一种高性能TE21模合成网络及其加工方法与流程

本发明公开了一种高性能te21模合成网络及其加工方法，它涉及反射面天线单脉冲跟踪，尤其是一种te21模合成网络的设计及其加工方法，适用于卫星通信、雷达和测控等领域的单脉冲跟踪反射面天线。

背景技术：

1、随着现代社会和无线电通信技术的发展，毫米波和太赫兹频率得到越来越多的应用，反射面天线与其他形式天线相比，具有辐射波束副瓣较低、主瓣窄增益高的优点，其优良的性价比成为毫米波精密跟踪领域的首选天线，而单脉冲跟踪馈源系统是单脉冲跟踪反射面天线的关键部件。

2、单脉冲跟踪技术是先发射一个脉冲信号，当该信号到达目标表面后反射回来，通过解析反射波信号，就可以获得目标的距离、方位和俯仰等位置信息，再将目标位置偏差信息输入到天线伺服系统进行控制，进而实现跟踪。相比一般的精密跟踪技术，单脉冲跟踪技术凭借跟踪速度更快、精度更高等优点，在地球站和车载、舰载等动中通设备得到广泛应用。

3、单脉冲馈源主要型式有：一是多喇叭型式，如四喇叭、五喇叭、十二喇叭等多喇叭馈源，它们和差矛盾表现的很明显，导致天线系统的辐射效率降低；二是多喇叭多模单脉冲馈源，如双喇叭双模、四喇叭三模等馈源，其副瓣较低、和差波束关于轴向对称，稍微降低和、差矛盾，但由于喇叭的口径相对较大，当采用正馈时遮挡问题尤其明显，导致副瓣电平太高，增益降低；三是单喇叭多模单脉冲，与多喇叭馈源和多喇叭多模馈源相比，单喇叭多模馈源的和波束效率高，差波束灵敏度高，差波束斜率大，能够很好的解决反射面天线难以解决的和差矛盾。

4、单喇叭多模单脉冲馈源的采用的跟踪模有te01模、tm01模和te21模，te01模、tm01模仅能用于圆极化信标的跟踪，而te21模不仅能用于圆极化信标的跟踪，也可对线极化信标跟踪，因此，te21模以其完备的极化信息得到广泛应用，而实现te21模跟踪的器件是te21模耦合器，其主波导为圆波导和副波导为矩形波导，在圆波导壁上开一列耦合孔，来实现能量到矩形波导的耦合，和模为te11模，在圆波导中传输，而进入圆波导的te21模，耦合到副波导中，同时还要对主模有一定的抑制。

5、te21模耦合器，选用圆波导为主波导，周围均匀分布八支矩形波导为副波导，矩形波导的窄边与圆波导有一定厚度的公共壁。为实现差模的合成，传统的差模合成网络通常采用弯头、h-t功分器、魔t组成波导网络，如文献“单脉冲通信天线的研究”、“k/ka频段单脉冲馈源系统的研究与设计”等均采用波导弯头和波导魔t组成差模网络，这种合成网络损耗小、性能优，但横向和纵向结构交错、加工困难，把不同的波导分段加工后，连接复杂，尺寸较大，难以保证最终的性能。专利“一种te21模耦合器合成网络”中，te21模通过波导同轴转换提取后，采用微带电桥功分网络实现差模合成，同轴转换与功分网络之间用同轴电缆连接，微带结构和同轴电缆均会导致合成网络损耗过大。专利“一种紧凑结构单通道单脉冲馈源”采用微带形式的180°和90°微带电桥实现差模合成网络，8根等相电缆连接于4个180°电桥的输入端，4个180°电桥分别接两个180°电桥的输入端，两个180°电桥的输出端接90°电桥的输入端，一致性难以保证。为解决小型化和微带电路导致损耗过大的问题，文献“新型c频段te21模圆极化合成网络设计”设计了一种空气带状线形式的圆极化合成网络。微带合成网络存在一些不足，在毫米波应用时，介质板较薄、微带线较细，难以实现。基于3db波导定向耦合器原理，文献“紧凑型ka频段te21模圆极化合成网络研究设计”将空气带状线合成网络的轴向分层设计思路引入到波导合成网络的设计中，得出一种紧凑型波导差模合成网络设计方案，但由于波导3db电桥在宽带工作时具有幅度一致性差的特性，使得该网络合成端口传输损耗大。综上，目前te21模耦合器的合成网络有两种型式，一种是采用波导型，该型式的合成网络通常采用异性波导弯头、ht功分器、魔t组成波导网络，虽然其损耗小、性能优，但横向和纵向结构交错、加工困难、尺寸体积大，连接复杂，，无法一体加工成型，且调试量大；另外一种是采用微带、带状线和3db电桥型，该型式的合成网络由于器件本身损耗大和通道一致性差的特性，导致合成网络的整体损耗较大，尤其是在毫米波应用时，损耗更大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种高性能te21模合成网络及其加工方法，实现了一种高性能、紧凑型te21模波导合成网络。按本发明的设计和提供的加工方法，将独立加工的金属板拼接后形成的完整的合成网络，损耗小，免调试，能够满足卫星通信、雷达和射电天文等天线领域在毫米波波段的应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种高性能te21模合成网络，包括圆波导，还包括从上至下依次设置的波导网络上层、矩形波导中间层和波导网络下层；其中，圆波导垂直设置，贯穿波导网络上层、矩形波导中间层和波导网络下层；

4、所述矩形波导中间层主要由八个矩形波导组成；所述八个矩形波导的连线交汇于圆波导的中轴线上，且绕圆波导的轴线均匀排布；

5、所述波导网络上层和波导网络下层均为一分四波导功分网络；其中，两个一分四波导功分网络的末端与对应的矩形波导外端连接；所述矩形波导的内端朝下方垂直延伸，与圆波导配合作为下混合波导端口；

6、其中一一分四波导功分网络的主枝节端口朝上，垂直输入；另一一分四波导功分网络的主枝节端口朝向一侧，水平输入。

7、进一步的，所述波导网络上层对应的矩形波导和波导网络下层对应的矩形波导间隔排布。

8、进一步的，所述矩形波导的延伸方向和圆波导的中轴线平行。

9、进一步的，上圆波导端口法兰为阴法兰，下混合波导端口法兰为阳法兰。

10、进一步的，所述一分四波导功分网络主要由主枝节、一分二枝节和二分四枝节组成；其中主枝节末端通过通过第一阶梯结构与两个一分二枝节连接，一分二枝节通过第二阶梯结构与二分四枝节连接。

11、进一步的，所述一份四波导网络的二分四枝节的末端垂直延伸与中间层的对应矩形波导外端连接。

12、一种高性能te21模合成网络的加工方法，用于上述的一种高性能te21模合成网络，其特征在于，具体步骤如下：

13、步骤1，对te21模合成网络电气仿真模型根据加工工艺性要求进行结构二次设计，将其从波导窄边中间分开，分成四层含有沟槽特征的金属板；

14、步骤2，依次采取粗加工—时效处理—半精加工—精加工的加工工艺加工出各层金属板；

15、步骤3，对金属板定位装配。

16、进一步的，所述步骤2中，在对应金属板上铣出法兰。

17、本发明的有益效果在于：

18、与现有技术相比，本发明的优点在于该高性能te21模合成网络及其加工方法，采用平面化的腔体合成技术，思路新颖，结构和工艺实现简单，能够分层加工，加工方法简便可行，有效的实现了一种高性能te21模合成网络。

19、本发明比传统波导合成网络体积小、重量轻，比微带和空气带状线结构型式的网络损耗小，采用该加工方法时加工一致性好，免调试，在毫米波波段具有显著优势，是对现有技术的一种重要改进。