一种波导二维单脉冲和差网络的制作方法

本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种波导二维单脉冲和差网络。

背景技术：

和差网络也称为和差器、比较器或者单脉冲处理器，是一种重要的微波无源器件，广泛应用于单脉冲体制的雷达天线馈线网络等领域，其作用是将雷达天线接收到的两路或四路独立信号进行和差比较运算并且能够同时输出和差信号，从而获取角误差信号，实现目标跟踪。

通常，一维单脉冲天线两个象限的接收信号经过一次和差比较，只能输出和信号以及方位差信号或俯仰差信号，而二维单脉冲天线需要将四个象限的接收信号先方位再俯仰或者先俯仰再方位进行和差比较，最后同时输出和信号、方位差信号以及俯仰差信号。波导形式的和差网络同微带或者带状线形式的和差网络相比，具有功率容量大、损耗小的优点。

但是，现有的波导二维单脉冲和差网络仍然存在如下不足：

第一，这些和差网络都是由单一形式的环形混合器、魔t、电桥或支节线混合耦合器构成，结构不够紧凑，占用较大的空间；

第二，由环形混合器、魔t构成的二维和差网络结构中，波导弯、波导过渡连接、匹配块以及耦合缝较多，这些结构在高频段不易加工而且会带来额外误差，对电性能影响大；

第三，由具有90°相差的电桥或支节线混合耦合器构成的二维和差网络结构中，每个电桥或耦合器均需要进行90°相位补偿而且分布零散，不仅占用空间，机械加工也会带来额外误差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种波导二维单脉冲和差网络，以解决现有波导二维单脉冲和差网络存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种波导二维单脉冲和差网络，包括移相网络、一级3db耦合网络和二级3db耦合网络，所述移相网络与所述一级3db耦合网络互连，所述一级3db耦合网络与二级3db耦合网络互连；

所述移相网络长度为1～3个波导波长，所述移相网络长度为1～3个波导波长，所述二级3db耦合网络长度为0.5～1.5个波导波长；

所述移相网络包括相互平行的第一移相波导、第二移相波导、第三移相波导以及第四移相波导，且所述第一移相波导与第二移相波导共用波导窄壁，所述第三移相波导与第四移相波导共用波导窄壁，所述第一移相波导与第三移相波导共用波导宽壁，所述第二低移相波导与第四移相波导共用波导宽壁；

所述一级3db耦合网络包括相互平行的第一耦合波导ⅰ、第二耦合波导ⅰ、第三耦合波导ⅰ以及第四耦合波导ⅰ，且所述第一耦合波导ⅰ与第二耦合波导ⅰ共用波导窄壁，所述第三耦合波导ⅰ与第四耦合波导ⅰ共用波导窄壁，所述第一耦合波导ⅰ与第三耦合波导ⅰ共用波导宽壁，所述第二耦合波导ⅰ与第四耦合波导ⅰ共用波导宽壁；

所述二级3db耦合网络包括相互平行的第一耦合波导ⅱ、第二耦合波导ⅱ、第三耦合波导ⅱ以及第四耦合波导ⅱ，且所述第一耦合波导ⅱ与第二耦合波导ⅱ共用波导窄壁，所述第三耦合波导ⅱ与第四耦合波导ⅱ共用波导窄壁，所述第一耦合波导ⅱ与第三耦合波导ⅱ共用波导宽壁，所述第二耦合波导ⅱ与第四耦合波导ⅱ共用波导宽壁；其中

所述第一移相波导、第一耦合波导ⅰ以及第一耦合波导ⅱ互连构成第一网络波导，所述第二移相波导、第二耦合波导以及第二耦合波导ⅱ互连构成第二网络波导，所述第三移相波导、第三耦合波导ⅰ以及第三耦合波导ⅱ互连构成第三网络波导，所述第四移相波导、第四耦合波导ⅰ以及第四耦合波导ⅱ互连构成第四网络波导；

所述第一网络波导、第二网络波导、第三网络波导以及第四网络波导在所述移相网络一端的开口分别为端口a、端口b、端口c和端口d，均作为和差网络输入端口并分别与天线接收支路端口连接；

所述第一网络波导、第二网络波导、第三网络波导以及第四网络波导在所述二级3db耦合网络一端的开口分别称为端口e、端口f、端口g和端口h，均作为所述和差网络的输出端口，用于提供天线接收支路信号的和差功能。

可选的，所述移相网络的第一移相波导、第二移相波导、第三移相波导以及第四移相波导均具有-90°至90°的移相功能。

可选的，所述移相网络的第一移相波导、第二移相波导、第三移相波导以及第四移相波导均具有-180°至0°的移相功能。

可选的，在所述第一耦合波导ⅰ与第三耦合波导ⅰ的共用波导宽壁以及所述第二耦合波导ⅰ与第四耦合波导ⅰ的共用波导宽壁上，分别开缝形成的第一波导宽边耦合器和第二波导宽边耦合器，所述第一波导宽边耦合器和第二波导宽边耦合器构成所述一级3db耦合网络；

在所述第一耦合波导ⅱ与第二耦合波导ⅱ的共用波导窄壁以及所述第三耦合波导ⅱ与第四耦合波导ⅱ的共用波导窄壁上，分别开缝形成的第一波导窄边耦合器和第二波导窄边耦合器，所述第一波导窄边耦合器和第二波导窄边耦合器构成所述二级3db耦合网络。

可选的，在所述第一耦合波导ⅰ与第二耦合波导ⅰ的共用波导窄壁以及所述第三耦合波导ⅰ与第四耦合波导ⅰ的共用波导窄壁上，分别开缝形成的第一波导窄边耦合器和第二波导窄边耦合器，所述第一波导窄边耦合器和第二波导窄边耦合器构成所述一级3db耦合网络；

在所述第一耦合波导ⅱ与第三耦合波导ⅱ的共用波导宽壁以及所述第二耦合波导ⅱ与第四耦合波导ⅱ的共用波导宽壁上，分别开缝形成的第一波导宽边耦合器和第二波导宽边耦合器，所述第一波导宽边耦合器和第二波导宽边耦合器构成所述二级3db耦合网络。

可选的，所述第一波导宽边耦合器与第二波导宽边耦合器结构相同，均由波导宽边电桥构成，且所述第一波导宽边耦合器包括在共用波导宽壁上沿波导轴线方向开设的两条相互平行的第一纵向缝和第二纵向缝。

可选的，所述第一波导宽边耦合器包括第一宽边阶梯匹配块和第二宽边阶梯匹配块。

可选的，所述第一波导宽边耦合器与第二波导宽边耦合器结构相同，均由波导支节线混合耦合器构成，且所述第一波导宽边耦合器包括在共用波导宽壁上沿波导轴线垂直方向开设的第一横向缝和第二横向缝。

可选的，所述第一波导窄边耦合器与第二波导窄边耦合器结构相同，均由波导窄边电桥构成，所述第一波导窄边耦合器包括在共用波导窄壁上开设的窄边缝。

可选的，所述第一波导窄边耦合器包括第一窄边阶梯匹配块和第二窄边阶梯匹配块。

发明效果：

本发明的波导二维单脉冲和差网络，采用了3db波导宽边耦合器和3db波导窄边耦合器的组合形式，整个结构只有相互平行的四根波导组成，波导之间共用波导宽壁和共用波导窄壁，而且耦合器之间不需要过渡波导而直接相连，因此结构紧凑；另外，四根波导相互平行，构成两层二维平面结构，加工简单方便。

附图说明

图1是本发明波导二维单脉冲和差网络的结构示意图(透视图)；

图2是本发明波导二维单脉冲和差网络中移相网络的结构示意图(透视图)；

图3是本发明波导二维单脉冲和差网络中一级3db耦合网络的结构示意图(透视图)；

图4是本发明波导二维单脉冲和差网络中二级3db耦合网络的结构示意图(透视图)；

图5是本发明波导二维单脉冲和差网络中移相网络的结构示意图(透视图)；

图6是本发明波导二维单脉冲和差网络的一级3db耦合网络中纵向缝部分的结构示意图(透视图)；

图7是本发明波导二维单脉冲和差网络的一级3db耦合网络中宽边阶梯匹配块部分的结构示意图(透视图)；

图8是本发明波导二维单脉冲和差网络的一级3db耦合网络中横向缝部分的结构示意图(透视图)；

图9是本发明波导二维单脉冲和差网络的一级3db耦合网络中窄边缝及窄边阶梯匹配块部分的结构示意图(透视图)；

图10是本发明波导二维单脉冲和差网络的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图10对本发明波导二维单脉冲和差网络做进一步详细说明。

本发明提供了一种波导二维单脉冲和差网络；如图1所示，波导二维单脉冲和差网络可以包括移相网络1，一级3db耦合网络2和二级3db耦合网络3，所述移相网络1与所述一级3db耦合网络2互连，所述一级3db耦合网络2与二级3db耦合网络3互连。其中，移相网络1长度为1～3个波导波长，移相网络1长度为1～3个波导波长，二级3db耦合网络3长度为0.5～1.5个波导波长。

具体地，如图2所示，移相网络1可以包括相互平行的第一移相波导11、第二移相波导12、第三移相波导13以及第四移相波导14；其中，第一移相波导11与第二移相波导12共用波导窄壁；第三移相波导13与第四移相波导14共用波导窄壁；第一移相波导11与第三移相波导13共用波导宽壁；第二低移相波导12与第四移相波导14共用波导宽壁。其中，第一移相波导11、第二移相波导12、第三移相波导13以及第四移相波导14具体是图2中矩形的空腔部分(该部分为中空结构)。

具体地，如图3所示，一级3db耦合网络2可以包括相互平行的第一耦合波导ⅰ21、第二耦合波导ⅰ22、第三耦合波导ⅰ23以及第四耦合波导ⅰ24。其中，第一耦合波导ⅰ21与第二耦合波导ⅰ22共用波导窄壁；第三耦合波导ⅰ23与第四耦合波导ⅰ24共用波导窄壁；第一耦合波导ⅰ21与第三耦合波导ⅰ23共用波导宽壁；第二耦合波导ⅰ22与第四耦合波导ⅰ24共用波导宽壁。其中，同样，第一耦合波导ⅰ21、第二耦合波导ⅰ22、第三耦合波导ⅰ23以及第四耦合波导ⅰ24具体是图3中矩形的空腔部分(该部分为中空结构)。

具体地，如图4所示，二级3db耦合网络3可以包括相互平行的第一耦合波导ⅱ31、第二耦合波导ⅱ32、第三耦合波导ⅱ33以及第四耦合波导ⅱ34。其中，第一耦合波导ⅱ31与第二耦合波导ⅱ32共用波导窄壁；第三耦合波导ⅱ33与第四耦合波导ⅱ34共用波导窄壁；第一耦合波导ⅱ31与第三耦合波导ⅱ33共用波导宽壁；第二耦合波导ⅱ32与第四耦合波导ⅱ34共用波导宽壁。同样，第一耦合波导ⅱ31、第二耦合波导ⅱ32、第三耦合波导ⅱ33以及第四耦合波导ⅱ34具体是图4中矩形的空腔部分(该部分为中空结构)。

进一步，如图5所示，上述第一移相波导11、第一耦合波导ⅰ21以及第一耦合波导ⅱ31在同一直线方向上互连，以构成第一网络波导01；第二移相波导12、第二耦合波导22以及第二耦合波导ⅱ32互连构成第二网络波导02；第三移相波导13、第三耦合波导ⅰ23以及第三耦合波导ⅱ33互连构成第三网络波导03；第四移相波导14、第四耦合波导ⅰ24以及第四耦合波导ⅱ34互连构成第四网络波导04。

进一步，如图5所示，第一网络波导01、第二网络波导02、第三网络波导03以及第四网络波导04在移相网络1一端的开口分别为端口a61、端口b62、端口c63和端口d64，这四个端口均作为和差网络输入端口并分别与天线接收支路端口连接。

另外，第一网络波导01、第二网络波导02、第三网络波导03以及第四网络波导04在二级3db耦合网络3一端的开口分别称为端口e71、端口f72、端口g73和端口h74，这四个端口均作为和差网络的输出端口，用于提供天线接收支路信号的和差功能。

本发明的波导二维单脉冲和差网络，采用了3db波导宽边耦合器和3db波导窄边耦合器的组合形式，整个结构只有相互平行的四根波导组成，波导之间共用波导宽壁和共用波导窄壁，而且耦合器之间不需要过渡波导而直接相连，因此结构紧凑；另外，四根波导相互平行，构成两层二维平面结构，加工简单方便。

本发明波导二维单脉冲和差网络中，第一移相波导11、第二移相波导12、第三移相波导13以及第四移相波导14均具有移相功能，具体移相可以根据需要进行适合的设置。

在一个实施例中，第一移相波导11、第二移相波导12、第三移相波导13以及第四移相波导14均具有-90°至90°的移相功能。其具体实现方式属于现有技术，例如可以通过压榨波导宽度、加宽波导宽度、在波导内填充一定形状的介质以及它们的组合方法来实现。

在另一个实施例中，移相网络1的第一移相波导11、第二移相波导12、第三移相波导13以及第四移相波导14均具有-180°至0°的移相功能；同样，具体实现方式属于现有技术，例如可以通过增加波导弯或其他等方法来实现，也可以采用上述的通过压榨波导宽度、加宽波导宽度、在波导内填充一定形状的介质以及它们的组合方法来实现。

进一步，本发明波导二维单脉冲和差网络中，一级3db耦合网络2和二级3db耦合网络3中各耦合波导的具体布置方式可以根据进行适合的设置。

在一个实施例中，是在第一耦合波导ⅰ21与第三耦合波导ⅰ23的共用波导宽壁以及第二耦合波导ⅰ22与第四耦合波导ⅰ24的共用波导宽壁上，分别开缝形成的第一波导宽边耦合器41和第二波导宽边耦合器42；其中，第一波导宽边耦合器41和第二波导宽边耦合器42则主要构成一级3db耦合网络2。

同理，是在第一耦合波导ⅱ31与第二耦合波导ⅱ32的共用波导窄壁以及第三耦合波导ⅱ33与第四耦合波导ⅱ34的共用波导窄壁上，分别开缝形成的第一波导窄边耦合器51和第二波导窄边耦合器52；其中，第一波导窄边耦合器51和第二波导窄边耦合器52则主要构成二级3db耦合网络3；

在另一个实施例中，是在第一耦合波导ⅰ21与第二耦合波导ⅰ22的共用波导窄壁以及第三耦合波导ⅰ23与第四耦合波导ⅰ24的共用波导窄壁上，分别开缝形成的第一波导窄边耦合器51和第二波导窄边耦合器52；其中，第一波导窄边耦合器51和第二波导窄边耦合器52则主要构成所述一级3db耦合网络2。

同理，是在第一耦合波导ⅱ31与第三耦合波导ⅱ33的共用波导宽壁以及第二耦合波导ⅱ32与第四耦合波导ⅱ34的共用波导宽壁上，分别开缝形成的第一波导宽边耦合器41和第二波导宽边耦合器42；其中，第一波导宽边耦合器41和第二波导宽边耦合器42则主要构成二级3db耦合网络3。

进一步，本发明波导二维单脉冲和差网络中，第一波导宽边耦合器41与第二波导宽边耦合器42结构相同，均由波导宽边电桥构成；参照图6、图7所示，第一波导宽边耦合器41包括在共用波导宽壁上沿波导轴线方向开设的两条相互平行的第一纵向缝411和第二纵向缝412)。进一步，第一波导宽边耦合器41包括第一宽边阶梯匹配块413和第二宽边阶梯匹配块414。

进一步，本发明波导二维单脉冲和差网络中，第一波导宽边耦合器41与第二波导宽边耦合器42结构相同，均由波导支节线混合耦合器构成；参照图8所示，第一波导宽边耦合器41包括在共用波导宽壁上沿波导轴线垂直方向开设的第一横向缝415和第二横向缝416。

同样，第一波导窄边耦合器51与第二波导窄边耦合器52结构相同，均由波导窄边电桥构成，第一波导窄边耦合器51包括在共用波导窄壁上开设的窄边缝511。进一步，参照图9所示，第一波导窄边耦合器51包括第一窄边阶梯匹配块512和第二窄边阶梯匹配块513。

本发明的工作原理是：

如图10所示，天线四个象限的接收信号通过和差网络的四个输入端口即端口a61、端口b62、端口c63、端口d64进入和差网络的移相网络1，再经过耦合网络，之后从和差网络的输出端口即端口e71、端口f72、端口g73、端口h74输出和、方位差、俯仰差、和对角差，通常对角差不用，只需接负载即可。

和差网络中的耦合网络由两个波导宽边耦合器和两个波导窄边耦合器构成一级3db耦合网络2和二级3db耦合网络3，通过这两种不同形式耦合器通过组合，构成了内部连通的相互平行的具有二维平面结构的四根波导即网络波导01、网络波导02、网络波导03以及网络波导04；由于四根波导共用波导宽壁和共用波导窄壁，而且避免了传统环形混合器中使用的波导弯，以及魔t和其他耦合器中使用的过渡波导，因此该结构简单、紧凑。

另外，通过移相网络1的调相功能，可以保证一级3db耦合网络2中的每个耦合器在和差运算之前已经具有90°相位差，而二级3db耦合网络3中的每个耦合器在和差运算之前所需要的相位差，仍然在移相网络1中调节，并通过一级3db耦合网络2传递到二级3db耦合网络3中，这种方式避免了传统的每个耦合器都需要一个移相波导进行调节，因此不仅减小了移相波导的个数，同时大大减小了不连续波导段的数量，从而使得和差网络更加简单、紧凑。由于耦合器中的纵向缝、横向缝以及窄边缝等耦合缝以及阶梯匹配块的公差对电性能不敏感、因此要求不高，也方便机械加工。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。