)境：微波調(diào)試室；測(cè)試設(shè)備：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；對(duì)測(cè)試件的第一功率分配子網(wǎng)絡(luò)10總端口S1和第二功率分配子網(wǎng)絡(luò)20總端口S2的電壓駐波比，在24～24.3GHz頻段范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖6所示：從圖6中可以看出，兩個(gè)端口的駐波均＜1.4，實(shí)現(xiàn)了較好的阻抗匹配特性。當(dāng)測(cè)試件的信號(hào)從總端口S1輸入時(shí)，此時(shí)各分支端口形成輸出端口，對(duì)各輸出端口的幅度分布和相位分布進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示：從圖7可以看出，在24～24.3GHz頻段范圍內(nèi)，各端口的幅度分布誤差小于±0.5dB，幅度波動(dòng)小于±0.3dB。從圖8可以看出，在24～24.3GHz頻段范圍內(nèi)，各端口的相位分布誤差小于±1°，端口P1與P6、P2與P5、P3與P4的相位一致性較好，幅度和相位均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。當(dāng)測(cè)試件的信號(hào)從總端口S2輸入時(shí)，各分支端口的幅度分布和相位分布進(jìn)行測(cè)試：此時(shí)各分支端口形成輸出端口，測(cè)試結(jié)果如圖9和圖10所示。從圖9可以看出，在24～24.3GHz頻段范圍內(nèi)，各端口的幅度分布誤差小于±0.5dB，幅度波動(dòng)小于±0.3dB。從圖10可以看出，在24～24.3GHz頻段范圍內(nèi)，各端口的相位分布誤差小于±1°，端口P1與P6、P2與P5、P3與P4的相位一致性較好，幅度和相位均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。綜上，由測(cè)試件而對(duì)本發(fā)明的幅度分布和相位分布測(cè)試結(jié)果表明：兩組一分六路功率分配子網(wǎng)絡(luò)的配合性能好，具有較好的一致性，顯然也具備批量生產(chǎn)的可行性。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3