串馈结构功分器、阵列天线系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种串馈结构功分器，包括一个输入端口和多个输出端口，该功分器采用串馈结构，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端从正中间第一级开始向两侧逐级向下地按固定比例分配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。本发明专利技术的固定幅度的串馈功分器，无需再调整幅度值，就使功分器的设计完成的时间大大减少，大幅提高了设计效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通讯电线
，尤其涉及一种串馈结构功分器、阵列天线系统及其设计方法。
技术介绍
在现代无源阵列天线的设计中，功分器与天线都是必不可少的元素，两者一起工作时称为阵列天线系统。功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器的主要技术参数包括：功率损耗(包括插入损耗、分配损耗和反射损耗)、各端口的电压驻波比、功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。在阵列天线设计中，功分器是为了满足与天线对接中天线所需的幅度和相位。在传统阵列天线系统的设计中，往往是先设计阵列天线部分，然后将阵列天线的单元方向图的数据带入算法中进行计算从而得出一组与目标方向图最接近的幅度与相位值，接着利用这组数据设计功分器。功分器设置完成后，再与天线对接并验证，完成设计。如果是传统的功分器，设计出与这组数据一样输出的模型是非常繁杂的，既要调整功分器模型中一些参数控制幅度，也要调整另一些参数控制相位。按照这样的方式设计一个功分器大概需要1-2周的时间，使得功分器的设计过程变得繁杂而且低效。传统阵列天线系统的设计流程，包括：在设计现有的阵列天线综合模型中，一般首先设计阵列天线，将阵列单元的方向图输入至遗传算法中，计算出天线所需的接近目标方向图的幅度与相位。根据这两组数据设计传统结构的功分器，然后功分器设计完成后与阵列天线对接，最后测试结果，完成设计。传统结构的功分器设计过程非常繁琐，即要调整幅度，也要调整相位。通常调整一个端口的幅度或者相位都需要花费大量的时间。整个设计过程大概需要花费1-2周的时间，严重影响整个功分器设计流程的时间进度。同时，遗传算法在计算中需要算出比阵列中阵元数量多一倍的解集，即幅度与相位，并且遗传算法具有随机性，这样会让计算机花费较多的时间寻找解集，影响整个设计流程的时间进度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种串馈结构功分器，包括：一个输入端口和多个输出端口，该功分器采用串馈结构，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端从正中间第一级开始向两侧逐级向下地按固定比例分配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。优选地，所述输出端口的间距采用9GHz的半波长，每个端口输出微带线宽为1.1毫米。优选地，所述输出端口的数目为16个，当输入幅度为1时，16个输出端口的幅度值分别为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。优选地，所述多个输出端从正中间第一级开始，按1比1固定比例向两侧逐级地分配输出功率，输出端口的输出功率依次是相邻前级输出端口的输出功率的一半。本专利技术还提供了一种阵列天线系统，包括：串馈功分器及阵列天线，所述串馈结构功分器包括一个输入端口和多个输出端口，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端与阵列天线的单元天线相互连接，所述多个输出端从正中间向两侧逐级向下地按固定比例分配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。优选地，所述输出端口的间距采用9GHz的半波长，每个端口输出微带线宽为1.1毫米；所述输出端口的数目为16个，当输入幅度为1时，16个输出端口的幅度值分别为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；所述多个输出端从正中间第一级开始，按1比1固定比例向两侧逐级地分配输出功率，输出端口的输出功率依次是相邻前级输出端口的输出功率的一半。本专利技术还提供了一种应用权利要求1所述的串馈功分器设计阵列天线系统的方法，包括：设计阵列天线，确定阵列单元的方向图；为串馈结构功分器的输出端口分配固定的幅度值，根据所述幅度值计算出目标方向图所需的相位；在所述串馈结构功分器的输出相位调整完成后与所述阵列天线对接并测试，获得测试结果。优选地，所述串馈结构功分器包括一个输入端口和多个输出端口，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端口与阵列天线的单元天线相互连接，所述多个输出端口按固定比例从正中间向两侧逐级地分配功率，所述幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。优选地，所述输出端口的数目为16个，当输入幅度为1时，16个输出端口的幅度值分别为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；所述输出端口的间距采用9GHz的半波长，每个端口输出微带线宽为1.1毫米。优选地，所述多个输出端从正中间第一级开始，按1比1固定比例向两侧逐级地分配输出功率，输出端口的输出功率依次是相邻前级输出端口的输出功率的一半。与现有技术相比，本专利技术的固定幅度的串馈功分器端口的输出幅度是确定的，在幅度确定的情况下，相位可以根据已经设定好的变量任意调节出所需相位值。本专利技术的技术方案因为无需再调整幅度值，就使功分器的设计完成的时间大大减少，只需1-2小时就能完成设计，大幅提高了设计效率。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术的技术方案而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本专利技术实施例的附图与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，但并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为本专利技术实施例的固定幅度的串馈功分器结构示意图；图2为本专利技术实施例中的天线设计流程示意图；图3为本专利技术实施例中的印刷偶极子天线阵列的正面示意图；图4为本专利技术实施例中的印刷偶极子天线阵列的反面示意图；图5为本专利技术实施例中的反射板的结构示意图；图6为本专利技术实施例中的阵列天线与功分器综合模型正面示意图；图7为本专利技术实施例中的阵列天线与功分器综合模型反面示意图；图8为本专利技术实施例中的功分器与阵列天线综合模型模拟仿真的最终结果对比图。...

【技术保护点】
一种串馈结构功分器，其特征在于，包括：一个输入端口和多个输出端口，该功分器采用串馈结构，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端从正中间第一级开始向两侧逐级向下地按固定比例分配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。

【技术特征摘要】
1.一种串馈结构功分器，其特征在于，包括：一个输入端口和多个输出端口，
该功分器采用串馈结构，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端从正中间第一级
开始向两侧逐级向下地按固定比例分配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅
度值满足余割赋形阵列天线幅度分布特征。
2.如权利要求1所述的串馈结构功分器，其特征在于，
所述输出端口的间距采用9GHz的半波长，每个端口输出微带线宽为1.1毫米。
3.如权利要求1或2所述的串馈结构功分器，其特征在于，
所述输出端口的数目为16个，当输入幅度为1时，16个输出端口的幅度值分别为
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。
4.如权利要求1所述的串馈结构功分器，其特征在于，
所述多个输出端从正中间第一级开始，按1比1固定比例向两侧逐级地分配输出功率，
输出端口的输出功率依次是相邻前级输出端口的输出功率的一半。
5.一种阵列天线系统，其特征在于，包括：串馈功分器及阵列天线，所述串馈结构
功分器包括一个输入端口和多个输出端口，所述输入端口位于正中间，所述多个输出端与
阵列天线的单元天线相互连接，所述多个输出端从正中间向两侧逐级向下地按固定比例分
配功率，所述多个输出端口的幅度值为固定值，该幅度值满足余割赋形阵列天线幅度分布
特征。
6.如权利要求5所述的一种阵列天线系统，其特征在于，
所述输出端口的间距采用9GHz的半波长，每个端口输出微带线宽为1.1毫米；
所述输出端口的数目为16个，当输入幅度为1时，16个输出端口的幅度值分别为
0.0407、0.0424、0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张金玲，郑占旗，甘曦，万文钢，朱兴宇，范鹏程，程琨，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11