CN101978553A - 波导管功率分配器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种波导管功率分配器，将在堆叠配置的第一方形波导管(8)和第二方形波导管(9)共有的宽壁设置的耦合缝隙(10)以使其长尺寸方向朝向管轴方向而形成，在第二方形波导管(9)的一个侧壁设置有向耦合缝隙(10)的附近的管路突出的匹配导体(11)。设置匹配导体(11)的加工容易，可获得能够以低成本制造的结构，能够将功率分配比设定为任意比率。

Description

波导管功率分配器及其制造方法
技术领域
本发明涉及在分配或合成微波波段、毫米波段的电磁波中使用的波导管功率分配器及其制造方法。
背景技术
在阵列天线的供电电路中使用的波导管功率分配器期待能够将功率分配比设定为任意比率。作为与该要求相对应的现有的波导管功率分配器，已知有例如专利文献1所示的波导管功率分配器。
即，能够将功率分配比设定为任意的比率的现有的波导管功率分配器构成为，平行地重叠配置第一方形波导管(13)和第二方形波导管(12)，将两个波导管用长尺寸方向与管轴正交的耦合窗(14)连接，在第二方形波导管(12)设置高度低的薄壁部(15)。
该现有的波导管功率分配器通过错开耦合窗的中心和薄壁部的中心，从而能够将功率分配比设定为任意的比率。
专利文献1：日本特开2005-159767号公报(图6、图7)
发明内容
发明要解决的问题
可是，在上述现有的波导管功率分配器中，为了在第二方形波导管中设置薄壁部，需要复杂的加工，存在制造成本增高的问题。
本发明正是鉴于所述问题而完成的，其目的在于获得一种能够以低成本、并且以容易制造的结构将功率分配比设定为任意比率的波导管功率分配器及其制造方法。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明提供一种波导管功率分配器，堆叠配置第一方形波导管和第二方形波导管，以使相互的管轴平行且共有宽壁，在所述共有的宽壁设置耦合缝隙，所述第一方形波导管的管轴方向的一个侧端侧在沿管轴方向超过了所述耦合缝隙的位置成为短路面，以所述第一方形波导管的管轴方向的另一个侧端侧、与所述第二方形波导管的管轴方向两侧的各侧端构成三个端口，其特征在于，所述耦合缝隙使其长尺寸方向朝向管轴方向而形成，并且在所述第二方形波导管的一个侧壁设置有向所述耦合缝隙的附近的管路突出的匹配导体。
发明的效果
根据该发明，发挥如下效果，即，可获得以低成本、并且以容易制造的结构能够将功率分配比设定为任意的比率的波导管功率分配器。
附图说明
图1是表示使用波导管功率分配器的波导管缝隙阵列天线的一例的正视图。
图2是图1所示的波导管缝隙阵列天线的侧视图。
图3是表示本发明的一个实施方式的波导管功率分配器的结构的立体图。
图4是图3所示的波导管功率分配器的上视图。
图5是表示电磁场模拟的结果的特性图。
图6是说明在图3所示的波导管功率分配器的制造中适用扩散接合的情况下的结构及制造方法的部分剖视图。
符号说明
1放射缝隙
2、3放射波导管
4供电电路
5、6耦合缝隙
7波导管功率分配器
8第一方形波导管
9第二方形波导管
10耦合缝隙
11匹配导体
12短路面
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的波导管功率分配器及其制造方法的优选实施方式。
图1是表示使用波导管功率分配器的波导管缝隙阵列天线的一例的正视图。图2是图1所示的波导管缝隙阵列天线的侧视图。
图1和图2所示的波导管缝隙阵列天线由放射缝隙1设置于一个宽壁面(正面)的放射波导管2、3、和从另一个宽壁面(背面)向放射波导管2、3供电的供电电路4构成。在图1、图2中，表示利用两个放射波导管构成的例子，但是，也有以奇数个放射波导管构成的情况。
放射波导管2和供电电路4以耦合缝隙5被电磁连接，放射波导管3和供电电路4以耦合缝隙6被电磁连接。供电电路4具有波导管功率分配器7和端口A。另外，在图示例中，在放射波导管2的正面设置有6个元件的放射缝隙1，在放射波导管3的正面设置有4个元件的放射缝隙1。另外，虽然表示了放射波导管2、3分离配置的情况，但也可以是一体地连接。该情况下，在放射波导管2和放射波导管3之间以没有电磁干涉的方式设置导体壁、电磁屏蔽。
在以上的结构中，输入到端口A的微波波段、毫米波段的电磁波通过波导管功率分配器7而被分配到两个方向。一方的电磁波通过耦合缝隙5向放射波导管2供电，激励设置于放射波导管2的正面的6个放射缝隙1。另一方的电磁波通过耦合缝隙6向放射波导管3供电，激励设置于放射波导管3的正面的4个放射缝隙1。
在该情况下，虽然在放射波导管2、3中放射缝隙1的数量不同，但是在该情况下也要求波导管功率分配器7能够分配以同样的振幅能够激励全部放射缝隙1的能力。该功率分配能力即使在具有同样数量的放射缝隙的放射波导管为奇数根的情况下也被要求。因此，期望用于供电电路4的波导管功率分配器7能够设定为任意的功率分配比。
下面，具体地说明能够设定为任意的功率分配比的本实施方式的波导管功率分配器。图3是表示本发明的一个实施方式的波导管功率分配器的结构的立体图。图4是图3所示的波导管功率分配器的上视图。
(本实施方式的波导管功率分配器的结构)
如图3所示，在本实施方式的波导管功率分配器7中，堆叠配置第一方形波导管8和第二方形波导管9，以使相互的管轴平行且共有宽壁。在图3中，在第一方形波导管8上载置有第二方形波导管9。
在第一方形波导管8中，管轴方向的一侧端开口并与端口A连通，管轴方向的另一侧端是闭塞的短路面12。在第二方形波导管9中，管轴方向的两端分别开口并成为端口B、C。
而且，在共有的宽壁设置有耦合缝隙10。在图3中，耦合缝隙10在共有的宽壁的短尺寸方向的一端侧，使其长尺寸方向朝向管轴方向而形成。如图4所示，耦合缝隙10的长尺寸方向中心设置于从第一方形波导管8的短路面12离开约λg/4(λg为管内波长)的位置。
另外，在第二方形波导管9的内部，将匹配导体11设置于耦合缝隙10的附近。具体而言，在图3所示的例中，匹配导体11在第二方形波导管9的宽壁的短尺寸方向的另一端侧的侧壁，向耦合缝隙10侧突出并设置。如图4所示，匹配导体11设置于从耦合缝隙10的长尺寸方向的中心偏移距离X的位置。匹配导体11只要向第二波导管9的管路内突出即可。在图3中，表示匹配导体11具有槽的方式，但是，也可以没有槽部分而是实心体。
另外，当表示尺寸时，在76GHz波段用的波导管功率分配器的情况下，第一方形波导管8和第二方形波导管9均例如是宽壁的短尺寸方向宽度为2.6mm，侧壁的高度为1.2mm。
(以上述方式构成的波导管功率分配器的工作)
输入到端口A的微波波段、毫米波段的电磁波在第一方形波导管8中朝向短路面12在管轴方向上传播，激励耦合缝隙10。被激励的耦合缝隙10在第二方形波导管9中使电磁波产生。在第二方形波导管9中产生的电磁波在第二方形波导管9中向管轴方向的两侧传播，从端口B和端口C输出。
在此，端口B和端口C的功率比能够通过匹配导体11的位置、即偏移距离X而设定为任意的比率。即，如果将偏移距离X设定为0的话，也就是说当使匹配导体11的中心位置与耦合缝隙10的长尺寸方向中心一致时，向端口B和端口C分配同等的功率。而且，如果将偏移距离X设定为正值的话，也就是说当将匹配导体11的中心位置设为从耦合缝隙10的长尺寸方向中心向端口C侧移位的位置时，向端口B的分配比率变高。相反，如果将偏移距离X设定为负值的话，也就是说当将匹配导体11的中心位置设为从耦合缝隙10的长尺寸方向中心向端口B侧移位的位置时，向端口C的分配比率变高。另外，优选偏移距离X在缝隙10的缝隙长度(长尺寸方向的长度)范围内进行调整。
图5是表示电磁场模拟的结果的特性图。在图5中，S11是端口A的反射特性、S21是从端口A向端口B的透过特性、S31是从端口A向端口C的透过特性。S11遍及部分带宽(fractional bandwidth)6％为-20dB以下。另外，S21和S31相对于频率为平坦的特性，S21为-1.6dB、S31为-5.1dB。将它们设定为功率比时为2.2∶1。可知获得了所希望的功率分配比。
如上的工作是向端口A输入电磁波，向端口B和端口C分配的情况，一般而言，波导管功率分配器是可逆的，因此，即使在合成功率的情况下也可以使用。即，如果向端口B和端口C输入同样频率的电磁波，则它们以规定的比率被合成，从端口A输出。
另外，在该实施方式中，表示在匹配导体11中使用隔板(iris)的情况，但是，也可以是导体柱(conductive post)或导体块等，可获得同样的效果。这样的匹配导体11，通常比现有技术的波导管薄壁部更容易加工。因此，该实施方式的波导管功率分配器与现有的波导管功率分配器相比，能够以更低的成本制造。
(本实施方式的波导管功率分配器的结构及制造方法)
图3所示的波导管功率分配器7为第一方形波导管8和第二方形波导管9共有一个宽壁的方式，因此，能够划分为设置有耦合缝隙10的共有宽壁的部分、从第一及第二方形波导管8、9分别去除了共有宽壁的部分这三种。
因此，在要制造图3所示的方式的波导管功率分配器的情况下，例如考虑对3个铝板材分别切削加工第一方形波导管的コ字状槽、第二方形波导管的コ字状槽、以及耦合缝隙，将它们硬钎焊接合的方法。但是，在该方法中，加工和接合的成本高，另外，存在硬钎焊料的溢出、硬钎焊导致的尺寸变化等问题。
因此，在本实施方式中，使用不利用硬钎焊料就能够接合的扩散接合进行制造。所谓扩散接合，是对接合的构件进行加热/加压，利用在接合面间产生的扩散现象进行冶金学一体化的接合方法。扩散接合利用当使金属表面彼此相互接近到原子级程度的距离时就形成金属键的原理，因此，在原理上如果能够使两种金属接近的话就能够实现接合。
因此，如果利用扩散接合进行制造的话，就能够降低接合成本。而且，因为不使用硬钎焊料，所以没有溢出等问题，另外，也具有接合导致的变形少的优点。
图6是说明在图3所示的波导管功率分配器的制造中应用扩散接合的情况下的结构及制造方法的部分剖视图。
(结构)
如图6所示，图3所示的波导管功率分配器能够以第一金属板13、第二金属板14、第三金属板15、第四金属板16、第五金属板17这5个金属板构成。5个金属板的大小是任意的，只要是能够确保宽壁的短尺寸方向的宽度、能够确保必要的管路长度的大小以上的话即可。对于上述尺寸例来说，只要是超过宽壁的短尺寸方向宽度2.6mm的大小即可。5个金属板例如也可以是不锈钢的钢板。
第一金属板13是成为与第一方形波导管8的共有宽壁相向的宽壁的金属板。第五金属板17是与第二方形波导管9的共有宽壁相向的金属板。第三金属板15是成为第一及第二方形波导管8、9共有的宽壁(共有宽壁)的金属板，形成有耦合缝隙10。这3个金属板的板厚是任意的，也可以比第二金属板14、第四金属板16的板厚薄。
第二金属板14是用于形成第一方形波导管8的剖面方形状管路中的除去两宽壁侧后的管轴方向管路空间的金属板，在管轴方向设置有将第一方形波导管8的两侧壁间的间隔作为切口宽度的切口(slit)。如图6所示的短路面12是该切口的终端，其右方所示的符号14a的部分表示未形成切口的部分。决定侧壁高度的第二金属板14的板厚对上述尺寸例而言为1.2mm。另外，决定宽壁的短尺寸方向宽度的切口宽度对上述的尺寸例而言为2.6mm。
第四金属板16是用于形成第二方形波导管9的剖面方形状管路中的除去两宽壁侧后的管轴方向管路空间的金属板，在管轴方向设置有将第二方形波导管9的两侧壁间的间隔作为切口宽度的切口。而且，虽然在图6中未图示，但是在切口的中途向切口内突出形成有匹配导体11。决定侧壁的高度的第四金属板16的板厚，对上述尺寸例而言为1.2mm。另外，决定宽壁的短尺寸方向宽度的切口宽度对上述的尺寸例而言为2.6mm。
(制造方法)
在图6中，首先，分别准备上述结构的第一金属板13、第二金属板14、第三金属板15、第四金属板16、第五金属板17。这些全部的金属板都是二维形状，能够应用蚀刻或冲压加工，因此，能够以低成本准备必要构件。
接着，以如下的方式进行定位：设置于第三金属板15的耦合缝隙10的长尺寸方向与管轴方向平行，设置于第二金属板14的切口和设置于第四金属板16的切口相互与管轴方向平行，设置于第四金属板16的切口的匹配导体部分位于耦合缝隙10的附近，设置于第二金属板14的切口的终端成为从耦合缝隙10的长尺寸方向中心起离开管内波长的大约1/4的位置。
然后，在进行了上述定位的状态下，将第一金属板13到第五金属板17按该顺序堆叠进行扩散接合，由此形成图3所示的波导管功率分配器7。
另外，在图6中表示构成第一方形波导管8和第二方形波导管9的金属板是用一枚的板厚能够获得必要的高度的金属板的情况，但是，也可以将多枚金属板重叠而获得必要的高度。以上为第一方形波导管8和第二方形波导管9的波导剖面尺寸同样的情况，但是，也可以是不同的剖面尺寸。在该情况下，第一方形波导管8和第二方形波导管9的高度及宽壁侧的宽度分别设定。
如上述那样，因为将波导管功率分配器分割为多枚金属板而构成，所以各个金属板是二维形状，能够通过蚀刻或冲压以低成本进行加工。另外，因为利用扩散接合来接合这些金属板，所以能够以低成本且稳定的品质进行大量生产。
工业上的可利用性
如上述那样，本发明的波导管功率分配器作为以低成本、并且以容易制造的结构能够将功率分配比设定为任意的比率的波导管功率分配器是有用的。另外，本发明的波导管功率分配器的制造方法作为以低成本、且稳定的品质进行大量生产的制造方法是有用的。

Claims (3)

1.一种波导管功率分配器，堆叠配置第一方形波导管和第二方形波导管，以使相互的管轴平行且共有宽壁，在所述共有的宽壁设置耦合缝隙，所述第一方形波导管的管轴方向的一个侧端侧在管轴方向上超过了所述耦合缝隙的位置成为短路面，以所述第一方形波导管的管轴方向的另一个侧端侧、与所述第二方形波导管的管轴方向两侧的各侧端构成三个端口，其特征在于，
所述耦合缝隙使其长尺寸方向朝向管轴方向而形成，并且在所述第二方形波导管的一个侧壁设置有向所述耦合缝隙的附近的管路突出的匹配导体。
2.根据权利要求1所述的波导管功率分配器，其特征在于，构成为包括：
第一金属板，成为所述第一方形波导管的与所述共有宽壁相向的宽壁；
第二金属板，在管轴方向上设置有将所述第一方形波导管的两侧壁间的间隔设为切口宽度的切口；
第三金属板，成为设置有所述耦合缝隙的所述共有宽壁；
第四金属板，在管轴方向上设置有将所述第二方形波导管的两侧壁间的间隔设为切口宽度的切口，并且在中途向切口内突出形成有所述匹配导体；以及
第五金属板。成为所述第二方形波导管的与所述共有宽壁相向的宽壁。
3.一种波导管功率分配器的制造方法，其特征在于，包括：
准备成为第一方形波导管的宽壁的第一金属板的步骤；
准备具有规定板厚的第二金属板的步骤，该第二金属板在管轴方向上形成有将所述第一方形波导管的两侧壁间的间隔设为切口宽度的切口；
准备形成有耦合缝隙的第三金属板的步骤；
准备具有规定板厚的第四金属板的步骤，该第四金属板在管轴方向上形成有将第二方形波导管的两侧壁间的间隔设为切口宽度的切口，并且在中途形成有向切口内突出的匹配导体部分；
准备成为所述第二方形波导管的宽壁的第五金属板的步骤；
进行定位的步骤，该定位以如下方式进行，即，设置于所述第三金属板的所述耦合缝隙的长尺寸方向与管轴方向平行，设置于所述第二金属板的切口和设置于所述第四金属板的切口相互与管轴方向平行，设置于所述第四金属板的切口的所述匹配导体部分位于所述耦合缝隙的附近，设置于所述第二金属板的切口的终端成为从所述耦合缝隙的长尺寸方向中心起离开管内波长的大约1/4的位置；以及
在进行了所述定位的状态下，将从所述第一金属板到所述第五金属板按该顺序进行堆叠并进行扩散接合的步骤。
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