緊湊型t形he面支節的製作方法

2023-06-08 20:58:56 2

緊湊型t形he面支節的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種緊湊型T形HE面支節，包括耦合腔，埠A、埠B、埠C，和至少一個一級、兩級或多級的匹配段。該匹配段的一端與耦合腔相連，另一端與埠A或埠B或埠C相連。本實用新型實現了緊湊型寬帶波導功分器，特別是其埠A的中心處的電場方向與兩個輸出端中心處的電場方向可以扭轉90度，同時兩個輸出端的信號的相位差可以在寬帶範圍內保持在180度。本實用新型的緊湊型T形HE面支節結構簡單緊湊，可以方便地與其它微波元器件作為一體一次性加工完成，可以成為集成波導系統的重要元器件。本實用新型具有高達30%的相對作帶寬，還具有加工調試成本低、輸出端之間幅相精度高、輸入輸出極化方向旋轉和輸出端之間實現準確180度相位差等特點。
【專利說明】緊湊型T形HE面支節

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種功分器，具體地說，是涉及一種幅度和相位一致性好的緊湊型寬帶功率分配器。

【背景技術】
[0002]功分器是現代微波通信和軍事電子系統中的一種通用元件。T形分支由於其功率容量高、插入損耗低等特點，應用十分廣泛。T形分支既可以單獨使用，也可以通過串接構成多路功分網絡，用於相控陣雷達、天線陣以及功率合成等領域。T形分支可以為各種傳輸線形式，但以波導T形支節最為普遍。已有的波導T形支節主要包括E面T形分支和H面T形分支。這些波導T形支節存在以下不足:1)帶寬不足。市場上的波導E面T形分支和波導H面T形分支的相對工作帶寬普遍在15%左右。2)極化方向限制，市場上的波導E面T形分支和波導H面T形分支的埠 A和埠 B，埠 A和埠 C的中心處的電場方向都是相互平行的，無法讓輸出電場方向在輸入電場方向的基礎上實現旋轉。3)相位限制，市場上的E面T形波導分支和H面T形波導分支的埠 B和埠 C的相位之間無法在全相對工作帶寬內實現180度的相位差。4)小型化限制，已有技術無法在很小的空間內對埠 A進行良好的全帶寬匹配。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於提供幅度和相位一致性好，輸入輸出極化方向可實現90°旋轉，兩個輸出端相位差可為180度，相對工作帶寬可以達到30%以上的緊湊型寬帶緊湊型T形HE面支節功率分配器。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下:
[0005]緊湊型T形HE面支節，包括耦合腔，埠 A、埠 B、埠 C，其特徵在於，還包括至少一個一級或兩級或多級的匹配段，該匹配段的一端與耦合腔相連，該匹配段的另一端與埠 A或埠 B或埠 C相連。
[0006]為了使輸入波導的極化方向在輸入波導極化方向的基礎上實現90度旋轉，所述埠 A的中心處的電場方向與水平面垂直，而埠 B和埠 C的中心處的電場方向在水平面內。
[0007]為了改善埠 A作為輸入端時，該T形E面支節在寬帶範圍內的匹配，各匹配段的寬度按如下方式設置:埠 A為輸入端；對於與埠 A相連的匹配段，存在一條位於水平面內並連接耦合腔中某一點和埠 A上另一點的一條線段AX，該與埠 A相連的匹配段和埠 A在垂直於線段AX的某一平面內的最大深度沿從耦合腔到埠 A的方向不變或單調增大；對於與埠 B相連的匹配段(11)，存在一條位於水平面內並連接耦合腔中某一點和埠 B上另一點的一條線段BY，該與埠 B相連的匹配段和埠 B在垂直於線段BY的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔到埠 B的方向不變或單調變大；對於與埠 C相連的匹配段，存在一條位於水平面內並連接耦合腔中某一點和埠 C上另一點的一條線段CZ，該與埠C相連的匹配段和埠 C在垂直於線段CZ的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔到埠 C的方向不變或單調變大。
[0008]所述緊湊型T形HE面支節內部由空氣填充。為了器件的小型化，我們也可以使所述緊湊型T形HE面支節內部由其它介質填充。耦合腔和所有匹配段的總和結構為結構Q，結構Q在三維空間中的最大尺寸小於在無限大的該填充介質中該緊湊型T形HE面支節中心工作頻率對應的波長的2.5倍。
[0009]為了實現器件的寬帶特性，埠 A設置為輸入端，我們使該緊湊型T形HE面支節的埠 A的反射係數在大於30%的相對工作帶寬內低於-15dB。
[0010]為了便於利用普通數控銑床加工，便於該器件與其它微波器件的集成，該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔、埠 A、埠 B、埠 C和所有匹配段的上表面都為同一個平面的一部分。這樣，該緊湊型T形HE面支節和其它相連的微波器件可以分為底座和蓋板加工完成。其中底座和蓋板之間沒有很高的對位要求。
[0011 ] 為了在兩個輸出端之間實現良好的幅度和相位一致性，該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔、埠 A、埠 B、埠 C和所有匹配段構成鏡像對稱結構。即與埠 A連接的匹配段為鏡像對稱結構，其對稱平面為對稱平面X。該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔、埠 A、埠 B、埠 C和所有匹配段相對於對稱平面X構成鏡像對稱結構。具體地講，耦合腔1、埠 A2以對稱平面X為對稱面而自身成鏡像對稱結構。埠 B3以對稱平面X為對稱面與埠 C4構成鏡像對稱結構。連接埠 B3的匹配段11以對稱平面X為對稱面與連接埠 C4的匹配段11構成鏡像對稱結構。
[0012]該緊湊型T形HE面支節的埠 A、埠 B、埠 C可以分別為矩形波導、圓波導、脊波導、基片集成波導或帶線中的任意一種。
[0013]該緊湊型T形HE面支節的埠 A的法線方向與埠 B或/和埠 C的法線方向之間的夾角大於60度並小於120度，以90度最為常見。為了進一步拓展該T形H面支節的相對工作帶寬，在所述耦合腔的與埠 A相對的內側壁上設置有金屬柱，即耦合腔存在與埠 A相對的內側壁A，內側壁A上設置有金屬柱。或者埠 A的法線方向與埠 B或/和埠 C的法線方向之間的夾角大於150度並小於210度，以180度最為常見。
[0014]本實用新型提供了一種結構緊湊緊湊型T形HE面支節。其中，埠 A在寬帶範圍內可以實現良好匹配，埠 A和埠 B之間，埠 A和埠 C之間的極化方向可以旋轉90°。當埠 B和埠 C都彎曲朝向同一個方向時，它們的信號之間的相位差為180°。由於該緊湊型T形HE面支節可以分為底座和蓋板，分別採用普通數控銑床一次性加工完成，在相互串接構成多路功分網絡時，所有電路都可以分為底座和蓋板，分別採用普通數控銑床一次性加工完成，由此可以大大簡化加工，同時更好地保證加工精度。與已有的H面或E面T形分支相比，該實用新型在相對工作帶寬、埠 A匹配、埠 A和埠 B，埠 A和埠 C極化方向旋轉90°、兩個輸出端之間的相位差為180度等方面特點明顯。
[0015]本實用新型的工作原理可以簡述如下:當微波信號通過埠 A進入到耦合腔中被分為兩路後，由於傳輸過程中的不連續性，信號在埠 A將被反射。通過在耦合腔中設置特殊的空腔結構並在埠 A或/和輸出端設置匹配段引入額外反射，可以使埠 A的反射在寬頻段內被抵消，從而實現寬帶良好的匹配。本實用新型讓多個不連續性直接緊密連接，從而實現寬頻段內的緊湊型T形HE面支節的埠 A的良好匹配。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的俯視示意圖
[0017]圖2為實施實例I的AA向示意圖
[0018]圖3為實施實例2的俯視圖
[0019]圖4為實施實例2的A向示意圖
[0020]附圖中標號對應名稱:1-耦合腔，2-埠 A，3_埠 B，4-埠 C，11-匹配段，5-金屬柱。
[0021]本說明書中部分名詞規定如下:
[0022]水平面，也就是本文中的紙面。水平方向，也就是位於水平面內的方向。垂直方向，也就是與水平面垂直的方向。
[0023]法線方向:是指垂直於埠 A或埠 B或埠 C端面遠離緊湊型T形HE面支節的方向。圖中箭頭P表示各個埠的法線方向。
[0024]任意三維結構在三維空間中的最大尺寸:該三維結構中任意兩點的距離的最大值。
[0025]鏡像對稱:對於任意三維封閉空間，存在一平面對稱平面X,對於該三維封閉空間中的任意點A，總存在該三維封閉空間中的對應點B，使得線段AB與該平面X垂直，而且線段AB與平面X的交點將線段AB分為長度相等的兩部分。這時，該三維封閉空間稱為鏡像對稱，平面X稱為鏡像對稱平面。
[0026]相對工作帶寬:如果一隻微波器件的工作平率範圍從Π到f2，其相對工作帶寬確定為:【2*(f2-fl)/(f2+fl)】的絕對值。
[0027]匹配段和埠在垂直於線段AX的某一平面內的最大寬度:匹配段和埠與垂直於線段AX的某一平面的截面圖形在水平方向上的寬度的最大值。
[0028]匹配段和埠在垂直於線段AX的某一平面內的最大深度:匹配段和埠與垂直於線段AX的某一平面的截面圖形在垂直方向上的深度的最大值。

【具體實施方式】
[0029]實施實例I
[0030]如圖1和2所示。緊湊型T形HE面支節，包括耦合腔1，埠 A2、埠 B3、埠 C4，還包括3個I級的匹配段11。該匹配段11的一端與耦合腔I相連，該匹配段11的另一端與埠 A2或埠 B3或埠 C4相連.
[0031]所述埠 A2的中心處的電場方向與水平面垂直，而埠 B3和埠 C4的中心處的電場方向在水平面內。
[0032]埠 A2為輸入端；對於與埠 A2相連的匹配段11，存在一條位於水平面內並連接耦合腔I中某一點和埠 A2上另一點的一條線段AX，該與埠 A2相連的匹配段11和埠 A2在垂直於線段AX的某一平面內的最大深度沿從耦合腔I到埠 A2的方向不變或單調增大；對於與埠 B3相連的匹配段11，存在一條位於水平面內並連接耦合腔I中某一點和埠 B3上另一點的一條線段BY，該與埠 B3相連的匹配段11和埠 B3在垂直於線段BY的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔I到埠 B3的方向不變或單調變大；對於與埠 C4相連的匹配段11，存在一條位於水平面內並連接耦合腔I中某一點和埠 C4上另一點的一條線段CZ，該與埠 C4相連的匹配段11和埠 C4在垂直於線段CZ的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔I到埠 C4的方向不變或單調變大。
[0033]所述緊湊型T形HE面支節內部由空氣介質填充。耦合腔I和所有匹配段11的總和結構為結構Q。結構Q在三維空間中的最大尺寸小於在無限大的該填充介質中該緊湊型T形HE面支節中心工作頻率對應的波長的2.5倍。
[0034]該緊湊型T形HE面支節的埠 A為輸入端時，這裡的反射係數在大於30%的相對工作帶寬內低於-15dB。
[0035]該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔1、埠 A2、埠 B3、埠 C4和所有匹配段11的上表面都為同一個平面的一部分。
[0036]與埠 A2連接的匹配段11為鏡像對稱結構，其對稱平面為X。該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔1、埠 A2、埠 B3、埠 C4和所有匹配段11相對於對稱平面X構成鏡像對稱結構。具體來講，耦合腔1、埠 A2以對稱平面X為對稱面而自身成鏡像對稱結構。埠 B3以對稱平面X為對稱面與埠 C4構成鏡像對稱結構。連接埠 B3的匹配段11以對稱平面X為對稱面與連接埠 C4的匹配段11構成鏡像對稱結構。
[0037]所述埠 A2、埠 B3、埠 C4都為矩形波導。
[0038]該緊湊型T形HE面支節的埠 A2的法線方向與埠 B3和埠 C4的法線方向之間的夾角等於90度。如果將埠 B和埠 C都彎曲朝向與埠 A2的法線方向相反的方向，埠 B和埠 C的信號之間的相位差為180°。耦合腔存在與埠 A相對的內側壁A，內側壁A上設置有金屬柱5。
[0039]實施實例2
[0040]如圖3和4所示。與實施實例I相比，該實施實例的區別僅在於，所述埠 A2的法線方向與埠 B3和埠 C4的法線方向相反。所以，該緊湊型T形HE面支節構成緊湊型Y形波導功分器。同時，不需要將埠 B3和埠 C4做任何彎曲，埠 B3和埠 C4信號的相位差已經是180°。另外，該實施實例中沒有設置金屬柱5。
[0041]上述僅為舉例，給出了本實用新型的一些較佳的實現方式。實際生產中，耦合腔I可以為各種形狀的空腔，內部還可以設置各種金屬凸臺或凹槽。
[0042]本實用新型的緊湊型T形HE面支節具有結構簡單緊湊、高達30%的相對帶寬、力口工調試成本低、輸出端之間幅度和相位精度高等特點。它們既可以單獨被使用，更可以用於構成多路功分器。兩個輸出端朝向同一方向時，二者的信號之間的相位差為180度。特別是其準平面結構，這些器件都可以分為底座和蓋板，分別採用普通數控銑床一次性加工完成，很好地保證了器件的加工精度並大大降低加工成本。該器件可以廣泛用於雷達、飛彈制導、通信等軍事及民用領域。
【權利要求】
1.緊湊型T形HE面支節，包括耦合腔(1)，埠A (2)、埠 B (3)、埠 C (4)，其特徵在於，還包括至少一個一級或兩級或多級的匹配段(11)，該匹配段(11)的一端與耦合腔(1)相連，該匹配段(11)的另一端與埠A (2)或埠 B (3)或埠 C (4)相連； 所述埠 A (2)的中心處的電場方向與水平面垂直，而埠 B (3)和埠 C (4)的中心處的電場方向在水平面內； 對於與埠 A (2)相連的匹配段(11)，存在一條位於水平面內並連接耦合腔(I)中某一點和埠 A (2)上另一點的一條線段AX，該與埠 A (2)相連的匹配段(11)和埠 A(2 )在垂直於線段AX的某一平面內的最大深度沿從耦合腔(I)到埠 A (2 )的方向不變或單調增大；對於與埠 B (3)相連的匹配段(11)，存在一條位於水平面內並連接耦合腔(I)中某一點和埠 B (3)上另一點的一條線段BY，該與埠 B (3)相連的匹配段(11)和埠 B (3)在垂直於線段BY的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔(I)到埠 B (3)的方向不變或單調變大；對於與埠 C(4)相連的匹配段(11)，存在一條位於水平面內並連接耦合腔(I)中某一點和埠 C (4)上另一點的一條線段CZ，該與埠 C (4)相連的匹配段(11)和埠 C (4)在垂直於線段CZ的某一平面內的最大寬度沿從耦合腔(I)到埠 C (4)的方向不變或單調變大。
2.根據權利要求1所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，所述緊湊型T形HE面支節內部由空氣介質或其它介質填充；耦合腔(I)與所有匹配段(11)的總和結構為結構Q，結構Q在三維空間中的最大尺寸小於在無限大的該填充介質中該緊湊型T形HE面支節中心工作頻率對應的波長的2.5倍。
3.根據權利要求1所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，埠A (2)為輸入端，該緊湊型T形HE面支節的埠 A (2)的反射係數在大於30%的相對工作帶寬內低於-15dB。
4.根據權利要求1中所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，耦合腔(I)、埠A(2)、埠B (3)、埠 C (4)和所有匹配段(11)的上表面都為同一個平面的一部分。
5.根據權利要求1所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，與埠A (2)連接的匹配段(11)為鏡像對稱結構，該匹配段(11)的對稱平面為對稱平面X ;該緊湊型T形HE面支節的所有部分，包括耦合腔(I)、埠 A (2)、埠 B (3)、埠 C (4)和所有匹配段(11)相對於對稱平面X構成鏡像對稱結構。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，所述埠A (2)、埠 B (3)、埠 C (4)可以分別為矩形波導、圓波導、脊波導、基片集成波導或帶線中的任意一種。
7.根據權利要求6所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，埠A (2)的法線方向與埠 B (3)或/和埠 C (4)的法線方向之間的夾角大於60度並小於120度。
8.根據權利要求6所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，耦合腔(I)存在與埠A (2)相對的內側壁A，內側壁A上設置有金屬柱(5)。
9.根據權利要求6所述的緊湊型T形HE面支節，其特徵在於，埠A (2)的法線方向與埠 B (3)或/和埠 C (4)的法線方向之間的夾角大於150度並小於210度。
【文檔編號】H01P5/12GK203967225SQ201420409155
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】王清源 申請人:成都賽納賽德科技有限公司