一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构，应用于紧耦合相控阵天线技术领域。本发明专利技术结构包括两个输入端口、两个输出端口、两个开关、两个U型连接枝节和主体类混合环结构，呈中心对称形式。本发明专利技术通过调节开关的状态使整个天线单元的工作状态发生转变，通过类混合环的作用实现宽带特性，通过两个端口的相互补偿以及短路接地柱的电流调节使电流的平衡性更好，在扫描时提供更多的调节作用，同等情况下，可以获得更大的扫描角度，最终实现宽带和大角度扫描的性能。

An adjustable dual port balun structure for tightly coupled phased array

The invention discloses an adjustable two-port Balun structure applied to tightly coupled phased array, and is applied to the technical field of tightly coupled phased array antenna. The structure of the invention comprises two input ports, two output ports, two switches, two U-shaped connecting branches and a main class hybrid ring structure, which is in the form of central symmetry. The invention changes the working state of the whole antenna unit by adjusting the state of the switch, realizes the broadband characteristic by the action of the similar hybrid ring, makes the current balance better by the mutual compensation of two ports and the current regulation of the short-circuit grounding column, and provides more adjusting function during scanning, and under the same conditions, can realize the broadband characteristic. In order to achieve greater scanning angle, the performance of wideband and large angle scanning is finally achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构
本专利技术应用于紧耦合相控阵天线
，具体涉及一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构。
技术介绍
紧耦合相控阵(TightlyCoupledPhasedArray-TCPA)理论是在2003年由Munk通过对频率选择表面的研究而提出的。与传统相控阵理论中要尽量减小单元之间的互耦不同，Munk的理论是利用单元之间的互耦，模拟无限大电流面，实现宽带、大角度扫描的效果。巴伦又称平衡-不平衡转换器(Balanced-to-UnbalancedTransformer)，取其英文名字简称为巴伦。目前，紧耦合相控阵一般以偶极子天线为辐射振子。偶极子属于平衡型天线(双极天线，偶极子，双锥，八木)，而天线的馈电线一般都是同轴电缆，属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过，势必有辐射分量，甚至影响天线的极化方向(水平偶极子天线，竖直的RF线外层有电流，会影响水平极化的纯度)。因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。同时，巴伦还具有调节阻抗匹配的作用。文章“Low-Cost,PlanarandWidebandPhasedArraywithIntegratedBalunandMatchingNetworkforWide-AngleScanning”提出了一种应用于紧耦合相控阵中的单端口的类混合环巴伦结构。该巴伦结构如附图中图1所示，利用该巴伦的天线单元结构如图2所示。此巴伦结构主体为一类混合的结构，通过U型连接线与端口相连，逆时针方向在距离输入位置四分之波长和四分之三波长的位置为两个输出端，通过平行双线与上方水平放置的偶极子连接。用此巴伦结构的天线单元在频带8-12GHz内S11小于-10dB，天线单元组成3×3的阵列可以实现E面和H面±45°的扫描。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，增加单元带宽，增大阵列扫描角度，提供一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的：一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构，包括输入端口1、2、输出端口3、4、U型连接枝节5、6、双层耦合枝节、单层连接枝节8、10、开关11、12；双层耦合枝节包括外层枝节701、901和内层枝节702、902；第一U型连接枝节5的一端连接第一输入端口1，另一端的两侧分别连接第一双层耦合枝节和第一单层连接枝节8；第一单层连接枝节8靠近第一U型连接枝节5的一端通过第一开关11与第一内层枝节702连接；第一单层连接枝节8远离第一U型连接枝节5的一端与第一输出端口3连接；第一外层枝节701的末端接地；第一内层枝节702的另一端与第二输出端口4连接；第二U型连接枝节6的一端连接第二输入端口2，另一端的两侧分别连接第二双层耦合枝节和第二单层连接枝节10；第二单层连接枝节10靠近第二U型连接枝节6的一端通过第二开关12与第二内层枝节902连接；第二单层连接枝节10远离第二U型连接枝节6的一端与第二输出端口4连接；第二外层枝节901的末端接地；第二内层枝节902的另一端与第一输出端口3连接；双层耦合枝节、单层连接枝节8、10、开关11、12共同形成一个类混合环结构，通过波程差的原理，得到两个在频带内相近的频点，从而实现宽带的特性；外层枝节701、901和内层枝节702、902之间形成耦合结构，第一外层枝节701和第二外层枝节901的末端通过短路柱接地，再加上第一输入端口1和第二输入端口2的相互补偿，在扫描时提供了更强的电流和阻抗调节作用，从而实现大角度扫描的特性；通过调节第一开关11和第二开关12的通断，可以改变整个结构的电流流向，从而改变天线的工作状态，实现状态的切换。本专利技术的有益效果是：相较于现有技术的单端口巴伦结构，本专利技术创造性的提出一种双端口的巴伦结构。本专利技术巧妙地利用了开关的通断作用，通过改变开关的状态从而改变天线的工作状态，第二个端口的引入，通过端口之间的相互补偿和结构间的相互影响保证了良好的带宽和扫描特性；开关的使用和第二端口的引入不仅使整个天线的工作状态处于可调节的模式，同时极大的提升了阵列的扫描特性；应用本专利技术的紧耦合单元在带宽和扫描角度方面比应用单端口巴伦的单元更具有优势，带宽从原来的4GHz提升了300MHz，达到4.3GHz；E面和H面的扫描范围均提升了15°以上；本专利技术为紧耦合相控阵的发展提供新的思路和参考，极具价值。附图说明图1为现有技术中巴伦结构的结构图；图2为现有技术中巴伦及其紧耦合相控阵单元结构图；图3为本专利技术所述可调双端口巴伦结构结构图；图4为本专利技术所述巴伦结构应用的紧耦合相控阵单元结构图；图5为图4所述相控阵单元的S参数；图6为图4所述相控阵单元组成的3×3天线阵列结构图；图7为图6所述相控阵的E面方向图；图8为图6所述相控阵的H面方向图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。本实施例提供一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构，其整体结构图如图3所示，包括输入端口1、2、输出端口3、4、U型连接枝节5、6、双层耦合枝节、单层连接枝节8、10、开关11、12；双层耦合枝节包括外层枝节701、901和内层枝节702、902；第一U型连接枝节5的一端连接第一输入端口1，另一端的两侧分别连接第一双层耦合枝节和第一单层连接枝节8；第一单层连接枝节8靠近第一U型连接枝节5的一端通过第一开关11与第一内层枝节702连接；第一单层连接枝节8远离第一U型连接枝节5的一端与第一输出端口3连接；第一外层枝节701的末端通过短路柱接地；第一内层枝节702的另一端与第二输出端口4连接；第二U型连接枝节6的一端连接第二输入端口2，另一端的两侧分别连接第二双层耦合枝节和第二单层连接枝节10；第二单层连接枝节10靠近第二U型连接枝节6的一端通过第二开关12与第二内层枝节902连接；第二单层连接枝节10远离第二U型连接枝节6的一端与第二输出端口4连接；第二外层枝节901的末端通过短路柱接地；第二内层枝节902的另一端与第一输出端口3连接；将本实施例提供的巴伦结构应用于紧耦合的阵列单元，其结构图如图4所示。用电磁仿真软件HFSS对单元天线仿真，得到此天线的S参数如图5所示。当第一开关11闭合、第二开关12断开时，为状态1；当第一开关11断开，第二开关12闭合时，为状态2。当处于状态1时，第二输入端口2为主要工作的端口，在8.2～12.5GHz内，第二输入端口2保持着良好的性能，第一输入端口1基本被全反射；当处于状态2时，第一输入端口1为主要工作的端口，这与第一种状态呈现出相反的状态，从而也证明了开关对状态的控制。将如图4所示的单元天线组成阵列并进行仿真，双端口阵列的结构图如图6所示，其E面和H面扫描结果如图7和图8所示。图7选取了状态1的负半平面和状态2的正半平面，图8取了状态1的正半平面和状态2的负半平面。利用该双端口巴伦后，不论是E面还是H面，在增益下降和旁瓣抑制方面都得到了极大的改善，采用双端口巴伦的阵列在扫描到E面和H面的±60°时仍能满足要求，保持较好的性能。按照目前的巴伦与天线阵列的连接方式，以及目前的坐标设置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构，其特征在于，包括输入端口(1、2)、输出端口(3、4)、U型连接枝节(5、6)、双层耦合枝节、单层连接枝节(8、10)、开关(11、12)；双层耦合枝节包括外层枝节(701、901)和内层枝节(702、902)；第一U型连接枝节(5)的一端连接第一输入端口(1)，另一端的两侧分别连接第一双层耦合枝节和第一单层连接枝节(8)；第一单层连接枝节(8)靠近第一U型连接枝节(5)的一端通过第一开关(11)与第一内层枝节(702)连接；第一单层连接枝节(8)远离第一U型连接枝节(5)的一端与第一输出端口(3)连接；第一外层枝节(701)的末端接地；第一内层枝节(702)的另一端与第二输出端口(4)连接；第二U型连接枝节(6)的一端连接第二输入端口(2)，另一端的两侧分别连接第二双层耦合枝节和第二单层连接枝节(10)；第二单层连接枝节(10)靠近第二U型连接枝节(6)的一端通过第二开关(12)与第二内层枝节(902)连接；第二单层连接枝节(10)远离第二U型连接枝节(6)的一端与第二输出端口(4)连接；第二外层枝节(901)的末端接地；第二内层枝节(902)的另一端与第一输出端口(3)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于紧耦合相控阵的可调双端口巴伦结构，其特征在于，包括输入端口(1、2)、输出端口(3、4)、U型连接枝节(5、6)、双层耦合枝节、单层连接枝节(8、10)、开关(11、12)；双层耦合枝节包括外层枝节(701、901)和内层枝节(702、902)；第一U型连接枝节(5)的一端连接第一输入端口(1)，另一端的两侧分别连接第一双层耦合枝节和第一单层连接枝节(8)；第一单层连接枝节(8)靠近第一U型连接枝节(5)的一端通过第一开关(11)与第一内层枝节(702)连接；第一单层连接枝节(8)远离第一U型连接枝节(5)的一端与第一输出端口(3)连接；第一外层枝节(701)的末端接地；第一内层枝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪松，孙兆鑫，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51