多端口緊湊型波導(dǎo)功分器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公布了一種多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，包括輸入端1，過(guò)渡段2，和至少二個(gè)輸出端3。通過(guò)控制輸出端3的寬度和相鄰輸出端3之間隔壁的厚度，使之滿足一定的比例關(guān)系，可以在波導(dǎo)全帶寬內(nèi)很好地按任意功率分配比例對(duì)輸入功率進(jìn)行兩路到十路的等相分配。本實(shí)用新型可以廣泛用于天線陣、相控陣?yán)走_(dá)和功率合成、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多端口緊湊型波導(dǎo)功分器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功分器。具體地說(shuō)，是涉及一種幅度和相位在寬帶范圍內(nèi)精度很高的二路或多路等分或不等分多端口緊湊型波導(dǎo)功分器。
【背景技術(shù)】
[0002]功分器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的一種通用原件。波導(dǎo)功分器由于其功率容量高、插入損耗低等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。路波導(dǎo)功分器既可以單獨(dú)使用，也可以通過(guò)串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡(luò)，用于相控陣?yán)走_(dá)、天線陣以及功率合成等領(lǐng)域。已有的波導(dǎo)功分器主要包括E-面T型分支，H-面T型分支，波導(dǎo)魔T，H-面波導(dǎo)裂縫電橋等。其中前兩種器件可以實(shí)現(xiàn)很好的二路等分。二路不等分和多路功率分配時(shí)其功率和相位精度難以在寬帶范圍內(nèi)得到保障。后面二種功分器均為二路功分器，體積不夠緊湊。其中波導(dǎo)魔T為三維立體結(jié)構(gòu)，有一個(gè)端口與其它三個(gè)端口垂直。上述功分器的另一個(gè)問(wèn)題是工作帶寬窄，難以實(shí)現(xiàn)覆蓋波導(dǎo)全帶寬。上述波導(dǎo)功分器構(gòu)成波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)時(shí)，分別存在帶寬窄、功率分配比限制(難以實(shí)現(xiàn)不等分、三等分等)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜(特別是三維結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)魔T)等問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種寬帶等分或不等分二路或多路具有很好功率分配精度和相位精度的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，包括輸入端，過(guò)渡段，和至少二個(gè)輸出端。輸入端位于過(guò)渡段左端，輸出端位于過(guò)渡段的右端，輸入端和輸出端都與過(guò)渡段聯(lián)通。
[0005]為了保證過(guò)渡段左邊處工作模式主要為T(mén)ElO模式，其它高次模的成分盡量低，所述過(guò)渡段的垂直其從左到右的中心`線或軸線的任意橫截面的形狀為矩形。
[0006]所述過(guò)渡段的任意一個(gè)垂直于該過(guò)渡段從左至右的中心線或軸線的橫截面的形狀為矩形，而且該矩形的高度小于該矩形深度的2/3。
[0007]所述輸入端和所有輸出端的垂直于其從左至右的中心線或軸線的橫截面為矩形，所述輸出端在過(guò)渡段的右側(cè)從上到下按第一個(gè)、第二個(gè)…最后一個(gè)的次序排列，所述過(guò)渡段的右端的上邊沿高于第一個(gè)輸出端的左端面的上邊沿，所述過(guò)渡段的右端的下邊沿低于最后一個(gè)輸出端的左端面的下邊沿。該特征的要求決定了該功分器工作時(shí)，其輸出端沿過(guò)渡段的E-面排列。
[0008]為了保證功率分配比例和相位在寬帶內(nèi)的精度，各輸出端口的高度設(shè)置有特殊要求:當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸出端的左端面的高度為Iqb，過(guò)渡段的右端的上邊沿比第一個(gè)輸出端的左端面的上邊沿高kilb，則從第二個(gè)輸出端開(kāi)始的其余輸出端的左端面的高度分別為k2b，k3b，…!^，其余輸出端的左端面中兩兩之間的隔壁的厚度從上到下依次為(ki+k2)lb，(k2+k3)lb，…，最后一個(gè)輸出端的左端面的下邊沿比過(guò)渡段的右端面的下邊沿高kNlb，其中N為所述輸出端的總數(shù)，kp I為比例系數(shù)，b為某一高度值，i為正整數(shù)。i為正整數(shù)，i=l，2，—No
[0009]為了保證過(guò)渡段左邊處工作模式主要為T(mén)ElO模式，其它高次模的成分盡量低，還要求過(guò)渡段的右端面的高度小于該多端口緊湊型波導(dǎo)功分器最高工作頻率處的自由空間波長(zhǎng)的2/3。
[0010]對(duì)于二路波導(dǎo)功分器，所述輸出端的數(shù)目為2，所述兩個(gè)輸出端上各自設(shè)置有I個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于_30dB且小于-15dB的其它凸起或凹陷，該兩個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段的右邊端面的電長(zhǎng)度之和大于或等于60度且小于或等于120度。該特征要求使得這些反射不至于在過(guò)渡段右端口附近振蕩，限制其對(duì)各輸出端的功率分配比例和相位精度的影響。
[0011]對(duì)于三路或多于三路的多路波導(dǎo)功分器，所述輸出端的數(shù)目為3或大于3，所述每個(gè)輸出端上各自設(shè)置有波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于或等于_30dB且小于或等于_15dB的其它凸起或凹陷，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段的右邊端面的電長(zhǎng)度大于30或等于度且小于或等于60度。該特征要求使得這些反射不至于在過(guò)渡段右端口附近振蕩，限制其對(duì)各輸出端的功率分配比例和相位精度的影響。
[0012]為了便于與其它微波器件連接，至少有一個(gè)輸出端向遠(yuǎn)離其它輸出端的方向彎曲。
[0013]為了便于加工，所述輸入端，過(guò)渡段，和所有輸出端的前端面齊平。
[0014]為了獲得更好的指標(biāo)，輸入端和過(guò)渡段均與所有輸出端的深度相同。
[0015]本實(shí)用新型的最大特點(diǎn)通過(guò)限定各輸出端左端高度、第一個(gè)輸出端上邊沿距過(guò)渡段上邊沿的距離、各輸出端之間的隔壁的厚度，以及最后一個(gè)輸出端下邊沿距過(guò)渡段下邊沿的距離，使不同的輸出端從過(guò)渡段中耦合出來(lái)的能量的相位相同且功率的比例不隨頻率而變化。
[0016]本實(shí)用新型的工作原理可以在矩形輸入端、過(guò)渡段和輸出端的情況下簡(jiǎn)述如下。輸入端激勵(lì)過(guò)渡段。在該激勵(lì)處，輸入端的模式為T(mén)ElO模式。最佳設(shè)計(jì)時(shí)，矩形輸入端、過(guò)渡段和輸出端的前端面齊平，深度相同，在該激勵(lì)處附近，所有的模式都為T(mén)EnO模式。由于過(guò)渡段的高度選擇，使得其中TElO模式為主要傳播模式，其余TEnO模式都為截止的高次模。在過(guò)渡段的右端，從左到右傳播的波的模式主要為T(mén)ElO模式。通過(guò)限定各輸出端左端高度、第一個(gè)輸出端上邊沿距過(guò)渡段上邊沿的距離、各輸出端之間的隔壁的厚度，以及最后一個(gè)輸出端下邊沿距過(guò)渡段下邊沿的距離，使得所有的輸出端及其隔壁厚度之間的比例關(guān)系相同。這種設(shè)置，使各輸出端輸出的信號(hào)在很寬的帶寬范圍內(nèi)幅度符合一定比例要求，相位一致。
[0017]本實(shí)用新型公布的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器可以實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)全帶寬的幅度和相位精度高的等分或不等分二路或多路功率分配。該實(shí)用新型既可以單獨(dú)使用，也可以相互集成，或與其他功分器集成，構(gòu)成寬帶、功率分配比靈活、相位精度高的功率分配網(wǎng)絡(luò)。特別是可以與具有良好輸出隔離的其他功分器集成，構(gòu)成具有良好輸出隔離的功分網(wǎng)絡(luò)。該實(shí)用新型在相控陣?yán)走_(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、功率合成，特別是在低副瓣天線陣等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0018]圖1為本實(shí)用新型的前視圖。
[0019]圖2為實(shí)施實(shí)例I前視圖。
[0020]圖3為實(shí)施實(shí)例I中2個(gè)輸出端口輸出功率之比的對(duì)數(shù)曲線。
[0021]圖4為實(shí)施實(shí)例I中2個(gè)輸出端口相位差曲線。
[0022]圖5為實(shí)施實(shí)例I中輸入端口的反射系數(shù)的對(duì)數(shù)曲線。
[0023]圖6為實(shí)施實(shí)例2前視圖。
[0024]方向定義:
[0025]將紙面面向讀者垂直放置，紙面的上下左右對(duì)應(yīng)著本申請(qǐng)書(shū)中的上下左右。紙面朝向讀者的一面為前面。紙面背向讀者的一面為后面。由讀者沿紙面垂直進(jìn)入紙面的距離定義為深度。從下至上的距離定義為高度。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施實(shí)例I
[0027]如圖2所示。
[0028]多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，包括輸入端I，過(guò)渡段2，和至少二個(gè)輸出端3，輸入端I位于過(guò)渡段2左端，所有輸出端3位于過(guò)渡段2的右端，輸入端I和輸出端3都與過(guò)渡段2聯(lián)通。
[0029]所述過(guò)渡段2的垂直其從左到右的中心線或軸線的任意橫截面的形狀為矩形。
[0030]所述輸入端I和輸出端3在與所述過(guò)渡段2相連處的交界面的形狀為過(guò)渡段2高度小于過(guò)渡段2深度的2/3的矩形，所述輸出端3在過(guò)渡段2的右側(cè)從上到下按第一個(gè)、第二個(gè)…最后一個(gè)的次序排列，所述過(guò)渡段2的右端的上邊沿高于第一個(gè)輸出端3的左端面的上邊沿，所述過(guò)渡段2的右端的下邊沿低于最后一個(gè)輸出端3的左端面的下邊沿。
[0031]當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸出端3的左端面的高度為hb，過(guò)渡段2的右端的上邊沿與第一個(gè)輸出端3的左端面的上邊沿的間距為hlb，則從第二個(gè)輸出端3開(kāi)始的其余輸出端3的左端面的高度分別Sk2b，k3b，…⑶，其余輸出端3的左端面中兩兩之間的隔壁的厚度從上到下依次為(IiAk2)Ib, (k2+k3) Ib…,最后一個(gè)輸出端3的左端面的下邊沿距過(guò)渡段2的右端面的下邊沿高kNlb，其中N為所述輸出端3的總數(shù)，kp I為比例系數(shù)，b為某一高度值，i為正整數(shù)。
[0032]所述過(guò)渡段2的右端面的高度小于該多端口緊湊型波導(dǎo)功分器最高工作頻率處的自由空間波長(zhǎng)的2/3。
[0033]所述輸出端3的數(shù)目為2，所述兩個(gè)輸出端3上各自設(shè)置有I個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)4為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于_30dB且小于-15dB的其它凸起或凹陷，該兩個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段2的右邊端面的電長(zhǎng)度之和大于或等于60度且小于或等于120度。
[0034]至少有一個(gè)輸出端3向遠(yuǎn)離其它輸出端3的方向彎曲。
[0035]所述輸入端1，過(guò)渡段2，和所有輸出端3的前端面齊平。
[0036]所述輸入端I和過(guò)渡段2均與所有輸出端3的深度相同。
[0037]具體的，多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，包括輸入端1，過(guò)渡段2，二個(gè)輸出端3，輸入端I位于過(guò)渡段2左端，所有輸出端3位于過(guò)渡段2的右端，輸入端I和輸出端3都與過(guò)渡段2聯(lián)通。
[0038]所述過(guò)渡段2右兩段矩形波導(dǎo)構(gòu)成。垂直其從左到右的中心線或軸線的任意橫截面的形狀為矩形。
[0039]輸入端1，和輸出端3在與所述過(guò)渡段2相連處的交界面為矩形，其高度為4.2毫米，深度為7.11毫米，二者之比為0.59，小于2/3。所述輸出波導(dǎo)3在過(guò)渡段2的右側(cè)從上到下按第一個(gè)、第二個(gè)的次序排列，所述過(guò)渡2的右端的上邊沿高于第一個(gè)輸出端3的左端面的上邊沿，所述過(guò)渡2的右端的下邊沿低于最后一個(gè)輸出端3的左端面的下邊沿。
[0040]選擇Iil=Ub=O^毫米，1=0.3/0.8，k2=2，第一個(gè)輸出端3的左端面的高度為I^b=0.8毫米，過(guò)渡段2的右端的上邊沿與第一個(gè)輸出端3的左端面的上邊沿的間距為Ii1Ib=0.3毫米。第二個(gè)輸出端3的左端面的高度為k2b=l.6毫米。兩個(gè)輸出端3的左端面之間的隔壁的厚度為(ki+k2) Ib=0.9毫米。第二個(gè)輸出端3的左端面的下邊沿距過(guò)渡段2的右端面的下邊沿k2lb=0.6毫米。
[0041]所述過(guò)渡段2的右端面的高度為4.2毫米，小于該多端口緊湊型波導(dǎo)功分器最高工作頻率處的自由空間波長(zhǎng)的2/3。
[0042]所述輸入端1，過(guò)渡段2，和所有輸出端3的前端面齊平。
[0043]所述輸入端1，過(guò)渡段2，和所有輸出端3的深度相同。
[0044]圖3至圖6為 實(shí)施實(shí)例I的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器的模擬計(jì)算曲線。從中可以看出，在26.3~40GHz頻率范圍內(nèi)，很好地實(shí)現(xiàn)了一款功率差為2.5dB的兩路不等分功分器。該功分器幅度誤差小于+/-0.3dB,相位誤相差O~4度之內(nèi)，輸入端反射低于-12.8dB。該功分器的相對(duì)工作帶寬為41%，為該波段標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的全部工作帶寬。其性能優(yōu)于以前的功分器。
[0045]實(shí)施實(shí)例2
[0046]如圖6.與實(shí)施實(shí)例I的主要區(qū)別在于，該功分器為三路功分器。所述輸出端3的數(shù)目為3或大于3，所述每個(gè)輸出端3上各自設(shè)置有波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于或等于_30dB且小于或等于_15dB的其它凸起或凹陷，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段2的右邊端面的電長(zhǎng)度大于30或等于度且小于或等于60度。第一個(gè)和第三個(gè)輸出端3向遠(yuǎn)離其它輸出端3的方向彎曲。
[0047]上述僅為舉例。實(shí)際生產(chǎn)中，輸出端的數(shù)目可以為2路、3路、4路，一直到10路以上。
[0048]如上所述即可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【權(quán)利要求】
1.多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，包括輸入端(I)，過(guò)渡段(2)，和至少二個(gè)輸出端(3)，輸入端(I)位于過(guò)渡段(2)左端，所有輸出端(3)位于過(guò)渡段(2)的右端，輸入端(I)和輸出端(3)都與過(guò)渡段(2)聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要I所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述過(guò)渡段(2)的任意一個(gè)垂直于該過(guò)渡段(2)從左至右的中心線或軸線的橫截面的形狀為矩形，而且該矩形的高度小于該矩形深度的2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要2所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸入端(I)和所有輸出端(3)的垂直于其從左至右的中心線或軸線的橫截面為矩形，所述輸出端(3)在過(guò)渡段(2)的右側(cè)從上到下按第一個(gè)、第二個(gè)…最后一個(gè)的次序排列，所述過(guò)渡段(2)的右端的上邊沿高于第一個(gè)輸出端(3)的左端面的上邊沿，所述過(guò)渡段(2)的右端的下邊沿低于最后一個(gè)輸出端(3)的左端面的下邊沿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸出端(3)的左端面的高度為hb，過(guò)渡段(2)的右端的上邊沿比第一個(gè)輸出端(3)的左端面的上邊沿高Ii1Ib,貝U從第二個(gè)輸出端(3)開(kāi)始的其余輸出端(3)的左端面的高度分別為k2b, k3b,…kNb，其余輸出端(3)的左端面中兩兩之間的隔壁的厚度從上到下依次為(ki+k2)lb，(k2+k3)lb,…，最后一個(gè)輸出端(3)的左端面的下邊沿比過(guò)渡段(2)的右端面的下邊沿高kNlb，其中N為所述輸出端(3)的總數(shù)，kp I為比例系數(shù)，b為某一高度值，i為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述過(guò)渡段(2)的右端面的高度小于該多端口緊湊型波導(dǎo)功分器最高工作頻率處的自由空間波長(zhǎng)的2/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸出端(3)的數(shù)目為2，所述兩個(gè)輸出端(`3)上各自設(shè)置有I個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于_30dB且小于-15dB的其它凸起或凹陷，該兩個(gè)波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段(2)的右邊端面的電長(zhǎng)度之和大于或等于60度且小于或等于120度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸出端(3)的數(shù)目為3或大于3，所述每個(gè)輸出端(3)上各自設(shè)置有波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)(4)，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)階梯、調(diào)諧螺釘、或能導(dǎo)致波導(dǎo)上反射系數(shù)大于或等于_30dB且小于或等于-15dB的其它凸起或凹陷，該波導(dǎo)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)的中心距過(guò)渡段(2)的右邊端面的電長(zhǎng)度大于30或等于度且小于或等于60度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，至少有一個(gè)輸出端(3)向遠(yuǎn)離其它輸出端(3)的方向彎曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸入端(I)，過(guò)渡段(2)，和所有輸出端(3)的前端面齊平。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的多端口緊湊型波導(dǎo)功分器，其特征在于，所述輸入端(I)和過(guò)渡段(2 )均與所有輸出端(3 )的深度相同。
【文檔編號(hào)】H01P5/16GK203377361SQ201320348458
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】王清源, 譚宜成, 趙柯 申請(qǐng)人:成都賽納賽德科技有限公司