串饋結(jié)構(gòu)功分器、陣列天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通訊電線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種串饋結(jié)構(gòu)功分器、陣列天線系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代無(wú)源陣列天線的設(shè)計(jì)中，功分器與天線都是必不可少的元素，兩者一起工作時(shí)稱(chēng)為陣列天線系統(tǒng)。
[0003]功分器全稱(chēng)功率分配器，是一種將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的器件，也可反過(guò)來(lái)將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)可也稱(chēng)為合路器。一個(gè)功分器的輸出端口之間應(yīng)保證一定的隔離度。功分器的主要技術(shù)參數(shù)包括:功率損耗(包括插入損耗、分配損耗和反射損耗)、各端口的電壓駐波比、功率分配端口間的隔離度、功率容量和頻帶寬度等。在陣列天線設(shè)計(jì)中，功分器是為了滿足與天線對(duì)接中天線所需的幅度和相位。
[0004]在傳統(tǒng)陣列天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往是先設(shè)計(jì)陣列天線部分，然后將陣列天線的單元方向圖的數(shù)據(jù)帶入算法中進(jìn)行計(jì)算從而得出一組與目標(biāo)方向圖最接近的幅度與相位值，接著利用這組數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)功分器。功分器設(shè)置完成后，再與天線對(duì)接并驗(yàn)證，完成設(shè)計(jì)。如果是傳統(tǒng)的功分器，設(shè)計(jì)出與這組數(shù)據(jù)一樣輸出的模型是非常繁雜的，既要調(diào)整功分器模型中一些參數(shù)控制幅度，也要調(diào)整另一些參數(shù)控制相位。按照這樣的方式設(shè)計(jì)一個(gè)功分器大概需要1-2周的時(shí)間，使得功分器的設(shè)計(jì)過(guò)程變得繁雜而且低效。
[0005]傳統(tǒng)陣列天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，包括:在設(shè)計(jì)現(xiàn)有的陣列天線綜合模型中，一般首先設(shè)計(jì)陣列天線，將陣列單元的方向圖輸入至遺傳算法中，計(jì)算出天線所需的接近目標(biāo)方向圖的幅度與相位。根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功分器，然后功分器設(shè)計(jì)完成后與陣列天線對(duì)接，最后測(cè)試結(jié)果，完成設(shè)計(jì)。
[0006]傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功分器設(shè)計(jì)過(guò)程非常繁瑣，即要調(diào)整幅度，也要調(diào)整相位。通常調(diào)整一個(gè)端口的幅度或者相位都需要花費(fèi)大量的時(shí)間。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程大概需要花費(fèi)1-2周的時(shí)間，嚴(yán)重影響整個(gè)功分器設(shè)計(jì)流程的時(shí)間進(jìn)度。同時(shí)，遺傳算法在計(jì)算中需要算出比陣列中陣元數(shù)量多一倍的解集，即幅度與相位，并且遺傳算法具有隨機(jī)性，這樣會(huì)讓計(jì)算機(jī)花費(fèi)較多的時(shí)間尋找解集，影響整個(gè)設(shè)計(jì)流程的時(shí)間進(jìn)度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型首先提供了一種串饋結(jié)構(gòu)功分器，包括:一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，該功分器采用串饋結(jié)構(gòu)，所述輸入端口位于正中間，所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始向兩側(cè)逐級(jí)向下地按固定比例分配功率，所述多個(gè)輸出端口的幅度值為固定值，該幅度值滿足余割賦形陣列天線幅度分布特征。
[0008]優(yōu)選地，所述輸出端口的間距采用9GHz的半波長(zhǎng)，每個(gè)端口輸出微帶線寬為1.1毫米。
[0009]優(yōu)選地，所述輸出端口的數(shù)目為16個(gè)，當(dāng)輸入幅度為1時(shí)，16個(gè)輸出端口的幅度值分別為 0.0407、0.0424、0.064、0.095、0.141、0.21、0.31、0.458、0.463、0.31、0.21、0.14、0.094、0.063、0.0415以及0.0397。
[0010]優(yōu)選地，所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始，按1比1固定比例向兩側(cè)逐級(jí)地分配輸出功率，輸出端口的輸出功率依次是相鄰前級(jí)輸出端口的輸出功率的一半。
[0011]本實(shí)用新型還提供了一種陣列天線系統(tǒng)，包括:串饋結(jié)構(gòu)功分器及陣列天線，所述串饋結(jié)構(gòu)功分器包括一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，所述輸入端口位于正中間，所述多個(gè)輸出端與陣列天線的單元天線相互連接，所述多個(gè)輸出端從正中間向兩側(cè)逐級(jí)向下地按固定比例分配功率，所述多個(gè)輸出端口的幅度值為固定值，該幅度值滿足余割賦形陣列天線幅度分布特征。
[0012]優(yōu)選地，所述輸出端口的間距采用9GHz的半波長(zhǎng)，每個(gè)端口輸出微帶線寬為1.1毫米;所述輸出端口的數(shù)目為16個(gè)，當(dāng)輸入幅度為1時(shí)，16個(gè)輸出端口的幅度值分別為0.0407、0.0424、0.064、0.095、0.141、0.21、0.31、0.458、0.463、0.31、0.21、0.14、0.094、0.063、0.0415以及0.0397;所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始，按1比1固定比例向兩側(cè)逐級(jí)地分配輸出功率，輸出端口的輸出功率依次是相鄰前級(jí)輸出端口的輸出功率的一半。
[0013]本實(shí)用新型還提供了一種陣列天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裝置，應(yīng)用如上所述的串饋結(jié)構(gòu)功分器設(shè)計(jì)陣列天線系統(tǒng)，該裝置包括:天線設(shè)計(jì)模塊，設(shè)計(jì)陣列天線并確定陣列單元的方向圖；分配模塊，為串饋結(jié)構(gòu)功分器的輸出端口分配固定的幅度值，并根據(jù)所述幅度值計(jì)算出目標(biāo)方向圖所需的相位;測(cè)試模塊，在所述串饋結(jié)構(gòu)功分器的輸出相位調(diào)整完成后與所述陣列天線對(duì)接并測(cè)試，獲得測(cè)試結(jié)果。
[0014]優(yōu)選地，所述串饋結(jié)構(gòu)功分器包括一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，所述輸入端口位于正中間，所述多個(gè)輸出端口與陣列天線的單元天線相互連接，所述多個(gè)輸出端口按固定比例從正中間向兩側(cè)逐級(jí)地分配功率，所述幅度值滿足余割賦形陣列天線幅度分布特征。
[0015]優(yōu)選地，所述輸出端口的數(shù)目為16個(gè)，當(dāng)輸入幅度為1時(shí)，16個(gè)輸出端口的幅度值分別為 0.0407、0.0424、0.064、0.095、0.141、0.21、0.31、0.458、0.463、0.31、0.21、0.14、0.094、0.063、0.0415以及0.0397;所述輸出端口的間距采用9GHz的半波長(zhǎng)，每個(gè)端口輸出微帶線寬為1.1毫米。
[0016]優(yōu)選地，所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始，按1比1固定比例向兩側(cè)逐級(jí)地分配輸出功率，輸出端口的輸出功率依次是相鄰前級(jí)輸出端口的輸出功率的一半。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器端口的輸出幅度是確定的，在幅度確定的情況下，相位可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的變量任意調(diào)節(jié)出所需相位值。本實(shí)用新型的技術(shù)方案因?yàn)闊o(wú)需再調(diào)整幅度值，就使功分器的設(shè)計(jì)完成的時(shí)間大大減少，只需1-2小時(shí)就能完成設(shè)計(jì)，大幅提高了設(shè)計(jì)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中的天線設(shè)計(jì)流程示意圖；
[0020]圖2A為本實(shí)用新型實(shí)施例中的陣列天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裝置的構(gòu)造示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中的印刷偶極子天線陣列的正面示意圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中的印刷偶極子天線陣列的反面示意圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中的反射板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中的陣列天線與功分器綜合模型正面示意圖；
[0025]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中的陣列天線與功分器綜合模型反面示意圖；
[0026]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中的功分器與陣列天線綜合模型模擬仿真的最終結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對(duì)本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本實(shí)用新型實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0028]本實(shí)用新型基于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功分器，提出一種固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器。該固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器端口的輸出幅度是確定的，在幅度確定的情況下，相位可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的變量任意調(diào)節(jié)出所需相位值。因?yàn)闊o(wú)需再調(diào)整幅度值，就使功分器的設(shè)計(jì)完成的時(shí)間大大減少，只需1-2小時(shí)就能完成設(shè)計(jì)。
[0029]如圖1所示，一種固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器，包括一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，該功分器采用串饋結(jié)構(gòu)，所述輸入端口位于正中間，所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始向兩側(cè)逐級(jí)向下地按固定比例分配功率，所述多個(gè)輸出端口的幅度值為固定值，該組固定的幅度值滿足余割賦形陣列天線幅度分布特征。具體地，該功分器也可以命名為固定幅度唯相位控制半功率遞減串饋結(jié)構(gòu)Gysel功分器。進(jìn)一步地，所述輸出端口的間距采用9Ghz的半波長(zhǎng)，即16.7mm，每個(gè)端口輸出微帶線寬為1.1mm。功分器的后部采用整塊銅板作為接地端。所述輸出端口的數(shù)目與陣列單元的數(shù)目相同。
[0030]在陣列天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需找出輸出相位與圖1中d(x)參數(shù)長(zhǎng)度的線性比例，按照比例調(diào)節(jié)dl，d2，d3……dl5，dl6變量大小即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整功分器輸出端口的輸出相位。這種串饋的結(jié)構(gòu)會(huì)讓功分器的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)潔、高效。
[0031]例如，該固定幅度新型串饋結(jié)構(gòu)功分器擁有1個(gè)輸入端口與16個(gè)輸出端口，其中16個(gè)輸出端口的間距采用9Ghz的半波長(zhǎng)，即16.7mm，每個(gè)端口輸出微帶線寬為1.1mm。該功分器采用的介質(zhì)板為羅杰斯4330，介電常數(shù)為3.5，厚度為0.508mm。功分器的后部采用整塊銅板作為接地端。所述多個(gè)輸出端從正中間第一級(jí)開(kāi)始按固定比例分配功率向兩側(cè)分配輸出功率，是采用1比1功率輸出逐級(jí)向下地分配功率，輸出端口的輸出功率依次是相鄰前級(jí)輸出端口輸出功率的一半。當(dāng)輸入幅度為1時(shí)，16組輸出幅度分別為[0.0407、0.0424、0.064、0.095、0.141、0.21、0.31、0.458、0.463、0.31、0.21、0.14、0.094、0.063、0.0415、0.0397]。經(jīng)驗(yàn)證，該幅度分部滿足余割賦形陣列天線幅度分布特征，能夠在遺傳算法幫助下實(shí)現(xiàn)完美的余割平方賦形。
[0032]在遺傳算法計(jì)算過(guò)程中將功分器固定的幅度作為已知數(shù)，只需運(yùn)算出所需相位即可，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可節(jié)省一半以上的算法尋找解集的時(shí)間。
[0033]基于圖1所示的固定幅度的串饋結(jié)構(gòu)功分器，如圖2所示，本實(shí)用新型提出了一種高效簡(jiǎn)潔的陣