[发明专利]基于威尔金森形式的泰勒分布功分器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于威尔金森形式的泰勒分布功分器及其设计方法，所述设计方法包括：根据天线副瓣的功率增益强度，选取泰勒权值，结合泰勒分布功分器的输出端口数，计算每个端口的功率分布；以减少拓扑级数作为设计目标，采用威尔金森形式的一分二功分器进行拓扑设计，得到泰勒分布功分器的拓扑结构；考虑输入输出端口的电压驻波比，以及幅度和相位一致性的要求，对泰勒分布功分器中的一分二功分器逐一进行仿真设计；计算泰勒分布功分器的相位一致性，根据相位绝对值的大小，逐一调节拓扑结构中每级之间的走线长度，直到满足相位一致性要求。采用上述技术方案，降低功分器的损耗，简化功分网络的设计流程，提高设计效率。

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种基于威尔金森形式的泰勒分布功分器及其设计方法。

背景技术

预警监视雷达通常配置俯仰电扫描、方位机械扫描的相控阵天线，为了实现对地海杂波和有源干扰的有效抑制，天线的方位方向图应具备低副瓣特性。在有源通道较少的情况下，可以通过功分网络对各个单元进行功率分配，实现幅度加权，最终形成低副瓣的方向图。

功分网络是天线系统中的馈线部分，将信号功率进行分配或合成，使天线不同单元之间具有不同的发射或接收幅度，进而形成低副瓣的天线方向图。功分网络的设计直接影响天线的副瓣电平，特别是有低副瓣要求时，功分网络需做到低电压驻波比、高幅相一致性。其中，基于泰勒分布的功分器具有分配比易实现、幅度和相位一致性高的特点，被广泛使用。

威尔金森功分器具有驻波小、隔离度高、幅相一致性高的特点，因此常用于功分器拓扑结构（功分网络）之中，但是在现有技术中，威尔金森功分器由于其模型较为复杂，在大规模和多级级联使用时，存在如下问题：（1）因端口数多、规模大，导致拓扑级数较多，功分器的损耗较大；（2）设计思路为逐级设计，即首先进行一分二功分器设计，然后进行一分四功分器设计，再进行一分八功分器设计，以此类推，完成功分器设计，由此产生的设计工作量较大，并且调试工作量也较大。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于威尔金森形式的泰勒分布功分器及其设计方法，在泰勒分布功分器输出端口数相同的情况下，减少拓扑级数，进而降低功分器的损耗；在泰勒分布功分器中的一分二功分器满足设计指标时，无需对电压驻波比和幅度一致性进行调节优化，显著简化功分网络的设计流程，提高设计效率。

技术方案：本发明提供一种基于威尔金森形式的泰勒分布功分器设计方法，包括：根据天线副瓣的功率增益强度，选取泰勒权值，结合泰勒分布功分器的输出端口数，计算每个端口的功率分布；根据泰勒分布功分器的输出端口数，以减少拓扑级数作为设计目标，采用威尔金森形式的一分二功分器进行拓扑设计，得到泰勒分布功分器的拓扑结构；考虑输入输出端口的电压驻波比，以及幅度和相位一致性的要求，对泰勒分布功分器中的一分二功分器逐一进行仿真设计；计算泰勒分布功分器的相位一致性，根据相位绝对值的大小，逐一调节拓扑结构中每级之间的走线长度，直到满足相位一致性要求。

具体的，在天线副瓣的功率增益强度的基础上，减去7dB，得到泰勒权值。

具体的，所述泰勒分布功分器的输出端口数为32，泰勒分布功分器的拓扑级数为6。

具体的，所述输入输出端口的电压驻波比的要求为小于1.15，幅度一致性的要求为小于0.05dB，相位一致性的要求为小于0.5°。

具体的，对泰勒分布功分器中的一分二功分器逐一进行仿真设计，满足以下要求：每个一分二功分器中的隔离电阻的功率容量满足如下条件：功率容量＞2（P_总-S_隔离），其中，P_总表示一分二功分器的有功功率，S_隔离表示一分二功分器的隔离电阻的视在功率；泰勒分布功分器的拓扑结构第六级中的一分二功分器的输出端口之间的间距，等于天线单元之间的间距；泰勒分布功分器的拓扑结构中连接线的线间距大于2.5倍线宽。