一种波导分支电桥的相位色散补偿装置的制作方法

本实用新型属于色散补偿技术领域，特别涉及一种波导分支电桥的相位色散补偿装置。

背景技术：

现代雷达对抗干扰性能要求越来越高，因而要求天线副瓣越来越低。尤其是机载脉冲多卜勒雷达，为了反地物杂波干扰，对天线副瓣的要求要小于-30分贝，-40分贝，甚至要低于-50分贝。要获得如此低的副瓣，大多采用裂缝阵列天线，同时天线功分网络的幅度相位分布应有很高的精度。因此，如何设计高精度幅、相分布的功分网络就成了技术关键。为了减少天线单元之间和功分网络内部各路之间的互耦，希望功分网络是隔离式的。因此，在以波导为传输线的系统中，一般都用定向耦合器作为基本的功分单元。最常用的波导定向耦合器是波导分支耦合器或波导裂缝电桥，这种电桥的两输出臂间有90度相位差。

尽管在中心频率上将馈电网络各路调到同相，它们的长度也相等，但因为色散效应而不能得到宽频带的相位特性。色散特性是指在波导中波的相速度随频率的变化而改变的特性，因此带宽越宽，工作频段越高，色散效应就会被放大，如在X波段，10％相对带宽的馈电网络，输出的低频点与高频点间相位可相差30度左右，这对幅相精度高的功分网络是不允许的，因此亟需提出一种波导分支电桥的相位色散补偿装置。

技术实现要素：

本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种波导分支电桥的相位色散补偿装置，本实用新型可以很好的补偿分支电桥本身的相位色散，具备结构简单紧凑、损耗小、端口匹配好的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术措施：

一种波导分支电桥的相位色散补偿装置包括设置在波导分支电桥直通口的输出臂上的波导高低阻抗变换段。

优选的，所述波导高低阻抗变换段包括多个高阻抗变换段以及多个低阻抗变换段，所述直通口的输出臂与低阻抗变换段相连，两个所述低阻抗变换段之间设置有一个高阻抗变换段，所述波导高低阻抗变换段离直通口的输出臂最远的一端设置为高阻抗变换段。

优选的，所述高阻抗变换段设置为四个，分别为第一高阻抗变换段、第二高阻抗变换段、第三高阻抗变换段、第四高阻抗变换段；所述低阻抗变换段设置为四个，分别为第一低阻抗变换段、第二低阻抗变换段、第三低阻抗变换段、第四低阻抗变换段；所述直通口的输出臂依次与第一高阻抗变换段、第二高阻抗变换段、第三高阻抗变换段、第四高阻抗变换段、第一低阻抗变换段、第二低阻抗变换段、第三低阻抗变换段、第四低阻抗变换段相连，所述第四高阻抗变换段的宽边尺寸等于波导分支电桥直通口的宽边尺寸。

优选的，所述直通口的输出臂的两个长边向波导宽边方向垂直延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第一低阻抗变换段；所述第一低阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第一高阻抗变换段；所述第一高阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第二低阻抗变换段；所述第二低阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第二高阻抗变换段；所述第二高阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第三低阻抗变换段；所述第三低阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第三高阻抗变换段，所述第三高阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第四低阻抗变换段，所述第四低阻抗变换段的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第四高阻抗变换段；

所述第一高阻抗变换段、第二高阻抗变换段、第三高阻抗变换段、第四高阻抗变换段的结构均相同；第一低阻抗变换段、第二低阻抗变换段、第三低阻抗变换段、第四低阻抗变换段的结构均相同。

进一步的，相邻的所述高阻抗变换段与低阻抗变换段的长度之和为四分之一波导波长。

本实用新型的有益效果在于：

1)、本实用新型包括设置在波导分支电桥直通口的输出臂上的波导高低阻抗变换段，所述波导高低阻抗变换段采用四个高阻抗变换段以及四个低阻抗变换段来实现色散补偿，同时完成阻抗匹配，相邻的所述高阻抗变换段与低阻抗变换段的长度之和为四分之一波导波长，经过往返相位叠加，使得反射波与入射波相位相反，幅度抵消，有效地改善了阻抗匹配和端口的驻波，很好的补偿了分支电桥本身的相位色散。

2)、本实用新型只需要在直通口的输出臂上进行波导尺寸修改就能够实现色散补偿，因此本实用新型具有结构简洁紧凑，损耗小，端口匹配好，功率容量高等优点；利用本相位色散补偿装置，波导分支电桥实现了色散补偿和阻抗匹配，工作带宽的两端相位相差1°左右，同时四端口驻波指标良好。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的波导分支电桥模型；

图2为图1波导分支电桥P2与P4两输出臂的相位差仿真曲线；

图3为将图1的P2输出臂加上四分之一波导波长的波导段的模型；

图4为图3中波导分支电桥P2与P4两输出臂的相位差仿真曲线；

图5为本实用新型将波导分支电桥P2输出臂增加相位色散补偿装置后的模型；

图6为本实用新型的波导高低阻抗变换段的尺寸定义；

图7为波导分支电桥P2与P4两输出臂的相位差仿真曲线；

图8为图5波导分支电桥模型四个端口的回波损耗。

图中的附图标记含义如下：

11—第一高阻抗变换段 12—第二高阻抗变换段

13—第三高阻抗变换段 14—第四高阻抗变换段

15—第一低阻抗变换段 16—第二低阻抗变换段

17—第三低阻抗变换段 18—第四低阻抗变换段

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为工作带宽为9.0～9.6GHz的波导分支电桥模型，波导口长边尺寸a＝22.86mm，宽边尺寸b＝10.96mm，该波导分支电桥的四个端口分别如图1所示，P1为输入口，P2为直通口，P3为隔离口，P4为耦合口。

如果增加一段波导其宽边尺寸变大，这段波导的截止频率变低，一个周期360°相位对应的波导波长比原来长，也可以说同样的单位长度内的相移变小了，称之相速变慢。波导宽边加宽的尺寸和这段波导段的长度共同决定了所需移相的度数。

图2为图1所示波导分支电桥直通端口P2与耦合口P4两输出臂的相位差仿真曲线，分别为S12和S14，两根曲线平行，在任何频点相位相差90°。

图3为在图1的分支电桥直通口P2输出臂加上四分之一波导波长的波导段的模型，因为直通口P2输出臂比耦合口P4输出臂相位超前90°，加上四分之一波导波长的波导段能在较窄的工作带宽里补偿90°相位。

图4为图3中波导分支电桥直通口P2与耦合口P4两输出臂的相位差仿真曲线，分别为S12和S14，两根曲线在中心频率相交，工作频带内相位曲线斜率不一致，这就是色散的表现。在工作带宽的两端，也就是9.0GHz和9.6GHz处相位差有7°左右，如果在馈电网络中将电桥多级级联，色散效应累加，最后引入的相位误差对幅相精度高的功分网络是不允许的。

图5为本实用新型将波导分支电桥直通口P2输出臂增加相位色散补偿装置后的模型。各端口位置不变，阻抗渐变只改变波导宽边尺寸，窄边尺寸保持不变。计算的色散补偿段波导长度为39.3mm。

图1、5、6所示，将相位超前的波导臂宽边尺寸从a1＝22.86mm增加到a2＝28mm，输出相位超前的波导臂与另一输出臂同时增加一段约36mm的波导段，可以补偿超前的90°相位，使两输出臂相位相等。相位超前输出臂的36mm的波导段为了实现良好的匹配，通过将第一波导高低阻抗变换段和第二波导高低阻抗变换段作为色散补偿波导段。电桥波导口宽边尺寸a1＝22.86mm，窄边尺寸b＝10.96mm，高阻抗变换段的宽边尺寸a2＝28mm，高阻抗变换段的长度c1＝9.85mm，色散补偿段即高阻抗变换段与低阻抗变换段的长度c2＝11.3mm，工作带宽的两端相位相差1°左右。

一种波导分支电桥的相位色散补偿装置包括设置在波导分支电桥直通口的输出臂上的波导高低阻抗变换段10。

所述波导高低阻抗变换段10包括多个高阻抗变换段以及多个低阻抗变换段，所述直通口的输出臂与低阻抗变换段相连，两个所述低阻抗变换段之间设置有一个高阻抗变换段，所述波导高低阻抗变换段10离直通口的输出臂最远的一端设置为高阻抗变换段。

所述高阻抗变换段设置为四个，分别为第一高阻抗变换段11、第二高阻抗变换段12、第三高阻抗变换段13、第四高阻抗变换段14；所述低阻抗变换段设置为四个，分别为第一低阻抗变换段15、第二低阻抗变换段16、第三低阻抗变换段17、第四低阻抗变换段18；所述直通口的输出臂依次与第一高阻抗变换段11、第二高阻抗变换段12、第三高阻抗变换段13、第四高阻抗变换段14、第一低阻抗变换段15、第二低阻抗变换段16、第三低阻抗变换段17、第四低阻抗变换段18相连，所述第四高阻抗变换段14的宽边尺寸等于波导分支电桥直通口的宽边尺寸。

所述直通口的输出臂的两个长边向波导宽边方向垂直延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第一低阻抗变换段15；所述第一低阻抗变换段15的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第一高阻抗变换段11；所述第一高阻抗变换段11的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第二低阻抗变换段16；所述第二低阻抗变换段16的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第二高阻抗变换段12；所述第二高阻抗变换段12的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第三低阻抗变换段17；所述第三低阻抗变换段17的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第三高阻抗变换段13，所述第三高阻抗变换段13的两个长边向波导宽边方向延伸相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第四低阻抗变换段18，所述第四低阻抗变换段18的两个长边向波导宽边方向收缩相同的长度后，再向直通口的输出臂的输出信号方向延伸相同的长度后形成第四高阻抗变换段14；

所述第一高阻抗变换段11、第二高阻抗变换段12、第三高阻抗变换段13、第四高阻抗变换段14的结构均相同；第一低阻抗变换段15、第二低阻抗变换段16、第三低阻抗变换段17、第四低阻抗变换段18的结构均相同。

相邻的所述高阻抗变换段与低阻抗变换段的长度之和为四分之一波导波长。

图7为图5模型波导分支电桥直通口P2与耦合口P4两输出臂的相位差仿真曲线，分别为S12和S14，两根曲线相交，在工作带宽两端相位相差1°左右。

图8为图5波导分支电桥模型四个端口的回波损耗，分别为S11，S22，S33，S44，所有曲线幅度均在20dB以下，等效为电压驻波比在1.2以下。

利用本相位色散补偿装置，波导分支电桥实现了色散补偿和阻抗匹配，工作带宽的两端相位相差1°左右，同时四端口驻波指标良好。