專(zhuān)利名稱(chēng)：微波功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波器件，特別涉及微波功率分配器或合成器。
背景技術(shù)：
在微波領(lǐng)域，微波功率放大器是系統(tǒng)組成的重要器件。微波功率放大器最重要的 指標(biāo)是輸出功率、效率以及增益。近年來(lái)固態(tài)微波功率器件發(fā)展迅猛，逐漸替代了以往笨重 的行波管放大器，半導(dǎo)體固態(tài)微波器件具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，然而固態(tài)微 波器件的最大缺點(diǎn)是輸出功率相對(duì)較低。為了獲得大功率微波，往往需要采用微波功率分 配和合成技術(shù)，這就是常用的功率分配器和合成器。功率分配器也稱(chēng)為功分器，分有源，無(wú)源兩種。是一種能將一路輸入信號(hào)能量分成 兩路或多路相等或不相等能量輸出的器件，也可反過(guò)來(lái)將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此 時(shí)也稱(chēng)為功率合路器。所以，微波功率分配器通?？梢詫?xiě)成分配器/合成器，如果各個(gè)支路 端口分配到的信號(hào)相同(包括功率、幅度、相位等)，則稱(chēng)為等分分配器/合成器。如圖1所 示的具有一個(gè)主路端口和二個(gè)支路端口的二等分分配器，能夠?qū)⒅髀范丝谳斎氲男盘?hào)分為 二路相同的信號(hào)從支路端口輸出；圖2所示的具有一個(gè)主路端口和四個(gè)支路端口的四等分 分配器，則可以將主路端口輸入的信號(hào)分配為四路相同的信號(hào)從支路端口輸出。微波信號(hào) 從主路到支路的分配或從支路到主路的合成，都會(huì)產(chǎn)生一定損耗，損耗實(shí)質(zhì)上與功率分配 器的功率分配比有關(guān)。如兩等分功率分配器的分配損耗是3dB，四等分功率分配器的分配損 耗是6dB。用于微波功率合成的電路有很多種，主要以平面電路的Wilkinson功率分配器、 Langer耦合器等為主，波導(dǎo)功率合成通常采用E面分支或H面分支器，近年來(lái)空間功率合成 的方式發(fā)展迅速。平面電路的功率分配器/合成器優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，但是損耗相對(duì)較 大；基于波導(dǎo)的功率合成器特點(diǎn)是損耗極小，但是體積往往較大。另外，普通的波導(dǎo)E面或 H面分支器，帶寬往往受限比較大，通常只能達(dá)到中心頻率的10% 20%，應(yīng)用范圍受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種基于波導(dǎo)技術(shù)、具有腔體結(jié)構(gòu)的微波 功率分配器，可以提高帶寬，降低損耗。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，微波功率分配器，包括矩形波導(dǎo)腔 和耦合腔，所述耦合腔基本上成正四棱柱，其一側(cè)柱面的中央部分在所述矩形波導(dǎo)腔終端 短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并聯(lián)通，該柱面的相對(duì)柱面開(kāi)有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中插入 一只耦合器，用于耦合微波信號(hào)；所述正四棱柱底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔長(zhǎng)度相等，所述正四 棱柱高度大于矩形波導(dǎo)腔寬度；所述矩形波導(dǎo)腔為微波功率分配器的主路端口，所述耦合 器為微波功率分配器的支路端口，所有支路端口為等分端口 ；特別的，所述窗口數(shù)量=2 ；所述微波功率分配器具有面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)面將所述微波功率分配器分為兩部 分，每一部分都有一個(gè)窗口，所述對(duì)稱(chēng)面與所述矩形波導(dǎo)腔終端短路面垂直；
優(yōu)選的，所述窗口數(shù)量=4 ；所述微波功率分配器具有面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其2個(gè)正交的對(duì)稱(chēng)面將所述微波功率分配 器分為四部分，每一部分都有一個(gè)窗口，所述對(duì)稱(chēng)面與所述波導(dǎo)腔終端短路面垂直；進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)腔和耦合腔為整體結(jié)構(gòu)；具體的，所述波導(dǎo)腔和耦合腔由金屬材料構(gòu)成；推薦的，所述耦合器具有相同結(jié)構(gòu)和形狀；具體的，所述耦合器包括探針和匹配電路；具體的，所述探針和匹配電路由制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。本發(fā)明的有益效果是，合成效率高，插入損耗小，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和 寬頻帶特性，并且加工簡(jiǎn)單、裝配方便。本發(fā)明能夠在實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)到微帶過(guò)渡的同時(shí)完成功率 分配，或者在微帶到波導(dǎo)過(guò)渡的同時(shí)完成功率合成。


圖1是二等分分配器示意圖2是四等分分配器示意圖3是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
圖4是圖3的主視圖5是圖3的俯視圖6是圖3的左視圖7是耦合器結(jié)構(gòu)示意圖8是實(shí)施例的分配器Ka波段的小信號(hào)插入損耗仿真圖9是實(shí)施例的分配器Ka波段的輸入輸出端口反射仿真圖
圖10是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的微波功率分配器采用空間功率合成和分配技術(shù)，微波功率分配器主體結(jié) 構(gòu)包括波導(dǎo)腔和耦合腔以及耦合腔中安裝的耦合器。由于波導(dǎo)腔為矩形波導(dǎo)腔，本發(fā)明的 耦合腔形狀為正四棱柱，考慮到微波傳輸特性和便于加工，本發(fā)明對(duì)正四棱柱的棱進(jìn)行了 倒角處理，但其形狀基本上還是成正四棱柱。正四棱柱的一側(cè)柱面中央部分在所述矩形波 導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接，使波導(dǎo)腔和耦合腔構(gòu)成一個(gè)整體的腔體結(jié)構(gòu)，在該 柱面的相對(duì)柱面開(kāi)有偶數(shù)個(gè)窗口，耦合器插入窗口中，用于耦合微波信號(hào)。本發(fā)明中構(gòu)成耦 合腔的正四棱柱底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔長(zhǎng)度相等，正四棱柱高度大于矩形波導(dǎo)腔寬度，其 高出矩形波導(dǎo)腔上下的兩部份完全相等。本發(fā)明的微波功率分配器為等分分配器，矩形波 導(dǎo)腔為微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為微波功率分配器的支路端口，這些支 路端口都是等分端口，他們從矩形波導(dǎo)腔耦合的信號(hào)相等。本發(fā)明的微波功率分配器，其腔 體結(jié)構(gòu)采用金屬材料(如銅等)，通過(guò)一體化精密加工制作而成，耦合器則采用微細(xì)加工的 方法，由制作于陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。實(shí)施例1
參見(jiàn)圖3 圖6，本例的微波功率分配器，為四等分分配器，其腔體結(jié)構(gòu)包括矩形 波導(dǎo)腔1和耦合腔2，耦合腔2為正四棱柱，其四條棱進(jìn)行了倒角處理而變得比較圓滑，但 保持正四棱柱的基本形狀，見(jiàn)圖3和圖5。耦合腔2的一側(cè)柱面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔1 終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔1相接構(gòu)成一個(gè)整體，并且矩形波導(dǎo)腔1和耦合腔2完全聯(lián)通。 在耦合腔2該柱面的對(duì)側(cè)柱面開(kāi)有4個(gè)窗口，每個(gè)窗口中插入一只耦合器3，用于耦合微波 信號(hào)。本例微波功率分配器具有面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其2個(gè)正交的對(duì)稱(chēng)面(圖4中的虛線P和Q) 將本例微波功率分配器分為四部分，每一部分都有一只耦合器3，4只耦合器3具有相同結(jié) 構(gòu)和形狀，其在耦合腔2正面上的分布也具有對(duì)稱(chēng)性，能夠?qū)⒕匦尾▽?dǎo)腔1輸入的微波信號(hào) 分成四路相等的信號(hào)輸出，或者反之，將4只耦合器輸入的微波信號(hào)耦合到矩形波導(dǎo)腔1合 成一路輸出。圖4中的2個(gè)正交對(duì)稱(chēng)面P和Q與矩形波導(dǎo)腔1終端短路面垂直。由圖5可 以看出，構(gòu)成本例耦合腔2的正四棱柱底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔1的長(zhǎng)度b相等，正四棱柱高 度大于矩形波導(dǎo)腔1的寬度e，其兩端分別高出f，如圖6所示。本例矩形波導(dǎo)腔1為微波 功率分配器的主路端口，4只耦合器3為微波功率分配器的四等分支路端口。本例的矩形 波導(dǎo)腔1和耦合腔2采用金屬材料，經(jīng)過(guò)精密加工制作成一體化的整體結(jié)構(gòu)。本例4只耦 合器3全部采用制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成，如圖7所示。插入耦合腔2中的部分為 探針30，與探針30連接的微帶線31為匹配電路，能夠?qū)Ⅰ詈掀鞯奶卣髯杩蛊ヅ涞?0 Ω標(biāo) 準(zhǔn)阻抗，便于與外部電路匹配連接。本例4只耦合器分成上下兩層，其陶瓷基片上制作有微 帶線的一面相對(duì)配置，即圖3中位于上層的2只耦合器3陶瓷基片上的微帶線向下，下層的 2只耦合器3陶瓷基片上的微帶線向上。上層的2只耦合器3的微帶線部分在圖5中不可 見(jiàn)，所以以虛線表示，同樣的，插入耦合腔中的部分也表示為虛線。圖3中，兩層耦合器3中 間的部分為耦合器3的屏蔽盒4，主要起屏蔽作用，也用于支撐耦合器3。本例矩形波導(dǎo)腔1的具體幾何尺寸，可以根據(jù)微波功率分配器的具體工作頻率， 參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，包括矩形波導(dǎo)腔的寬度e和長(zhǎng)度b等。耦合腔2正四棱柱的 底面幾何尺寸及其高度，可以根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)確定，包括頻率范圍、插入損耗、駐波比、 功率、耦合系數(shù)等。耦合器探針的尺寸，如探針的寬度和長(zhǎng)度，一般根據(jù)最強(qiáng)耦合能力，較小 的插入損耗及輸入輸出駐波比的要求確定。從圖8的仿真圖中可以看出，在32GHz至39GHz頻率范圍內(nèi)，插入損耗都比較小。 圖中四條曲線由于靠得很近，有的地方完全重合，已經(jīng)不能分辯清楚，但上述結(jié)論是清楚 的。從圖9的仿真圖中可以看出在32GHz至39GHz頻率范圍內(nèi)的輸入輸出反射都較低。因 此，說(shuō)明此結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了寬頻帶、低損耗、高效率的特性。實(shí)施例2本例微波功率分配器窗口數(shù)量為2，當(dāng)然耦合器也是2只，如圖10所示。這是一只 二等分分配器，具有面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)面與波導(dǎo)腔終端短路面垂直，將本例微波功率分配 器分為兩部分，每一部分都有一個(gè)窗口。圖10中2只耦合器為縱向配置關(guān)系，上面的耦合 器陶瓷基片上的微帶線向下，下面的耦合器陶瓷基片上的微帶線向上。顯然，圖10中2只 耦合器也可以采用橫向配置的結(jié)構(gòu)，其耦合器陶瓷基片上的微帶線相向配置。
權(quán)利要求
1.微波功率分配器，包括矩形波導(dǎo)腔和耦合腔，所述耦合腔基本上成正四棱柱，其一側(cè) 柱面的中央部分在所述矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并聯(lián)通，該柱面的相對(duì) 柱面開(kāi)有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中插入一只耦合器，用于耦合微波信號(hào)；所述正四棱柱底面 長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔長(zhǎng)度相等，所述正四棱柱高度大于矩形波導(dǎo)腔寬度；所述矩形波導(dǎo)腔為 微波功率分配器的主路端口，所述耦合器為微波功率分配器的支路端口，所有支路端口為 等分端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述窗口數(shù)量=2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波功率分配器，其特征在于，所述微波功率分配器具有面 對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱(chēng)面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有一個(gè)窗口，所述對(duì)稱(chēng) 面與所述波導(dǎo)腔終端短路面垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述窗口數(shù)量=4。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波功率分配器，其特征在于，所述微波功率分配器具有面 對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其2個(gè)正交的對(duì)稱(chēng)面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有一個(gè)窗 口，所述對(duì)稱(chēng)面與所述矩形波導(dǎo)腔終端短路面垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的微波功率分配器，其特征在于，所述矩形波導(dǎo)腔 和耦合腔為整體結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波功率分配器，其特征在于，所述矩形波導(dǎo)腔和耦合腔由 金屬材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器具有 相同結(jié)構(gòu)和形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器包括探針和匹配 電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微波功率分配器，其特征在于，所述探針和匹配電路由制作 在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及微波器件。本發(fā)明公開(kāi)了一種基于波導(dǎo)技術(shù)、具有腔體結(jié)構(gòu)的微波功率分配器。本發(fā)明的技術(shù)方案是，微波功率分配器，包括矩形波導(dǎo)腔和耦合腔，所述耦合腔基本上成正四棱柱，其一側(cè)柱面的中央部分在所述矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并聯(lián)通，該柱面的相對(duì)柱面開(kāi)有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中插入一只耦合器，用于耦合微波信號(hào)；所述正四棱柱底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔長(zhǎng)度相等，所述正四棱柱高度大于矩形波導(dǎo)腔寬度；所述矩形波導(dǎo)腔為微波功率分配器的主路端口，所述耦合器為微波功率分配器的支路端口，所有支路端口為等分端口。本發(fā)明用于微波功率合成或分配，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和寬頻帶特性，并且加工簡(jiǎn)單、裝配方便。
文檔編號(hào)H01P5/12GK102122747SQ20101060928
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉新宇, 吳旦昱, 李濱, 陳曉娟 申請(qǐng)人:四川龍瑞微電子有限公司