準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器。具體地說，涉及一種加工容易，加工精度容易保證的準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器。
【背景技術(shù)】
[0002]正交模轉(zhuǎn)接器(Orthogonal Mode Transducer, OMT)是衛(wèi)星通信中的關(guān)鍵元件。在線極化工作模式中，異頻正交模轉(zhuǎn)接器被用來將上行和下行的信號(hào)根據(jù)其交叉的線極化方式不同加以分離。同頻正交模轉(zhuǎn)接器用來將同頻率的兩個(gè)互相垂直的極化方向的信號(hào)相加產(chǎn)生一個(gè)線極化波，以克服信號(hào)傳輸過程中極化方向的旋轉(zhuǎn)帶來的問題。正交模轉(zhuǎn)接器為三端口器件。傳統(tǒng)的準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器為三維三端口器件，一般采用開模鑄造方式生產(chǎn)。當(dāng)產(chǎn)品批量不大和工作頻率很高(比如在毫米波頻段和太赫茲頻段)時(shí)，該方法成本很高，精度有限，難以滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種精度容易保證，加工成本低的準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器，包括由至少一個(gè)耦合段，公共端，端口 A，端口 B。公共端中心處的法線方向沿-Z方向。所有耦合段沿Z方向相互連通構(gòu)成耦合腔。端口 A和端口 B直接與耦合腔連通或通過至少一個(gè)匹配段分別與耦合腔連通；公共端直接與耦合腔連通或通過至少一個(gè)匹配段分別與耦合腔連通。
[0005]一般的，端口 A的指向沿Y方向，公共端的指向沿-Z方向，端口 B的指向沿-X方向。
[0006]公共端的最大寬度和最大高度相差小于20%。較佳的實(shí)現(xiàn)方式，公共端的最大寬度和最大高度相同，一般為方波導(dǎo)或圓波導(dǎo)。
[0007]為了便于加工，特別是在高頻毫米波頻段和太赫茲頻段保證加工的進(jìn)度，降低加工成本，我們將整個(gè)器件分為底座和蓋板并且將器件的所有的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)都安排在底座上。所述蓋板的底面為平面的一部分。這種安排的另一個(gè)好處是，底座和蓋板之間的對(duì)位誤差對(duì)器件的性能的影響被大大降低。為此，我們讓所述準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的所有部分的上表面齊平。所述準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器包括所有耦合段、匹配段、公共端、端口 A和端P B。
[0008]關(guān)于各端口的方向，我們有幾種不同組合:
第一種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于-45度，小于45度。端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于45度，小于135度。即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:45度多A多-45度，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角B，夾角B的取值范圍為:135度多A多45度；較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為零，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為90度。
[0009]為了改善該準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的公共端的極化隔離度，我們選擇在所述耦合腔上設(shè)置波導(dǎo)短路支節(jié):至少一個(gè)耦合段的寬度大于D+E ;其中D為與所述耦合腔直接相連的所有匹配段、與所述耦合腔直接相連的公共端、與所述耦合腔直接相連的端口 A和與所述耦合腔直接相連的端口 B的寬度的最大值；E為所述準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器最高工作頻率處自由空間波長的20%。
[0010]這時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)公共端和端口 A端口之間的對(duì)中，我們?cè)诙丝?A外接波導(dǎo)A。同時(shí)外接波導(dǎo)A的與端口 A連接處的橫截面的幾何中心點(diǎn)與公共端的中心點(diǎn)的連線與Z方向平行。
[0011]第二種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于45度，小于135度。端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角大于90度，小于270度。即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:135度多A多45度，端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角為夾角B，夾角B的取值范圍為:270度多A多90度；較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為90度，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角也為90度。端口 A的法線方向與端口 B中心處的法線方向相反，分別指向X方向和-X方向。
[0012]為了改善該準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的公共端的極化隔離度，我們選擇在所述耦合腔上設(shè)置波導(dǎo)短路支節(jié):至少有一個(gè)只與相鄰的耦合段連通的耦合段在平行于Z軸方向上的最大尺寸大于所述準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器最高工作頻率處自由空間波長的20%。
[0013]上述兩種情況，通常用于異頻正交模轉(zhuǎn)接器的設(shè)計(jì)中。
[0014]第三種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于-45度，小于45度；端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角也大于-45度，小于45度，即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:45度多A多-45度；端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的為夾角B，夾角B的取值范圍為:45度彡A彡-45度；端口 A和端口 B的橫截面為矩形，端口 A的寬度小于其高度，端口 B的寬度小于其高度。較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為O度，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角也為O度。端口 A的法線方向與端口B中心處的法線方向相同，都指向Z方向。這時(shí)，端口 A和端口 B的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度。這種安排，通常用于同頻正交模轉(zhuǎn)接器的設(shè)計(jì)中。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)公共端和端口 A和端口 B端口之間的對(duì)中，我們?cè)诙丝?A外和端口 B外分別與外接波導(dǎo)A和外接波導(dǎo)B連接。這時(shí)，所述公共端的橫截面為左右鏡面對(duì)稱形狀，其對(duì)稱面為平面Q。外接波導(dǎo)A和外接波導(dǎo)B的橫截面相同，并且它們分別與端口 A和端口B的連接面在垂直于Z方向的平面P內(nèi)齊平；外接波導(dǎo)A和外接波導(dǎo)B的較佳的設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)。外接波導(dǎo)A過平面P的橫截面為截面A，外接波導(dǎo)B過平面P的橫截面為截面B，截面A和截面B關(guān)于平面Q成鏡面對(duì)稱。
[0016]同頻正交模轉(zhuǎn)接器常常要求兩個(gè)極化方向的信號(hào)通過公共端分別到端口 A和端口 B的相位差為零。為此，我們讓所述外接波導(dǎo)A和外接波導(dǎo)B的長度相同；微波信號(hào)從公共端到外接波導(dǎo)A的指向該準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器外的一端的相位與微波信號(hào)從公共端到外接波導(dǎo)B的指向該準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器外的一端的相位之差在該準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的工作頻帶內(nèi)大于-10度，小于10度。
[0017]在異頻正交模轉(zhuǎn)接器中，端口 A和端口 B的極化方向相垂直。這有兩種組合方式: 第一種方式，端口 A的橫截面為矩形并且其寬度大于其高度；端口 B的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度。
[0018]第二種方式，端口 A的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度；端口 B的橫截面為矩形并且其寬度大于其高度。
[0019]為了展寬該器件的工作帶寬，提高器件的極化隔離度，我們有以下幾個(gè)措施: 措施一，所述耦合段的數(shù)目為2或大于2;所有的耦合段中，至少有一個(gè)耦合段的最大寬度比另一個(gè)耦合段的最大寬度大10% ;或者至少有一個(gè)耦合段的最大高度比另一個(gè)耦合段的最大高度大10% ;或者至少有一個(gè)耦合段的最大寬度比另一個(gè)耦合段的最大寬度大10%，同時(shí)，至少有一個(gè)耦合段的最大高度比另一個(gè)耦合段的最大高度大10%。
[0020]措施二，所述公共端和位于公共端與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為公共端或上述匹配段，至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%;或者至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10%;或者至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%，同時(shí)，至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10%。
[0021]措施三，在端口 A和位于端口 A與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為端口 A或上述匹配段，至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%;或者至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10% ;或者至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%，同時(shí)，至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10%。
[0022]措施四，在端口 B和位于端口 B與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為端口 B或上述匹配段，至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%;或者至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10%;或者至少有一個(gè)器件的最大寬度比另一個(gè)器件的最大寬度大10%，同時(shí)，至少有一個(gè)器件的最大高度比另一個(gè)器件的最大高度大10%。
[0023]以上四個(gè)措施，既可以分別采用，也可以同時(shí)采用其中的兩種、三種或全部四種。
[0024]在實(shí)際加工過程中，所述準(zhǔn)平面正交模轉(zhuǎn)接器的各部分之間的連接處需要進(jìn)行倒角處理。這些倒角是該器件便于采用數(shù)控加工中心通過銑切方式完成加工，其影響應(yīng)該在器件的設(shè)計(jì)仿真中加以考慮。
[0025]本發(fā)明最重要的特點(diǎn)在于，通過采用不同寬度和高度的耦合段和匹配段，使傳統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)的正交模轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)平面的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以分為底座和底部為平面的蓋板兩部分。所有的微波結(jié)構(gòu)都被安排在底座上，可以通過普通數(shù)控銑床無需翻轉(zhuǎn)被加工件一次性加工完成。本發(fā)明在保證器件的加工精度的同時(shí)，可以顯著地降低底座和蓋板之間的對(duì)位誤差對(duì)器件的性能的影響，在高頻率的毫米波和太赫茲器件領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的俯視不意圖和實(shí)施實(shí)例I的俯視不意圖。
[0027]圖2為實(shí)施實(shí)例2的俯視示意圖圖3為實(shí)施實(shí)例3的俯視示意圖
圖4為實(shí)施實(shí)例4的俯視示意圖圖5為實(shí)施實(shí)例5的俯視示意圖圖6為實(shí)施實(shí)例6的俯視示意圖
附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱:1-公共端，2-端口 A，3-端口 B，5-耦合段，6-匹配段。
[0028]在圖1至圖4中，定義本文方向時(shí)，首先將本文紙面水平端正放置與讀者前面，在圖1至圖4中建立直角坐標(biāo)系，其中X軸方向、Y軸方向和Z軸方向符合右手定則。本文中的上下左右前后方向分別定義為:左方指讀者左邊方向。右方指讀者的右邊方向。即左方指沿X軸的方向，右方指沿-X軸的方向，上方，沿Y軸的方向，下方指沿-Y軸的方向。同時(shí)定義本文中的高度和寬度為:高度，所述結(jié)構(gòu)在本文中沿著Y方向上的尺寸。寬度:所述結(jié)構(gòu)在垂直于Y軸的平面內(nèi)垂直于信號(hào)傳輸方向上的尺寸。長度:所述結(jié)構(gòu)在垂直于Y軸的平面內(nèi)平行于信號(hào)傳輸方向上的尺寸。