[发明专利]一种宽带小型化VICTS天线馈电网络设计方法

说明书

本发明公开了一种宽带小型化VICTS天线馈电网络设计方法，根据馈电网络横向尺寸确定功分网络的层级，由功分网络层级与馈电网络纵向尺寸确定T型结个数；对波导内传播的场模式进行分析，计算主模起始频率与终止频率，建立小型化T型结模型，建立T型结结构参数与反射系数关系；采用宽带技术设计宽带、小型化T型结，运用全波分析法提取宽带T型结与反射系数关系。对T型结幅度、相位进行调整，使其满足特定功率分配的同相激励输出；设计端口转换模块、过渡匹配与极化调整模块，对激励源相关指标进行查验，达到设定指标。本发明实现了馈电网络纵向尺寸的有效压缩，在所需的频带范围内同相输出的同时，实现对幅度的精确控制，从而保证天线的增益、驻波特性。

技术领域

本发明属于卫星通信天线技术领域，特别是涉及一种VICTS天线宽带馈电网络设计方法。

背景技术

VICTS(Variable Inclination Continuous Transverse Stub) 阵列天线由连续断面节CTS(Continuous Transverse Stub)阵列天线发展而来，天线由激励源和平行板波导组成。激励源由端口转换模块、馈电网络模块、过渡匹配与极化调整模块组成，平行板波导由凸字型枝节、慢波、支撑结构等组成。天线激励源主体部分是馈电网络， VICTS天线对馈电网络的基本要求是：在给定横、纵向尺寸条件下实现特定幅度分布(等幅度分布/不等幅度分布)的同相功率合成/分配。需要说明的是，本发明中定义馈电网络所在的面为水平面，馈电输出口为横向，定义为x轴；水平面内垂直x轴为纵向，定义为y轴；垂直水平面的竖直向，定义为z轴。

为了实现VICTS天线的优良性能，激励源的孔径比(慢波纵向尺寸与激励源横向尺寸之比)一般在2:1与1:1之间。这一比例关系对于激励源设计提出了极其苛刻的要求：满足横向尺寸的要求下，纵向尺寸严重受限。对于激励源而言，端口转换模块、过渡匹配与极化调整模块结构尺寸较为固定，随着VICTS天线口径面的增加，这两部分模块纵向尺寸并不会增加，且性能也不会出现恶化；但馈电网络模块随着级联层数的增加，纵向尺寸会急速增加，且性能也会出现一定的恶化。设计VICTS天线馈电网络面临的难题是：如何在受限的纵向尺寸条件下，实现宽带等幅同相功率分配/合成，目前VICTS天线常用的馈电网络主要有两种：基于两层结构的波导功分馈电网络[见电子科技大学硕士论文：平板波导连续横向枝节天线及其平面化的研究] 和基于PillBox的馈电结构[见西安电子科技大学博士论文：多频带/ 超宽带平面印刷天线及连续切向节天线阵列研究]两种形式，这两种馈电网络原理简单，可以按照成熟理论设计，但都需要从底层馈电端口转换到激励输出端口，造成加工设计复杂、天线竖直向高度成倍增加、天线重心难以配平等问题，除此之外，基于PillBox结构的馈电网络存在着幅度与相位不可控的问题，波导功分馈电网络存在着带宽窄的问题。

为了对馈电网络输出的准TEM波幅度与相位进行有效控制，一般采用波导功分馈电方式，若能实现波导功分馈电网络的小型化，特别是纵向尺寸的压缩，实现馈电网络与慢波结构的同层设计，则可以大大降低天线竖直向高度，降低加工难度，实现天线整体的低剖面化。基于单层结构的波导功分馈电网络需要保证馈电网络与慢波结构同层布局，且在有限的纵向宽度内实现宽带端口转换、宽带功率分配与准TEM波的形成，理论分析难度大，结构设计复杂，目前尚无专门的文献研究。因此，本专利针对这一问题提出一种宽带、小型化VICTS 天线馈电网络设计方法，以解决VICTS天线设计中激励源尺寸受限与窄带问题。

发明内容

针对VICTS天线在限定孔径比的情况下，激励源无法与慢波结构同层放置，带宽窄的问题，本发明提供一种宽带小型化VICTS天线馈电网络设计方法。通过对T型结(包括E面T型结和H面T型结) 的宽带与小型化设计，实现馈电网络纵向尺寸的有效压缩，在所需的频带范围内同相输出的同时，实现对幅度的精确控制，从而保证天线的增益、驻波特性。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：