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Ka 波段单脉冲平面和差网络和天线的研究 1 引言从 20 世纪 40 年代后期开始，毫米波单脉冲雷达技术逐步得到发展 和应用，尤其是在航空和导弹防御系统中，毫米波单脉冲雷达发挥着重要的作 用。毫米波单脉冲天线馈电网络是毫米波雷达的关键技术之一。传统的和差网 络由魔 T 构成，但结构过于庞大，不易实现平面化、集成化，并且成本较高。 随着微带印刷技术的不断发展，微带结构的和差网络被广泛应用，但是毫米波 波段的微带电路的损耗很大，并且功率承受能力较低。本文设计的 Ka 波段平 面和差网络采用波导缝隙耦合结构，具有结构简单、成本低、损耗小、各端口 幅度和相位一致性好等优点。 2 和差网络模型及工作原理最早的缝隙耦合式波导和差器是由 H.A.Bethe 提 出的，它的原理是：在两根平行的矩形波导公共窄壁上开一个耦合裂缝构成 90deg;混合电桥，如图 1 所示。根据 3dB 电桥原理，通过改变耦合裂缝的长 度可以调整两波导间的耦合度，使直通端口和耦合端口的输出功率相等。由于 耦合端口的电场相位滞后直通端口的电场相位 90deg;，所以直通端口和耦合 端口存在 90deg;的相位差，可以在输入端口增加四分之一波长的波导段消除 相差。图 1 中 port1 和 port4 为输入端口， port2 为和信号输出端口， port3 为差 信号输出端口。 图 1 缝隙电桥(左)及和差器构成原理图(右) 在图 1 所示的结构中，设从输入端口输入电场幅度为 E 的 TE10 波，其余端 口均接匹配负载。选取合适的波导尺寸，使主副波导耦合段内只能传输TE10 和 TE20 两种模式的电磁波。根据叠加原理，输入端的电磁波等效于在 port1 和 port4 同时输入电场幅度为 E/2 的偶模波和奇模波的叠加。设波导宽壁的内 尺寸为 a，耦合段宽度为 2a，长度为 w。 当偶模波在耦合段内激励起 TE10 模时，它的波导波长为： (1) 当奇模波在耦合段内激励起 TE20 模时，它的波导波长为： (2) 上述两种模式的波同时传向 port2 和 port3，当以耦合段的起始位置作为相位 的零参考点时，则 port2 的电场为： (3) port3 的电场为： (4) 其中和分别为 TE10，TE20 模的相移常数。 由式(3)和式(4)可以得出， port2 比 port3 电场相位超前 90 度。根据对 3dB 裂 缝电桥的要求， port3 与 port2 输出功率相等。即： (5) 由式(5)可以得到 (6) 在上述计算中忽略了结构不连续性引起的误差。在实际结构中，为了改善匹 各端口配特性，增加带宽，可以在耦合区的中心线上安置容性螺钉或感性螺杆。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！