CN103531877B - 过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，主要解决了现有技术中存在的缺少一种成熟的针对高功率过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，不能满足技术发展需求的问题。该过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，包括底板和顶板，还包括顶部固定于底板中心位置处的输入同轴波导，底部固定于顶板上、顶部与输入同轴波导相连的锥体，该锥体为圆锥形导体结构，以及固定于顶板和底板之间、位于锥体外侧的半圆柱型导体，固定于顶板和底板之间、位于半圆柱型导体外侧的分波立柱。通过上述方案，本发明达到了反射小、损耗低、功率容量高且适用于高功率应用目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器
技术领域
本发明涉及一种高功率微波技术领域的功率分配器，具体地说，是涉及一种适用于高功率过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器。
背景技术
在传统的微波技术领域，功率分配器是一种常见的微波元件，其实现方式较多，相关研究和应用也非常广泛，然而对于应用于高功率微波领域的功率分配器而言，除了对传统功率分配器所要求的低损耗、低反射、高传输效率等技术性能进行研究外，还需满足其与高功率微波源输出模式的匹配并实现高功率容量。
目前，大多数高功率微波源具有旋转轴对称结构，其输出结构较多的是采用过模同轴波导的TEM模或过模圆波导的TM0n模，其中国内外学者对同轴波导到多路矩形波导功分器开展了一些研究，主要提出了两种形式的功率分配器，一种是1分N路功分器，其中微波由同轴输入后经过径向线结构的过渡再由N路矩形波导输出。该技术方案的不足之处在于内部结构采用介质固定，影响了功率容量的提高；另一种是同轴TEM波到矩形TE10模式变换器结构，其中微波由同轴波导输入，经过同轴波导顶端的短路臂调节，再由2/4路矩形波波导输出，同轴波导内导体贯穿了矩形波导的上表面，形成了一个短路壁用于调节匹配，该结构不需要引入介质进行固定，适用于高功率微波应用，但该结构的入口同轴波导为非过模同轴波导，在过模条件下无法实现2路矩形波导输出。
在高功率微波应用中，为了满足高功率要求，所采用的同轴波导工作于过模状态，两路矩形波导输出的非轴对称性会产生高阶模式，必须要对高阶模式进行抑制，增加了该类功率分配器的设计困难。虽然近期相关技术人员对同轴波导到两路矩形波导功分器进行了设计，采用了在过模同轴波导中添加双层的十字交叉支撑杆结构的方法抑制高阶模式的传输，但此方案结构较复杂，且功率容量不高。
综上所述，针对高功率过模同轴波导到两路矩形波导功率分配器的研究和技术方案还不成熟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，主要解决现有技术中存在的缺少一种成熟的针对高功率过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，不能满足技术发展需求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，包括底板和顶板，还包括顶部固定于底板中心位置处的输入同轴波导，底部固定于顶板上、顶部与输入同轴波导相连的锥体，该锥体为圆锥形导体结构，以及固定于顶板和底板之间、位于锥体外侧的半圆柱型导体，固定于顶板和底板之间、位于半圆柱型导体外侧的分波立柱。
具体地说，所述输入同轴波导由固定于底板上的外导体和与椎体相连的内导体构成。
作为优选，所述半圆柱型导体和分波立柱均为两个，其中一半圆柱型导体和一分波立柱位于输入同轴波导一侧，另一半圆柱型导体和分波立柱于输入同轴波导另一侧，且输入同轴波导两侧的半圆柱型导体和分波立柱均相对于其轴对称。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明针对采用过模同轴波导输出的高功率微波源的功率分配需求，提出了一种新型的高功率功率分配器，可实现过模同轴波导TEM模到两路矩形波导TE10模的功率分配，具有结构简单、损耗较低、功率容量高的特点，符合技术发展需求，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面示意图。
图3为图2的B-B剖面示意图。
图4为本发明的反射特性示意图。
图5为本发明的耦合输出特性示意图。
图6为本发明的场分布图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-输入同轴波导，2-矩形波导，3-锥体，4-半圆柱型导体，5-Y型矩形波导分支，6-分波立柱，7-底板，8-顶板，1a-外导体，1b-内导体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
为了解决现有技术中存在的缺少一种成熟的针对高功率过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，不能满足技术发展需求的问题，如图1~3所示，本发明提供了一种过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，包括由顶板8、底板7、外导体（图3中的1a）和内导体（图3中的1b）构成的输入同轴波导1、圆锥形导体结构的锥体3、半圆柱型导体4和分波立柱6，其中，锥体3底部固定于顶板8上；输入同轴波导1的内导体1b与锥体3顶部相连、外导体1a固定于底板7上；半圆柱型导体4和分波立柱6固定于顶板8和底板7之间。
优选将输入同轴波导1固定于底板7中心位置处，半圆柱型导体4和分波立柱6均设置两个，其中一半圆柱型导体4和一分波立柱6位于输入同轴波导1一侧，另一半圆柱型导体4和分波立柱6位于输入同轴波导1另一侧，且输入同轴波导1两侧的半圆柱型导体4和分波立柱6均相对于其轴对称。
经过上述设置后，使用时便会形成如图6所示的场分布，将图2中附图标记2位置处设定为矩形波导，则本发明共有四路矩形波导，将附图标记5位置处设定为Y型矩形波导分支，则两路矩形波导2与Y型矩形波导分支5共同构成了一路矩形波导，其中，位于中心位置的输入同轴波导1和与其相连的四路矩形波导2通过锥体3和两个半圆柱型导体4实现波导模式转换，Y型矩形波导分支采用分波立柱6来实现两路矩形波导到一路矩形波导的功率合成。
如图4~6所示，经验证，在2.8-2.96GHz频带范围内本发明的反射系数小于0.15，传输损耗小于0.15dB，在中心频率2.88GHz时反射系数为0.03，传输损耗约0.05dB，内部场强最大值474v/m，按照真空阈值计算其设计功率容量为4GW。上述结果表明，该功率分配器具有反射小，传输效率高，功率容量高的特性，满足高功率应用需求。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (2)

1.过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，包括底板（7）和顶板（8），其特征在于，还包括顶部固定于底板（7）中心位置处的输入同轴波导（1），底部固定于顶板（8）上、顶部与输入同轴波导（1）相连的锥体（3），该锥体（3）为圆锥形导体结构，以及固定于顶板（8）和底板（7）之间、位于锥体（3）外侧的半圆柱型导体（4），固定于顶板（8）和底板（7）之间、位于半圆柱型导体（4）外侧的分波立柱（6）；所述输入同轴波导（1）由固定于底板（7）上的外导体和与椎体（3）相连的内导体构成；所述半圆柱型导体（4）和分波立柱（6）均为两个；其中一半圆柱型导体（4）和一分波立柱（6）位于输入同轴波导（1）一侧，另一半圆柱型导体（4）和分波立柱（6）位于输入同轴波导（1）另一侧。
2.根据权利要求1所述的过模同轴波导到两路矩形波导的功率分配器，其特征在于，输入同轴波导（1）两侧的半圆柱型导体（4）和分波立柱（6）均相对于其轴对称。
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