一种单脊宽频带波导耦合校准器的制作方法

本发明涉及一种单脊宽频带波导耦合校准器，具体是一种宽频带、小体积单脊波导耦合校准器。

背景技术：

宽频带阵列天线在军用和民用领域的应用越来越广泛。在由很多辐射单元组成的阵列天线中，只有给每个单元提供适当的幅度和相位权值才能得到期望的方向图。然而，由于各个通道的元器件的加工、安装公差、元器件更换以及周围环境温度的影响，各通道存在相当大的随机相位误差。这些误差将严重影响天线方向图特性，使天线增益下降、副瓣电平变坏、波束指向精度降低。为使天线增益最大、副瓣最低并保持波束指向精度，系统必须具有灵活、可靠、高精度的幅相监测与校准能力。

适合于阵列天线通道信号校准的耦合校准器形式很多，常用的主要有波导耦合校准器、微带耦合校准器和空气板线耦合校准器等。

波导耦合校准器因具有封闭性，在传输信号时信号受外界影响小，具有很好的稳定性同时还具有耐腐蚀、易与天线或组件一体加工的特点而广泛得到使用。但也存在复杂性提高、加工成本高的劣势；但因其使用优点明显，这是另外两种耦合校准器不具备的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单脊宽频带波导耦合校准器，能够实现对宽频带、小体积的阵列天线进行通道幅相校准功能。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种单脊宽频带波导耦合校准器，包括矩形波导和方形脊，所述方形脊位于矩形波导内部的一侧宽边上，且两者的中心线重合；所述矩形波导与方形脊相对的一侧宽边开设有耦合孔，且耦合孔沿矩形波导的长度方向间隔设置多个；所述矩形波导的至少其中一端设有同轴连接器用于连接信号发生器或信号校正接收机。

所述方形脊的端部还设有阻抗匹配段，所述阻抗匹配段与同轴连接器的内端相接。

通常情况下，所述矩形波导的两端可以各设有一个同轴连接器，两同轴连接器的内端分别与方形脊两端的阻抗匹配段相接，其中一个同轴连接器的外端与信号发生器或信号校正接收机连接，另一个同轴连接器的外端与负载相连。

所述耦合孔为条形孔，且耦合孔的长度方向与矩形波导的长度方向平行，所述耦合孔位于矩形波导与方形脊相对的一侧宽边的中心或两侧。

所述耦合孔为条形孔，且耦合孔的长度方向与矩形波导的长度方向平行。

本发明的技术效果在于：本发明充分利用矩形波导中加载的馈电单脊结构，充分压缩了波导腔体的几何尺寸，能对宽频带阵列天线实现通道幅相校准的功能，同时还具有小尺寸、低重量、高可靠性和结构紧凑的优势。体积小，重量轻，易布置在有限的空间内，有效提高平台的空间利用率。

附图说明

图1是本发明的实施例1所提供的立体结构示意图；

图2是本发明的实施例1所提供的俯视图；

图3是图2的a-a剖视图；

图4是图3的b-b剖视图；

图5是本发明的实施例2所提供的俯视图；

图中的标号为：1、矩形波导；2、方形脊；3、阻抗匹配段；4、耦合孔；5、同轴连接器。

具体实施方式

本发明提供了一种条形耦合孔单脊宽频带波导耦合校准器。本发明对矩形波导1结构进行改进，形成一种单脊波导，基于该单脊波导，再利用阻抗匹配手段和相应的耦合孔4，组成单脊宽频带波导耦合器。本发明的单脊宽频带波导耦合器既可用于阵列天线的接收通道校正、也可用于阵列天线的发射通道校正。在军事方面，可用作宽频带雷达系统阵列天线的通道校准器。在民用方面，可作为宽空域通信的基站阵列天线的通道校准器等。

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

图1是本发明实施例中一种八个耦合孔4单脊宽频带波导耦合校准器的结构示意图。

如图1所示，单脊宽频带波导耦合校准器主要包括：矩形波导1、方形脊2、阻抗匹配段3、耦合孔4和同轴连接器5。

同轴连接器5有两个，分别设置在矩形波导1的两端，用于信号的输入或输出。

单脊宽频带波导耦合校准器外形是一个长方体结构，在矩形波导1相对方形脊2的宽边上开有八个耦合孔4，方形脊2和同轴连接器5通过阻抗匹配段3相连接，信号由其中的一个同轴连接器5(另一个接50欧姆负载)输入或输出，完成阵列天线的通道校正。

如图2所示，八个耦合孔4等距离开在矩形波导1的一侧宽边底部，由于本发明的校准器中耦合孔4是非定向的，信号的输入输出端互易。

方形脊2被设置在矩形波导1的内部，位于与耦合孔4相对的矩形波导1宽边上，且两者的中心线重合。阻抗匹配段3连接在方形脊2和同轴连接器5之间，用于阻抗变换，以实现同轴连接器5输出的特性阻抗为标准的50欧姆，左右各一。

如图4所示，方形脊2是一个侧截面为矩形的长方体，同时与阻抗匹配段3、同轴连接器5一起构成单脊宽频带波导耦合校准器的馈电结构，通过调整方形脊2的几何尺寸，同时相应地改变过渡匹配段3的长短，可以改变单脊宽频带波导耦合校准器的特性阻抗，使其特性阻抗变化到标准的50欧姆左右，即实现阻抗匹配，从而与特性阻抗也是50欧姆的同轴连接器5顺利连接。用于发射或接收的阵列天线通过耦合孔4相连通，耦合孔4耦合出阵列天线辐射单元中信号的幅度相位值，通过单脊宽频带波导耦合校准器传输到后接的信号发生器或信号校正接收机，完成信号的处理和天线通道校正。由于本发明的校准器中耦合孔4是非定向的，信号的输入输出端互易。

进一步地，矩形波导1采用方形脊2、同轴连接器5以及两者之间的阻抗匹配段3一起组成单脊宽频带波导耦合校准器的内部电谐振结构，形成类似单脊波导形式，从而使单脊宽频带波导耦合校准器具有宽频带特性。矩形波导1的腔体电尺寸可以明显减小尺寸，重量有效降低，同时具有可靠性高和结构紧凑的优势。

在进行阵列天线接收通道校正时，由与其中一个同轴连接器5(另一个接50欧姆负载)相连的信号发生器向单脊宽频带波导耦合校准器注入校正信号，耦合孔4把校正信号耦合到与其相连的辐射单元中，随后信号进入与辐射单元相连的接收通道，最后进入各自的接收机处理，从而完成接收状态下的阵列天线通道校正。

在进行阵列天线发射通道校正时，信号由发射通道进入到阵列天线的辐射单元，再通过耦合孔4耦合进入到单脊宽频带波导耦合校准器中，然后通过其中的一个同轴连接器5(另一个接50欧姆负载)传输到信号校正接收机处理，完成发射状态下的阵列天线通道校正工作。

实施例2

在机载和星载环境中，由于空间的限制，对尺寸体积有着严格的要求，采用脊波导耦合校准器用于阵列天线通道校正是优选方案之一。波导耦合校准器因采用的波导形式可以分为矩形波导耦合校准器和脊波导耦合校准器，其中脊波导耦合校准器又以单脊波导耦合校准器和双脊波导耦合校准器常见。其实后两种形式都是由矩形波导耦合校准器在腔体内部加载馈电单脊或双脊演变而来，优点是从矩形波导耦合校准器到双脊波导耦合校准器的带宽是逐渐递增的，腔体尺寸和体积逐级递减，缺点是复杂性逐渐增强。因此我们要想实现为频带很宽的宽带阵列天线通道进行信号校准时，脊波导耦合校准器是一个普遍的选择。它能带来宽带直至超宽带，尺寸和体积明显减小，尽管实现起来复杂性有所提高，但相对其带来的好处而言，也是值得的。

总之，就目前阵列天线通道方面的幅相校准而言，矩形波导耦合校准器、单脊波导耦合校准器和双脊波导耦合校准器应用都比较常见，但就实现的带宽和减小体积尺寸方面，脊波导耦合校准器具有更明显的优势，这对实现宽频带的阵列天线通道信号校准，无疑是不二选择。因与组成校准系统的阵列天线的尺寸所限，经综合权衡，本发明成功研发了一种包含有八个耦合孔4的单脊波导耦合校准器。但在此需要说明的是，在实际应用过程中，耦合孔的个数可以根据需要来选定扩展，但不影响校准器功能的实现。

例如常常通过等距离增加耦合孔4的数量，可以构建包括不同数量耦合孔4的单脊宽频带波导耦合校准器，会带来更广泛地应用和很好的经济效益。

如图5所示，在本实施例中就把耦合孔4数量等距离增加到五十二个，构成具有五十二个耦合孔4的单脊宽频带波导耦合校准器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。