CN103038936B - 具有矩形变压器设计的三端口波导结环行器和隔离器 - Google Patents

Abstract

波导结环行器和隔离器具有相对于波导结中的三个端口不对称的矩形变压器。变压器易于被加工成波导结环行器或隔离器的单件式壳体的一部分。这样降低了波导结环行器和隔离器的材料成本及制造成本。

Description

具有矩形变压器设计的三端口波导结环行器和隔离器

技术领域

本发明总体涉及微波波导，更具体地，涉及波导结环行器和隔离器。

背景技术

典型的波导结环行器或隔离器具有金属结构，所述金属结构包含在形成波导结的结构的中心相交的三个共面波导。铁氧体棒或三棱柱安装在变压器顶部的波导结中心，并受到由两个永磁体产生的横向磁偏置场的影响。

变压器用于使波导的阻抗与铁氧体的阻抗匹配。在大多数典型波导结环行器中，根据波导结环行器中应用的铁氧体形状，变压器形成为盘杆(discrod)或三棱柱的形式，从而能够在波导部与铁氧体结之间实现最佳匹配。

在理想的环行器中，不同端口的端口回波损耗相同，不同端口组合的插入损耗和隔离也相同。然而，由于给定要求规定的各个端口的机械结构不同，实际的环行器具有由机械不对称而导致的电气不对称。部件的公差以及部件的组装造成的不对称也不容忽视。因此，目前的设计大多要求在组装后进行调谐(tuning)，以实现所需性能。通常，介电元件与金属元件粘合在环行器的波导部中，以进行电调谐。该调谐用于纠正设计缺陷，补偿机械不对称，例如铁氧体元件未对准，以便对各个端口的不同配置负责。对批量生产而言，此类调谐是一种耗时的高成本工艺。

通常，波导结环行器的壳体由底半部和顶半部构成，以便在将底半部和顶半部组装成完整的波导结之前，将铁氧体安装在变压器上。然而这种两分式(twosectional)设计要求对每一半独立加工，并进行额外的组装工艺使之结合。为了保证波导结的良好组装，也要求非常精确的尺寸控制。有时在组装之后还要求进行额外的加工以保证精度。

为了克服现有技术中的两分式波导结环行器设计的缺点，许多波导结环行器设计近来已采用了单件式壳体设计，以降低材料成本和组装工艺成本。然而，由于单件式壳体设计的加工局限，需要对具有用于三端口波导结的对称形状的匹配变压器进行单独加工，然后采用专用的低损耗结合剂将该匹配变压器安装到单件式壳体之内。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种环行器或隔离器，其具有能以低成本容易且精确地制造的设计特性。

本发明的另一目的是提供一种新颖的变压器设计，其不仅易于制造，而且能以低廉成本提供精确的定位。

本发明的又一目的是为隔离端口提供低损耗的性能和简单的匹配方法。

附图说明

为了更好地理解本发明，并示出如何实现本发明，现结合附图参照示例，在附图中：

图1(现有技术)是由两个半部的组装制成的典型波导结隔离器的示例性分解图。

图2(现有技术)是由单件式壳体构成的波导结隔离器的透视图。

图3(现有技术)是图2中的波导结隔离器的单件式壳体对半剖开的透视图。

图4(现有技术)是图2中的组装的波导结隔离器对半剖开的透视图。

图5是根据本发明的一个实施方式的波导结隔离器的透视图。

图6是图5中的波导结隔离器的单件式壳体对半剖开的透视图。

图7是图5中的组装的波导结隔离器对半剖开的透视图。

图8是本发明的一个实施方式对半剖开的透视图。

图9是图8中的具有铁氧体元件和吸收器的导块的分解图。

具体实施方式

在说明书全文中，多个附图中重复出现的相同部件采用相同的附图标记。

根据本发明，提供一种具有新颖变压器的波导结环行器或隔离器。通常，变压器被制作成相对于环行器或隔离器的端口不对称，而铁氧体元件被制作成相对于这些端口对称。

本领域技术人员应当理解，以下的实施方式仅通过示例给出，所给出的特性绝不限定本发明的范围。

图1示出了由两个半壳体构成的典型三端口波导结隔离器。采用多个紧固件，例如三个螺钉3，将顶半部壳体1与底半部壳体2组装起来。变压器13和14与两个半部壳体共同加工。其中，由于波导的半部在加工期间打开，因此易于加工对称三角形变压器。铁氧体元件5关于变压器的形状对称地置于其中一个变压器上。调谐元件9置于波导上，用于阻抗匹配。端接(terminate)三个端口中的一个的吸收器14置于第三端口上。向铁氧体提供偏置磁场的磁体8或其它磁化材料置于在波导外侧加工的凹部。

图2示出了典型的单件式壳体波导结隔离器，与图1中的两分式壳体设计相比，其设计成降低加工成本和工艺成本。

图3示出了图2中的单件式壳体对半剖开的透视图。为了将变压器定位在壳体中正确的位置，在波导结中部加工出从壳体突出的元件36。

图4示出了组装的单件式壳体波导结隔离器对半剖开的透视图。变压器32安装并胶粘(或以其它方式永久附接)在波导壳体上。在制造工艺中，在使变压器定位在波导结中部之前，采用低损耗结合剂将铁氧体元件34安装在变压器32上。在变压器与波导结胶粘(结合)之后，添加导电粘合剂，例如银胶(或等效物)，以提供从变压器到壳体所需的导电性。

在图2的单件式壳体设计中，即使能够降低壳体的加工成本以及组装工艺的制造成本，但在技术上并不容易将对称三角形变压器或盘状变压器加工为壳体的一部分。因此，传统技术需要单独加工变压器，然后将变压器组装到单件式壳体中。此外，因为变压器的电接触较差，与两分式壳体设计相比，波导结隔离器或环行器的插入损耗增大。在两分式壳体设计中，变压器能作为壳体的一部分而被共同加工。

图5示出了本发明的一个优选实施方式，其中在单件式壳体内加工变压器，使变压器相对于环行器或隔离器的端口不对称，而将铁氧体元件加工(例如采用CNC铣床)成相对于这些端口对称。波导结环行器或隔离器的壳体由单件式壳体20构成。换言之，壳体为一体式部件。在该单件式壳体内，变压器的形状与铁氧体形状不对称。应当理解，相对于端口对称表示变压器和/或铁氧体元件的顶点或角部与端口对齐。因此，不对称表示变压器和/或铁氧体元件的顶点或角部未与这些端口对齐。

图6示出了图5的单件式壳体对半剖开的透视图。通过示例如图所示，变压器21具有矩形形状，并可从侧面开口加工(或以其它方式制造)成单件式壳体的一部分。此外，变压器可如图所示地延伸到第三端口的末端。

图7示出了组装的单件式壳体波导结隔离器对半剖开的透视图。三角形铁氧体元件22安装在加工为单件式壳体20的一部分的矩形变压器21上。吸收器23(用于吸收微波能量，从而将环行器转变为隔离器)也安装在变压器上，使得从铁氧体元件到吸收器的阻抗匹配能够直接在变压器上进行。即使变压器形状与铁氧体元件的形状不对称并且不提供三端口对称，仍可通过优化其它元件，例如导壁(guidewall)的配置、铁氧体尺寸、变压器尺寸、以及调谐元件24的位置和大小，而在电磁模拟器中实现良好的电气性能。由于能在单件式壳体内加工变压器，因此保留了单件式壳体的优点。

图8和图9描述了本发明另一实施方式，其示出了如何将铁氧体元件42设置和定位在单件式壳体中正确的位置上。抽屉状元件(具有抽屉形状)作为导块46。导块可由低介电常数材料形成，例如特富龙或其等效物。可在导块上加工凹槽(或插座(receptacle))以容纳铁氧体元件42和/或吸收器43。在制造过程中，导块46一旦加载了铁氧体元件42，该导块会通过第三端口沿着延伸的变压器41进入单件式壳体，从而将铁氧体元件42定位在所需位置。

因此，上述内容教导了一种微波环行器或隔离器的新颖设计，在该微波环行器或隔离器中，变压器与端口不对称，而铁氧体元件相对于端口对称。

本发明还提供一种制造微波波导结环行器或隔离器的新颖方法。该方法需要提供具有多个端口例如三个端口的单件式壳体。该方法然后涉及加工壳体内的变压器，以使变压器获得相对于壳体的端口不对称的形状。该方法还需要加工铁氧体元件，以使铁氧体元件获得相对于端口对称的形状。可在单件式壳体内加工铁氧体元件(例如可以为三角形，其三个顶点指向三个端口中的每个端口)和变压器(例如可以为矩形，其顶点不指向所述端口)。可选地，对于隔离器，导块可用于定位铁氧体元件和/或吸收器。

应当理解，铁氧体元件可具有不同的形状，例如盘杆或三棱柱。同样，变压器也可以加工以具有未必为矩形的形状。

本发明的上述实施方式仅意图为示例性的。已经阅读本文的本领域技术人员容易理解，在不偏离本发明范围的前提下可进行许多明显的变化、改进、修改。因此，申请人要求的本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种波导结环行器或隔离器，包括：

单件式壳体，所述单件式壳体具有三个端口；

矩形变压器，所述变压器的形状相对于所述波导结的所述端口不对称，所述矩形变压器的四个角未与所述端口对齐；

三角形铁氧体元件，所述铁氧体元件设置在所述变压器上，并相对于所述波导结的各个端口对称，所述三角形铁氧体元件的三个角与所述端口对齐。

2.如权利要求1所述的环行器或隔离器，其中导电壳体由单件的块形成，并且所述变压器作为所述壳体的一部分与所述壳体共同加工。

3.如权利要求1所述的环行器或隔离器，其中所述变压器能被容易地从侧面开口加工成所述壳体的一部分，所述侧面开口为所述波导结的端口。

4.一种波导结隔离器，包括：

壳体，所述壳体为单件式壳体且具有三个端口，一个所述端口与吸收器端接，其中匹配变压器延伸到端接端口的末端，铁氧体元件设置在所述变压器上，以使所述铁氧体元件到所述吸收器的阻抗匹配可直接在所述变压器上进行，其中所述变压器是矩形的并且相对于所述端口不对称，所述矩形变压器的四个角未与所述端口对齐，并且其中所述铁氧体元件是三角形的并且相对于所述端口对称，其中所述三角形铁氧体元件的三个角与所述三个端口中的每一个对齐。

5.如权利要求4所述的隔离器，其中所述铁氧体元件安装在由导块引导的所述变压器上，所述导块为抽屉状，以使所述导块中的所述铁氧体元件沿着延伸的变压器移动，从而进行对齐。

6.如权利要求5所述的隔离器，其中所述导块由低介电常数材料形成。

7.一种制造微波波导结环行器或隔离器的方法，该方法包括：

提供具有三个端口的单件式壳体；

加工所述单件式壳体内的变压器，以使所述变压器具有相对于所述端口不对称的矩形形状，所述矩形变压器的四个角未与所述端口对齐；以及

加工所述单件式壳体内的铁氧体元件，以使所述铁氧体元件具有相对于所述端口对称的三角形形状，其中，所述铁氧体元件设置在所述变压器上，所述三角形铁氧体元件的三个角与所述三个端口中的每一个对齐。

8.如权利要求7所述的方法，该方法还包括采用低介电导块定位所述铁氧体元件。

9.如权利要求7所述的方法，该方法还包括将吸收器安装在所述变压器上。