專利名稱：同軸波阻抗變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來將第一接頭上的高頻功率通過多級串聯(lián)的變壓/變換借助于λ/4導(dǎo)線分配到n個位于同一徑向平面內(nèi)的第二接頭(n≥2)上的同軸波阻抗變壓器/變換器(Wellenwiderstandstransformator)。
背景技術(shù)：
其原理例如由Meinke Gundlbach的“Taschenbuch derHochfrequenztechnik”，第5版，第L4，L5節(jié)已知的這種波阻抗變壓器特別用來將通過一輸入端的同軸導(dǎo)線輸入的高頻能量盡可能波阻抗準(zhǔn)確地，從而無反射地均勻分配到兩個或更多的輸出端的同軸導(dǎo)線上，輸出端的同軸導(dǎo)線具有與輸入端同軸導(dǎo)線相同的通常為50Ω的波阻抗。這種波阻抗變壓器也稱為分配器或分路器(Splitter)。它們通常包括多個變壓級，其中每個變壓級由一同軸導(dǎo)線段組成，該導(dǎo)線段近似地具有一λ/4的機(jī)械長度(λ是運(yùn)行頻率或中心頻率的波長)。為了計算導(dǎo)線段的內(nèi)導(dǎo)體及外導(dǎo)體的準(zhǔn)確長度和直徑可使用一種以APLAC公知的、并在市場上可以買到的軟件。因此為了簡短起見，在下面和在權(quán)利要求書中單個導(dǎo)線段稱作λ/4導(dǎo)線。
原則上波阻抗變壓器應(yīng)該盡可能無反射，即特別是在第一接頭處具有低的VSWR。但是在帶寬足夠的情況下可以接受的VSWR值需要至少三個變壓級，在同時輸送更大的帶寬時需要四個或更多變壓級。因?yàn)樽儔旱膶?dǎo)體段不僅在電上是串聯(lián)的，而且在機(jī)械上也是順序排列的，已知的波阻抗變壓器結(jié)構(gòu)非常長。其(理論)長度至少等于n·λ/4，即正比于變壓級的數(shù)量n。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種開頭所述類型的波阻抗變壓器，其結(jié)構(gòu)明顯縮短，而不損害其電特征值。
對于這種類型的波阻抗變壓器這個目的這樣來實(shí)現(xiàn)，即λ/4導(dǎo)線至少局部同心相互包圍地設(shè)置在第一接頭和第二接頭之間。
因此本發(fā)明的基本思想在于，第一λ/4導(dǎo)線的外導(dǎo)體至少在其長度的一部分上用作第二λ/4導(dǎo)線的內(nèi)導(dǎo)體，而其外導(dǎo)體又用作第三λ/4導(dǎo)線的內(nèi)導(dǎo)體，等等。這使得可實(shí)現(xiàn)較短的波阻抗變壓器的結(jié)構(gòu)形式。
λ/4導(dǎo)線特別是可以這樣地相互同心設(shè)置，使得一個λ/4導(dǎo)線的開口端構(gòu)成下一個λ/導(dǎo)線的起點(diǎn)。
如果λ/4導(dǎo)線這樣相互同心地設(shè)置，使得電磁波從λ/4導(dǎo)線到λ/4導(dǎo)線(在相鄰的λ/4導(dǎo)線之間)反方向傳播，當(dāng)不需要補(bǔ)充的補(bǔ)償來提高帶寬時，則波阻抗變壓器的(理論)長度-與級數(shù)無關(guān)-由此不會明顯大于λ/4。
如果一個λ/4導(dǎo)線這樣地折疊，使它以其長度的一部分同心地包圍其長度的剩余部分，則便可以實(shí)現(xiàn)級數(shù)的加大而不會明顯加大波阻抗變壓器的直徑。即在這種結(jié)構(gòu)形式中，電磁波在至少一個變壓級中-即在相應(yīng)的約λ/4長的導(dǎo)線段內(nèi)，在一第一體積內(nèi)向一個方向傳播，而在一包圍第一體積的第二體積內(nèi)向相反的方向傳播。
可以這樣來實(shí)現(xiàn)一僅略長于例如三級實(shí)施形式的、但具有相同直徑的緊湊的四級波阻抗變壓器，即第一級的內(nèi)導(dǎo)體具有一第一直徑，并和第一級的外導(dǎo)體一起構(gòu)成第一λ/4導(dǎo)線，這個內(nèi)導(dǎo)體帶有較大的第二直徑的延長部和相同外導(dǎo)體的內(nèi)殼面一起構(gòu)成第二級的第一段，所述第二級的第二段由第一級的外導(dǎo)體的、具有第一直徑的、作為第二內(nèi)導(dǎo)體的外殼面與包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體的、作為第二外導(dǎo)體的內(nèi)殼面一起組成，在所述第二級上連接一具有較大的第二外徑的外導(dǎo)體段作為內(nèi)導(dǎo)體，該內(nèi)導(dǎo)體和包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體的內(nèi)殼面一起構(gòu)成第三級的第一段，第三級的第二段由包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體具有第一外徑的、作為第三內(nèi)導(dǎo)體的外殼面與空心圓柱形殼體的內(nèi)表面一起組成，在第三級上連接第四級，第四級由包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體具有較大的第二外徑的、作為第四內(nèi)導(dǎo)體的第二段與空心圓柱形殼體作為外導(dǎo)體的內(nèi)殼面一起組成，其中包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體與第二接頭的內(nèi)導(dǎo)體連接。用這種方式實(shí)現(xiàn)的第二和第三級的折疊避免了，必須加大用來安裝第四級的殼體直徑，因此降低了極限頻率。
如果第一接頭的內(nèi)導(dǎo)體具有設(shè)計成補(bǔ)償用λ/4空載導(dǎo)線的、同心和絕緣地安裝在第一λ/4導(dǎo)線的內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)體，則可以實(shí)現(xiàn)較大的帶寬和較平的反射因子隨頻率的變化曲線。
如果補(bǔ)償用的λ/4短接導(dǎo)線的內(nèi)導(dǎo)體連接在第二接頭的內(nèi)導(dǎo)體的連接點(diǎn)上，則可以實(shí)現(xiàn)同樣意義上的進(jìn)一步改進(jìn)。


下面借助于

本發(fā)明的波阻抗變壓器，附圖包括示意的簡化實(shí)施例和補(bǔ)充的圖線。附圖表示圖1同軸波阻抗變壓器的已知原理，圖2以縱剖視圖表示本發(fā)明波阻抗變壓器的四級實(shí)施形式，圖3相應(yīng)于圖2中III-III線的橫剖視圖，圖4以縱剖視表示一三級實(shí)施形式，圖5以縱剖視表示的另一種四級實(shí)施形式，圖6按圖4的四級波阻抗變壓器的反射因子隨頻率的變化曲線，圖7按圖5的三級波阻抗變壓器的反射因子隨頻率的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一四級的用來使一低的波阻抗Z(LS)通過四個順序銜接的約λ/4長度的、具有逐級減小的波阻抗Z(L1)至Z(L4)的導(dǎo)線段L1至L4變壓到一較高的波阻抗Z(L0)或與該波阻抗Z(L0)匹配的波阻抗變壓器。為了擴(kuò)大帶寬和使反射因子隨頻率的變化曲線平滑，在第一級L1內(nèi)附加地內(nèi)置一λ/4空載導(dǎo)線LL，在第四級L4的端部上連接一λ/4短接導(dǎo)線。在功率分配器或分路器的情況下，與Z(L0)相比較低的波阻抗Z(L5)通過并聯(lián)在最后的變壓級L4上的同軸導(dǎo)線(未畫出)形成，所述同軸導(dǎo)線例如是相應(yīng)數(shù)量的天線的輸入線。
圖2和圖3以縱剖視圖和對應(yīng)于圖2中的III-III線的橫剖視圖示出一用來將通過一同軸導(dǎo)線輸送到第一接頭K1的高頻電能均勻分配到三個第三接頭K2至K4上的四級波阻抗變壓器。一內(nèi)導(dǎo)體IL1和一外導(dǎo)體AL1共同構(gòu)成一具有波阻抗Z(L1)和一約λ/4長度的第一變壓級L1。 IL1的外徑和AL1的內(nèi)徑及精確的長度和后面各變壓級的相應(yīng)的值一樣可以借助于已經(jīng)提到過的軟件APLC計算欻里。內(nèi)導(dǎo)體IL1本身同心地接納一內(nèi)導(dǎo)體IL0，該內(nèi)導(dǎo)體IL0和內(nèi)導(dǎo)體IL1的內(nèi)殼面及電介質(zhì)D一起構(gòu)成一空載導(dǎo)線LL，該空載導(dǎo)體LL略短于λ/4，并像圖1的情況中那樣用作頻率響應(yīng)補(bǔ)償。在這個第一級L1上連接一具有波阻抗Z(L2)的第二級L2。在其外導(dǎo)體AL2與AL1的內(nèi)徑相同的情況下，為了實(shí)現(xiàn)與Z(L1)相比較小的Z(L2)，內(nèi)導(dǎo)體IL2具有比IL1大的外徑。
級L2的外導(dǎo)體AL2的開口端同時又是具有更低的波阻抗Z(L3)的級L3的起點(diǎn)。這個級L3具有所述外導(dǎo)體AL2的外殼面作為內(nèi)導(dǎo)體IL3，并具有一包圍級L2的杯狀空心圓柱體H的內(nèi)殼面作為外導(dǎo)體。與級L2的結(jié)構(gòu)類似，空心圓柱體的開口端構(gòu)成級L3的端部并構(gòu)成具有更低的波阻抗Z(L4)的級L4的起點(diǎn)。因此高頻能量在外導(dǎo)體AL2的開口端和空心圓柱體H的開口端分別改變傳播方向?？招膱A柱體H的外殼面構(gòu)成級L4的內(nèi)導(dǎo)體IL4，而波阻抗變壓器殼體G的內(nèi)殼面構(gòu)成其外導(dǎo)體AL4。在級L4的端部上高頻能量均勻地分配到第二接頭K2至K4上，所述第二接頭的內(nèi)導(dǎo)體與單側(cè)封閉空心圓柱體H的底面B接通。
為了進(jìn)一步的頻率響應(yīng)補(bǔ)償，殼體G加長超過接頭K2至K4的區(qū)域，并和內(nèi)導(dǎo)體IL2穿過空心圓柱體H的底面B的同軸延長段構(gòu)成一約λ/4長的短接導(dǎo)線KL，它同樣類似于圖1的示意圖中的相應(yīng)短接導(dǎo)線。
在對帶寬要求較小的情況下可以不用短接導(dǎo)線KL和/或空載導(dǎo)線LL。如果在這個意義上取消短接導(dǎo)線，則波阻抗變壓器還可以做得短得多。
圖4示出波阻抗變壓器的三級實(shí)施形式。和圖2中相同的附圖標(biāo)記同樣適用。殼體G具有和圖2中的殼體G相同的直徑，因此對于兩種實(shí)施形式的極限波長是相同的(在近似通過殼體內(nèi)徑確定的極限波長以外的范圍，在同軸系統(tǒng)內(nèi)形成不希望的高階波型)。按圖4的三級實(shí)施形式與按圖2的四級實(shí)施形式的區(qū)別在原理上僅在于，通過放棄第四級可提供足夠的空間，以將第一級L1包括空載導(dǎo)線LL也安裝在殼體G內(nèi)。因此不僅所有級L1至L3和構(gòu)成它們的λ/4導(dǎo)線而且還有補(bǔ)償導(dǎo)線LL都相互同心地嵌套。
圖5中示出類似于圖4的實(shí)施形式，并具有相同或相應(yīng)的附圖標(biāo)記，但是具有四個變壓級L1至L4。為了能夠?qū)⑦@四個級L1至L4安裝在一個殼體G1內(nèi)，殼體G1具有和圖4中的殼體G相同的內(nèi)徑，在這種實(shí)施形式中不僅級L1至L4同心地相互嵌套，而且級L2和L3附加地折疊。即級L2具有一第一內(nèi)導(dǎo)體段IL2’，它具有比第一級L1的內(nèi)導(dǎo)體IL1大的外徑。第二內(nèi)導(dǎo)體段IL2”由第一級L1的(加長的)外導(dǎo)體AL1的外殼面構(gòu)成。在第三級L3的起始處，所述外殼面具有比IL2”的區(qū)域內(nèi)大的外徑，并由此構(gòu)成第三級L3的第一段IL3’。具有第一直徑的空心圓柱體H的外殼面構(gòu)成第二段IL3”。級L4連接在該第二段上，其結(jié)構(gòu)和按圖2的實(shí)施形式中的級L4相同。
圖6中的圖線表示按圖5的實(shí)施形式中的波阻抗變壓器的反射因子隨頻率的變化曲線。
圖7中的圖線表示按圖4的三級波阻抗變壓器的反射因子隨頻率變化的曲線。比較兩個圖線可以看到，三級波阻抗變壓器具有約370至2560MHZ的大的帶寬，其中反射因子保持在0.06以下，但是在四級結(jié)構(gòu)時這個帶寬更加擴(kuò)大到280至2700MHZ。
權(quán)利要求
1.用來將一第一接頭(K1)上的高頻功率通過多級串聯(lián)變壓借助于λ/4導(dǎo)線(L1至L4)分配到n(n≥2)個位于同一徑向平面內(nèi)的第二接頭(K2至K4)上的同軸波阻抗變壓器，其特征為λ/4導(dǎo)線(L1至L4)至少局部同心相互包圍地設(shè)置在第一接頭(K1)和第二接頭(K2至K4)之間。
2.按權(quán)利要求1的波阻抗變壓器，其特征為λ/4導(dǎo)線(L1至L4)相互同心設(shè)置成使一條λ/4導(dǎo)線的開口端分別構(gòu)成下一條λ/4導(dǎo)線的起點(diǎn)。
3.按權(quán)利要求1或2的波阻抗變壓器，其特征為λ/4導(dǎo)線相互同心設(shè)置成使得電磁波在從λ/4導(dǎo)線到λ/4導(dǎo)線之間反方向傳播。
4.按權(quán)利要求1或2的波阻抗變壓器，其特征為λ/4導(dǎo)線中的至少一條(L2，L3)折疊成使所述導(dǎo)線以其長度的一部分同心地包圍其長度的剩余部分。
5.按權(quán)利要求1、2或4之任一項(xiàng)的波阻抗變壓器，其特征為第一級(L1)的內(nèi)導(dǎo)體(IL1)具有一第一直徑，并和第一級的外導(dǎo)體(AL1)一起構(gòu)成第一λ/4導(dǎo)線(L1)，該內(nèi)導(dǎo)體(IL1)具有較大的第二直徑(IL2’)的延長部與同一外導(dǎo)體(AL1)的內(nèi)殼面一起構(gòu)成第二級(L2)的第一段，所述第二級的第二段由第一級的外導(dǎo)體(AL1)具有第一外徑的、作為第二內(nèi)導(dǎo)體(IL2”)的外殼面和一包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體(H)的、作為第二外導(dǎo)體(AL2”)的內(nèi)殼面一起組成，在所述第二級(L2)上連接所述外導(dǎo)體(AL1)具有較大的第二外徑的一段作為內(nèi)導(dǎo)體(IL3’)，該內(nèi)導(dǎo)體(IL3’)和包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體(H)的內(nèi)殼面一起構(gòu)成第三級(L3)的第一段，所述第三級的第二段由包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體(H)具有第一外徑的、作為第三內(nèi)導(dǎo)體(IL3”)的外殼面與一空心圓柱形殼體(G)的內(nèi)殼面組成，在第三級上連接一第四級(L4)，所述第四級由包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體(H)具有較大的第二外徑的、作為第四內(nèi)導(dǎo)體(IL4)的第二段和空心圓柱形殼體(G)作為外導(dǎo)體的內(nèi)殼面組成，其中包圍結(jié)構(gòu)的空心圓柱體(H)與第二接頭(K2至K4)的內(nèi)導(dǎo)體連接。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)的波阻抗變壓器，其特征為在第一接頭(K1)的內(nèi)導(dǎo)體上連接一設(shè)計成補(bǔ)償用λ/4空載導(dǎo)線(LL)的、同心和絕緣地接納安裝在第一級(L1)的內(nèi)導(dǎo)體(IL1)內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)體(IL0)。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項(xiàng)的波阻抗變壓器，其特征為在第二接頭(K2至K4)的內(nèi)導(dǎo)體的連接點(diǎn)上連接一補(bǔ)償用λ/4短接導(dǎo)線(KL)的內(nèi)導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來將第一接頭(K1)上的高頻功率借助于λ/4導(dǎo)線通過多級串聯(lián)變壓分配到n個位于同一徑向平面內(nèi)的第二接頭(K2)上的同軸波阻抗變壓器，其中，如果λ/4導(dǎo)線至少局部同心相互包圍地設(shè)置在第一接頭(K1)和第二接頭(K2)之間，則這種同軸波阻抗變壓器的結(jié)構(gòu)特別短。
文檔編號H01P5/12GK1988250SQ20061016991
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者W·韋爾德, J·布賴德巴赫 申請人:斯皮納有限公司