[发明专利]一种波导电缆混合宽带系统及配相方法

权利要求书

1.一种波导电缆混合宽带系统，其特征在于包括：分路移相器(Y1)、功放1(Y01)～功放M(Y0M)、Butler矩阵(Y2)；

分路移相器(Y1)将外部输入的宽带射频信号进行一分M分路后再进行移相后得到M路输出，分别通过M根同轴电缆W1～WM送至功放1(Y01)～功放M(Y0M)，设定分路移相器(Y1)的输入为X5G，分路移相器(Y1)的输出分别为X1G、…、XMG，分路移相器(Y1)的输出均为同轴SMA输出；M大于1，且M为正整数；

功放1(Y01)～功放M(Y0M)为行波管放大器，实现对输入其自身的宽带射频信号的功率放大后通过M个波导B1～BM分别送至Butler矩阵(Y2)的M个输入X1G～XMG，每个功放输入设定为X1G，每个功放输出设定为X2G；波导B1～BM不等长；

Butler矩阵(Y2)包括M个输入和M个输出，输入为X1G～XMG，Butler矩阵(Y2)的输入、输出均为波导接口，当Butler矩阵的M路输入信号满足设定的相位关系时，Butler矩阵会把输入的M路信号功率合成为一路，从而实现功率合成；

同轴电缆W1与波导B1的电气长度的和、同轴电缆W2与波导B2的电气长度的和、…、同轴电缆WM与波导BM电气长度的和，均等长同相。

2.根据权利要求1所述的一种波导电缆混合宽带系统，其特征在于：外部输入的宽带射频信号的中心频率为9.6GHz,带宽为800MHz，移相范围为0°～360°。

3.根据权利要求1所述的一种波导电缆混合宽带系统，其特征在于：每个功放输入设定为X1G，为同轴接口，类型为SMA，每个功放输出设定为X2G，为波导接口，类型为BJ100。

4.根据权利要求1所述的一种波导电缆混合宽带系统，其特征在于：Butler矩阵(Y2)的输入、输出均为波导接口，类型为BJ100。

5.一种波导电缆混合宽带系统配相方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)根据波导群时延的定义和波导中电磁波的传播理论，对于长度为L的波导，则不同频率的波导时延τ_bd，公式如下：

式中：

τ_bd表示波导时延，单位秒，s；

L表示波导长度，单位米，m；

c自由空间的光速，单位米/秒，m/s，定义值299792458m/s；

λ波导工作波长，即波导电缆混合宽带系统的波长，单位米，m；

λ_c波导截止波长，单位米，m；

(2)由于矩形波导常工作于主模，即TE₁₀模，TE₁₀模的波导截止波长为

λ_c＝2a (2)

式中，a为波导的宽边长度；

(3)，将步骤(2)的公式代入步骤(1)公式中，式(1)表示为

(4)计算波导长度L，即当波导为直波导时，波导长度L为波导的机械长度，当波导为弯波导时，按照中心线的几何长度计算，长度L计算公式为：

式中，弯波导包括三部分，分别为第一直线段、弯段、第二直线段，第一直线段和弯段的一端连接，弯段的另一端连接第二直线段；L'₁表示第一直线段的长度，L₂表示第二直线段的长度，R为弯段中心轴线的转弯半径；

(5)将步骤(4)求得到的波导长度L代入步骤(3)的公式中，得到不同频率的波导时延τ_bd；

(6)设波导电缆混合宽带系统的工作中心频率为f₀，单位Hz,带宽为B，单位Hz，f₀＝c/λ，则最低工作频率f_L和最高工作频率f_R分别表示为

f_L＝f₀-B/2 (5)

f_R＝f₀+B/2 (6)

将工作频带的带宽B等间隔的分为N段，则工作频带内的平均时延表示为：

(7)M个波导B1～BM长度分别为L1、…、LM，对应的波导平均时延分别为假设第n路时延最大，第n路的时延为τ_max,n大于等于1且小于等于M且n为整数,即

则第1路～第M路波导的时延相对于第n路对应的最大时延的差值，即平均时延归一化的值如下：

Δt₁＝τ₁-τ_max (9)

…… (10)

Δt_n＝τ_n-τ_max＝0 (11)

Δt_M＝τ_M-τ_max (12)

(8)根据步骤(7)的得到的平均时延归一化的值，计算第1路～第M路波导对应的配相电缆长度差，公式如下：

…… (14)

式中，ε_eff1～ε_effM分别是M根同轴电缆W1～WM的有效介电常数；ε_effn表示第n根电缆Wn的有效介电常数；

(9)以波导时延最大一路对应的电缆Wn长度为基准，设该路长度为L_n则其他M-1路电缆长度分别为

L₁＝L_n+ΔL₁ (17)

L_n＝L_n+ΔL_n (18)

L_M＝L_n+ΔL_M (19)

(10)根据步骤(9)得到的电缆长度和波导长度，使同轴电缆W1与波导B1的电气长度的和、…、同轴电缆WM与波导BM电气长度的和，均等长同相，实现配相。

6.根据权利要求5所述的一种波导电缆混合宽带系统配相方法，其特征在于：根据实际配相要求，针对800MHz带宽，N选取的值为N300。