资料介绍
1 引言
从20世纪40年代后期开始,毫米波单脉冲雷达技术逐步得到发展和应用,尤其是在航空和导弹防御系统中,毫米波单脉冲雷达发挥着重要的作用。毫米波单脉冲天线馈电网络是毫米波雷达的关键技术之一。传统的和差网络由魔T构成,但结构过于庞大,不易实现平面化、集成化,并且成本较高。随着微带印刷技术的不断发展,微带结构的和差网络被广泛应用,但是毫米波波段的微带电路的损耗很大,并且功率承受能力较低。本文设计的Ka波段平面和差网络采用波导缝隙耦合结构,具有结构简单、成本低、损耗小、各端口幅度和相位一致性好等优点。
2 和差网络模型及工作原理
最早的缝隙耦合式波导和差器是由H.A.Bethe提出的,它的原理是:在两根平行的矩形波导公共窄壁上开一个耦合裂缝构成90°混合电桥,如图1所示。根据3dB电桥原理,通过改变耦合裂缝的长度可以调整两波导间的耦合度,使直通端口和耦合端口的输出功率相等。由于耦合端口的电场相位滞后直通端口的电场相位90°,所以直通端口和耦合端口存在90°的相位差,可以在输入端口增加四分之一波长的波导段消除相差。图1中port1和port4为输入端口,port2为和信号输出端口,port3为差信号输出端口。

图1 缝隙电桥(左)及和差器构成原理图(右)
在图1所示的结构中,设从输入端口输入电场幅度为E的TE10波,其余端口均接匹配负载。选取合适的波导尺寸,使主副波导耦合段内只能传输TE10和TE20两种模式的电磁波。根据叠加原理,输入端的电磁波等效于在port1和port4同时输入电场幅度为E/2的偶模波和奇模波的叠加。设波导宽壁的内尺寸为a,耦合段宽度为2a,长度为w。
当偶模波在耦合段内激励起TE10模时,它的波导波长为:
(1)
当奇模波在耦合段内激励起TE20模时,它的波导波长为:
(2)
从20世纪40年代后期开始,毫米波单脉冲雷达技术逐步得到发展和应用,尤其是在航空和导弹防御系统中,毫米波单脉冲雷达发挥着重要的作用。毫米波单脉冲天线馈电网络是毫米波雷达的关键技术之一。传统的和差网络由魔T构成,但结构过于庞大,不易实现平面化、集成化,并且成本较高。随着微带印刷技术的不断发展,微带结构的和差网络被广泛应用,但是毫米波波段的微带电路的损耗很大,并且功率承受能力较低。本文设计的Ka波段平面和差网络采用波导缝隙耦合结构,具有结构简单、成本低、损耗小、各端口幅度和相位一致性好等优点。
2 和差网络模型及工作原理
最早的缝隙耦合式波导和差器是由H.A.Bethe提出的,它的原理是:在两根平行的矩形波导公共窄壁上开一个耦合裂缝构成90°混合电桥,如图1所示。根据3dB电桥原理,通过改变耦合裂缝的长度可以调整两波导间的耦合度,使直通端口和耦合端口的输出功率相等。由于耦合端口的电场相位滞后直通端口的电场相位90°,所以直通端口和耦合端口存在90°的相位差,可以在输入端口增加四分之一波长的波导段消除相差。图1中port1和port4为输入端口,port2为和信号输出端口,port3为差信号输出端口。

图1 缝隙电桥(左)及和差器构成原理图(右)
在图1所示的结构中,设从输入端口输入电场幅度为E的TE10波,其余端口均接匹配负载。选取合适的波导尺寸,使主副波导耦合段内只能传输TE10和TE20两种模式的电磁波。根据叠加原理,输入端的电磁波等效于在port1和port4同时输入电场幅度为E/2的偶模波和奇模波的叠加。设波导宽壁的内尺寸为a,耦合段宽度为2a,长度为w。
当偶模波在耦合段内激励起TE10模时,它的波导波长为:

当奇模波在耦合段内激励起TE20模时,它的波导波长为:

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