一種微波功率分配器的製造方法
2023-10-08 15:54:19 1
一種微波功率分配器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種微波功率分配器，包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導腔，以及耦接於耦合腔的偶數個耦合器，耦合腔外形呈正四稜柱形狀，該正四稜柱的一側面的中央部分在矩形波導腔終端短路面處與矩形波導腔相接並連通，在該側面的相對側面開有偶數個窗口，每個窗口中耦接一個用於耦合微波信號的耦合器；矩形波導腔為該微波功率分配器的主路埠，偶數個耦合器為該微波功率分配器的支路埠，且所有支路埠為等分埠。本發明提供的微波功率分配器合成效率高，插入損耗小，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和寬頻帶特性，並且加工簡單、裝配方便，能夠在實現波導到微帶過渡的同時完成功率分配，或者在微帶到波導過渡的同時完成功率合成。
【專利說明】—種微波功率分配器
【技術領域】
[0001]本發明涉及微波器件【技術領域】，特別涉及一種微波功率分配器。
【背景技術】
[0002]在微波領域，微波功率放大器是系統組成的重要器件。微波功率放大器最重要的指標是輸出功率、效率以及增益。近年來固態微波功率器件發展迅猛，逐漸替代了以往笨重的行波管放大器，半導體固態微波器件具有體積小、重量輕、穩定性高等特點，然而固態微波器件的最大缺點是輸出功率相對較低。為了獲得大功率微波，往往需要採用微波功率分配和合成技術，這就是常用的功率分配器和合成器。
[0003]功率分配器也稱為功分器，分有源，無源兩種，是一種能將一路輸入信號能量分成兩路或多路相等或不相等能量輸出的器件，也可反過來將多路信號能量合成一路輸出，此時也稱為功率合路器。所以，微波功率分配器通常可以寫成分配器/合成器，如果各個支路埠分配到的信號相同(包括功率、幅度、相位等)，則稱為等分分配器/合成器。
[0004]如圖1所示的具有一個主路埠和二個支路埠的二等分分配器，能夠將主路埠輸入的信號分為二路相同的信號從支路埠輸出；圖2所示的具有一個主路埠和四個支路埠的四等分分配器，則可以將主路埠輸入的信號分配為四路相同的信號從支路埠輸出。
[0005]微波信號從主路到支路的分配或從支路到主路的合成，都會產生一定損耗，損耗實質上與功率分配器的功率分配比有關。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。
[0006]用於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，波導功率合成通常採用E面分支或H面分支器，近年來空間功率合成的方式發展迅速。
[0007]平面電路的功率分配器/合成器優點是體積小，成本低，但是損耗相對較大；基于波導的功率合成器特點是損耗極小，但是體積往往較大。另外，普通的波導E面或H面分支器，帶寬往往受限比較大，通常只能達到中心頻率的10%?20%，應用範圍受限。
【發明內容】
[0008]有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種基于波導技術、具有腔體結構的微波功率分配器，以提高帶寬，降低損耗。
[0009]為達到上述目的，本發明提供了一種微波功率分配器，該微波功率分配器包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導腔，以及耦接於耦合腔的偶數個耦合器，其中:耦合腔外形呈正四稜柱形狀，該正四稜柱的一側面的中央部分在矩形波導腔終端短路面處與矩形波導腔相接並連通，在該側面的相對側面開有偶數個窗口，每個窗口中耦接一個用於耦合微波信號的耦合器；矩形波導腔為該微波功率分配器的主路埠，偶數個耦合器為該微波功率分配器的支路埠，且所有支路埠為等分埠。[0010]上述方案中，所述正四稜柱形狀的耦合腔的底面長度與矩形波導腔側面長度相等，正四稜柱形狀的耦合腔側面高度大於矩形波導腔側面寬度。
[0011]上述方案中，所述耦合腔耦接有耦合器的側面具有面對稱結構，其對稱面與矩形波導腔終端短路面相互垂直。
[0012]上述方案中，所述耦合腔和矩形波導腔由金屬材料一體成型。
[0013]上述方案中，所述耦合器具有相同的結構和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由製作在陶瓷基片上的微帶線構成。
[0014]上述方案中，所述耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上製作有微線帶的一面相對配置，兩層耦合器中間的部分設置有屏蔽盒。
[0015]上述方案中，所述耦合器的側面開有2個窗口，該側面的對稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個窗口。
[0016]上述方案中,所述耦合器的側面開有4個窗口，該側面的2個正交的對稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個窗口
[0017]本發明的有益效果是:
[0018]本發明提供的微波功率分配器，由於米用空間電磁波合成，電磁波在空間傳輸中，損耗非常小，而傳統的微帶線合成技術，微帶線產生的損耗特別在高頻範圍損耗更加增大；同時空間電磁波合成中，如果單條合成支路出現故障，不會影響其他支路的合成效率，而對於傳統意義的微帶合成，單條支路的損壞將影響其他支路的失配，從而使得整個系統癱瘓，穩定性較差；最後一點，空間的這種合成技術，在波導口容許的範圍內可以增加支路數量，因為前面提到空間的合成是與別的支路無關的，所以隨著層數的增加，合成效率是一定的，而傳統的傳輸線合成方法隨著支路的增加，合成效率急劇降低，因此其擴展是相當有限的。所以本發明提供的微波功率分配器合成效率高，插入損耗小，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和寬頻帶特性，並且加工簡單、裝配方便。
[0019]另外，本發明提供的微波功率分配器，由於採用電磁波合成方式，採用了天線來使信號從微帶轉換為電磁波以及相反的過程，天線的位置以及天線的數量決定了每個天線接受電磁波的大小，從而巧妙的完成合成與分配的工作，所以能夠在實現波導到微帶過渡的同時完成功率分配，或者在微帶到波導過渡的同時完成功率合成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是現有技術中二等分分配器的示意圖；
[0021]圖2是現有技術中四等分分配器的示意圖；
[0022]圖3是依照本發明第一實施例的微波功率分配器的結構示意圖(立體圖)；
[0023]圖4是圖3的主視圖；
[0024]圖5是圖3的俯視圖；
[0025]圖6是圖3的左視圖；
[0026]圖7是圖3中耦合器的結構示意圖；
[0027]圖8是依照本發明第一實施例的微波功率分配器對Ka波段的小信號插入損耗仿真圖；
[0028]圖9是依照本發明第一實施例的微波功率分配器對Ka波段的輸入輸出埠反射仿真圖；
[0029]圖10是依照本發明第二實施例的微波功率分配器的結構示意圖(立體圖)。【具體實施方式】
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0031]本發明提供的微波功率分配器採用空間功率合成和分配技術，包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導腔，以及耦接於耦合腔的偶數個耦合器，其中:耦合腔外形呈正四稜柱形狀，該正四稜柱的一側面的中央部分在矩形波導腔終端短路面處與矩形波導腔相接並連通，在該側面的相對側面開有偶數個窗口，每個窗口中耦接一個用於耦合微波信號的耦合器；矩形波導腔為該微波功率分配器的主路埠，偶數個耦合器為該微波功率分配器的支路埠，且所有支路埠為等分埠。
[0032]本發明的耦合腔形狀為正四稜柱，考慮到微波傳輸特性和便於加工，本發明對正四稜柱的稜進行了倒角處理，但其形狀基本上還是成正四稜柱。正四稜柱的一側面中央部分在所述矩形波導腔終端短路面處與矩形波導腔相接，使波導腔和耦合腔構成一個整體的腔體結構。在該側面的相對側面開有偶數個窗口，耦合器插入窗口中，用於耦合微波信號。
[0033]本發明中正四稜柱形狀的耦合腔的底面長度與矩形波導腔側面長度相等，正四稜柱形狀的耦合腔側面高度大於矩形波導腔側面寬度，且其高出矩形波導腔上下的兩部份完全相等。
[0034]本發明的微波功率分配器為等分分配器，矩形波導腔為微波功率分配器的主路埠，偶數個耦合器為微波功率分配器的支路埠，這些支路埠都是等分埠，他們從矩形波導腔耦合的信號相等。
[0035]本發明的微波功率分配器，其腔體結構採用金屬材料(如銅等)，通過一體化精密加工製作而成。耦合器則採用微細加工的方法，且耦合器具有相同的結構和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由製作在陶瓷基片上的微帶線構成。耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上製作有微線帶的一面相對配置，兩層耦合器中間的部分設置有屏蔽盒。
[0036]耦合腔耦接有耦合器的側面具有面對稱結構，其對稱面與矩形波導腔終端短路面相互垂直。在耦合器的側面開有2個窗口時，該側面的對稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個窗口。在耦合器的側面開有4個窗口時，該側面的2個正交的對稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個窗口。
[0037]實施例1
[0038]參見圖3?圖6，本例的微波功率分配器，為四等分分配器，其腔體結構包括矩形波導腔I和耦合腔2，耦合腔2為正四稜柱，其四條稜進行了倒角處理而變得比較圓滑，但保持正四稜柱的基本形狀，見圖3和圖5。耦合腔2的一側柱面的中央部分在矩形波導腔I終端短路面處與矩形波導腔I相接構成一個整體，並且矩形波導腔I和耦合腔2完全聯通。在率禹合腔2該柱面的對側柱面開有4個窗口，每個窗口中插入一隻稱合器3,用於稱合微波信號。本例微波功率分配器具有面對稱結構，其2個正交的對稱面(圖4中的虛線P和Q)將本例微波功率分配器分為四部分，每一部分都有一隻耦合器3，4隻耦合器3具有相同結構和形狀，其在耦合腔2正面上的分布也具有對稱性，能夠將矩形波導腔I輸入的微波信號分成四路相等的信號輸出，或者反之，將4隻耦合器輸入的微波信號耦合到矩形波導腔I合成一路輸出。圖4中的2個正交對稱面P和Q與矩形波導腔I終端短路面垂直。由圖5可以看出，構成本例耦合腔2的正四稜柱底面長度與矩形波導腔I的長度b相等，正四稜柱高度大於矩形波導腔I的寬度e，其兩端分別高出f，如圖6所示。本例矩形波導腔I為微波功率分配器的主路埠，4隻耦合器3為微波功率分配器的四等分支路埠。本例的矩形波導腔I和耦合腔2採用金屬材料，經過精密加工製作成一體化的整體結構。本例4隻耦合器3全部採用製作在陶瓷基片上的微帶線構成，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，能夠將耦合器的特徵阻抗匹配到50 Ω標準阻抗，便於與外部電路匹配連接。本例4隻耦合器分成上下兩層，其陶瓷基片上製作有微帶線的一面相對配置，即圖3中位於上層的2隻耦合器3陶瓷基片上的微帶線向下，下層的2隻耦合器3陶瓷基片上的微帶線向上。上層的2隻耦合器3的微帶線部分在圖5中不可見，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，也用於支撐耦合器3。
[0039]本例矩形波導腔I的具體幾何尺寸，可以根據微波功率分配器的具體工作頻率，參照相關國家標準進行製作，包括矩形波導腔的寬度e和長度b等。耦合腔2正四稜柱的底面幾何尺寸及其高度，可以根據相應的技術指標確定，包括頻率範圍、插入損耗、駐波比、功率、耦合係數等。耦合器探針的尺寸，如探針的寬度和長度，一般根據最強耦合能力，較小的插入損耗及輸入輸出駐波比的要求確定。
[0040]從圖8的仿真圖中可以看出，在32GHz至39GHz頻率範圍內，插入損耗都比較小。圖中四條曲線由於靠得很近，有的地方完全重合，已經不能分辯清楚，但上述結論是清楚的。從圖9的仿真圖中可以看出在32GHz至39GHz頻率範圍內的輸入輸出反射都較低。因此，說明此結構體現了寬頻帶、低損耗、高效率的特性。
[0041]實施例2
[0042]本例微波功率分配器窗口數量為2，當然耦合器也是2隻，如圖10所示。這是一隻二等分分配器，具有面對稱結構，其對稱面與波導腔終端短路面垂直，將本例微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有一個窗口。圖10中2隻耦合器為縱向配置關係，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隻耦合器也可以採用橫向配置的結構，其耦合器陶瓷基片上的微帶線相向配置。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種微波功率分配器，其特徵在於，該微波功率分配器包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導腔，以及耦接於耦合腔的偶數個耦合器，其中: 耦合腔外形呈正四稜柱形狀，該正四稜柱的一側面的中央部分在矩形波導腔終端短路面處與矩形波導腔相接並連通，在該側面的相對側面開有偶數個窗口，每個窗口中耦接一個用於耦合微波信號的耦合器； 矩形波導腔為該微波功率分配器的主路埠，偶數個耦合器為該微波功率分配器的支路埠，且所有支路埠為等分埠。
2.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述正四稜柱形狀的耦合腔的底面長度與矩形波導腔側面長度相等，正四稜柱形狀的耦合腔側面高度大於矩形波導腔側面寬度。
3.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合腔耦接有耦合器的側面具有面對稱結構，其對稱面與矩形波導腔終端短路面相互垂直。
4.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合腔和矩形波導腔由金屬材料一體成型。
5.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合器具有相同的結構和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由製作在陶瓷基片上的微帶線構成。
6.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上製作有微線帶的一面相對配置，兩層耦合器中間的部分設置有屏蔽盒。
7.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合器的側面開有2個窗口，該側面的對稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個窗口。
8.根據權利要求1所述的微波功率分配器，其特徵在於，所述耦合器的側面開有4個窗口，該側面的2個正交的對稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個窗□。
【文檔編號】H01P5/12GK103956552SQ201410156412
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】陳曉娟, 吳旦昱, 李濱, 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所