CN104091995A - T形eh面支节 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种T形EH面支节，包括耦合腔，端口A、端口B、端口C，过渡腔和至少一个一级、两级或多级的匹配段。该匹配段的一端与耦合腔或过渡腔相连，另一端与端口A或端口B或端口C相连。本发明实现了紧凑型宽带波导功分器，特别是其端口A的中心处的电场方向与两个输出端中心处的电场方向可以扭转90度，同时两个输出端的信号的相位差可以在宽带范围内保持在180度。本发明的T形EH面支节结构简单紧凑，可以方便地与其它微波元器件作为一体一次性加工完成，可以成为集成波导系统的重要元器件。本发明具有高达41%的相对作带宽，输出端之间幅相精度高、输入输出极化方向旋转和输出端之间实现准确180度相位差等特点。

Description

T形EH面支节

技术领域

本发明涉及一种功分器，具体地说，是涉及一种幅度和相位一致性好的紧凑型宽带功率分配器。

背景技术

功分器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用元件。T形分支由于其功率容量高、插入损耗低等特点，应用十分广泛。T形分支既可以单独使用，也可以通过串接构成多路功分网络，用于相控阵雷达、天线阵以及功率合成等领域。T形分支可以为各种传输线形式，但以波导T形支节最为普遍。已有的波导T形支节主要包括E面T形分支和H面T形分支。这些波导T形支节存在以下不足：1）带宽不足。市场上的波导E面T形分支和波导H面T形分支的相对工作带宽普遍在15%左右。2）极化方向限制，市场上的波导E面T形分支和波导H面T形分支的端口A和端口B，端口A和端口C的中心处的电场方向都是相互平行的，无法让输出电场方向在输入电场方向的基础上实现旋转。3）相位限制，市场上的E面T形波导分支和H面T形波导分支的端口B和端口C的相位之间无法在全相对工作带宽内实现180度的相位差。4）小型化限制，已有技术无法在很小的空间内对端口A进行良好的全带宽匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供幅度和相位一致性好，输入输出极化方向可实现90°旋转，两个输出端相位差可为180度，相对工作带宽可以达到30%以上的紧凑型宽带T形EH面支节功率分配器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

T形EH面支节，包括耦合腔，端口A、端口B、端口C， 和过渡腔，其特征在于，还包括至少一个一级或两级或多级的匹配段，该匹配段的一端与耦合腔相连，该匹配段的另一端与端口A或端口B或端口C相连。

为了使输入波导的极化方向在输入波导极化方向的基础上实现90度旋转，所述端口A的中心处的电场方向在水平面内，而端口B和端口C的中心处的电场方向与水平面内垂直。

为了改善端口A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的宽度按如下方式设置：端口A为输入端，端口A通过匹配段和过渡腔与耦合腔相连；对于与端口A相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接过渡腔中某一点和端口A上另一点的一条线段AX，该与端口A相连的匹配段和端口A在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度沿从过渡腔到端口A的方向不变或单调增大；端口B通过匹配段和耦合腔相连， 对于与端口B相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口B上另一点的一条线段BY，该与端口B相连的匹配段和端口B在垂直于线段BY的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔到端口B的方向不变或单调变大；端口C通过匹配段和耦合腔相连，对于与端口C相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口C上另一点的一条线段CZ，该与端口C相连的匹配段和端口C在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔到端口C的方向不变或单调变大。

为了改善端口A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的深度按如下方式设置：端口A为输入端，端口A通过匹配段和过渡腔与耦合腔相连；对于与端口A相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接过渡腔中某一点和端口A上另一点的一条线段AX，该与端口A相连的匹配段和端口A在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度沿从过渡腔到端口A的方向不变或单调增大；端口B通过匹配段和耦合腔相连， 对于与端口B相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口B上另一点的一条线段BY，该与端口B相连的匹配段和端口B在垂直于线段BY的某一平面内的最大深度沿从耦合腔到端口B的方向不变或单调变大；端口C通过匹配段和耦合腔相连，对于与端口C相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口C上另一点的一条线段CZ，该与端口C相连的匹配段和端口C在垂直于线段CZ的某一平面内的最大深度沿从耦合腔到端口C的方向不变或单调变大。

为了进一步改善端口A作为输入端时该器件的匹配并拓展相对工作带宽，在与端口B或端口C相连的匹配段上设置有只与该匹配段的地面连接的金属体。

所述T形EH面支节内部由空气填充。为了器件的小型化，我们也可以使所述T形EH面支节内部由其它介质填充。耦合腔和所有匹配段的总和结构为结构Q，结构Q在三维空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形EH面支节中心工作频率对应的波长的2.5倍。

为了便于利用普通数控铣床加工，便于该器件与其它微波器件的集成，该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔、端口A、端口B、端口C、过渡腔和所有匹配段的上表面都为同一个平面的一部分。这样，该T形EH面支节和其它相连的微波器件可以分为底座和盖板加工完成。其中底座和盖板之间没有很高的对位要求。

为了在两个输出端之间实现良好的幅度和相位一致性，该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔、端口A、端口B、端口C、过渡腔和所有匹配段构成镜像对称结构。即与端口A连接的匹配段为镜像对称结构，其对称平面为对称平面X。该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔、端口A、端口B、端口C、过渡腔和所有匹配段相对于对称平面X构成镜像对称结构。具体地讲，耦合腔、过渡腔和端口A以对称平面X为对称面而自身成镜像对称结构。端口B以对称平面X为对称面与端口C构成镜像对称结构。连接端口B的匹配段 以对称平面X为对称面与连接端口C的匹配段构成镜像对称结构。

该T形EH面支节的端口A、端口B、端口C可以分别为矩形波导、圆波导、脊波导、基片集成波导或带线中的任意一种。

该T形EH面支节的端口A的法线方向与端口B或/和端口C的法线方向之间的夹角大于60度并小于120度，以90度最为常见。为了进一步拓展该T形H面支节的相对工作带宽，在所述耦合腔的与端口A相对的内侧壁上设置有金属柱，即耦合腔存在与端口A相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱。 或者端口A的法线方向与端口B或/和端口C的法线方向之间的夹角大于150度并小于210度， 以180度最为常见。

本发明提供了一种结构紧凑T形EH面支节。其中，端口A在宽带范围内可以实现良好匹配，端口A和端口B之间，端口A和端口C之间的极化方向可以旋转90°。 当端口B和端口C都弯曲朝向同一个方向时，它们的信号之间的相位差为180°。由于该T形EH面支节可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，在相互串接构成多路功分网络时，所有电路都可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，由此可以大大简化加工，同时更好地保证加工精度。 与已有的H面或E面T形分支相比，该发明在相对工作带宽、端口A匹配、端口A和端口B，端口A和端口C极化方向旋转90°、两个输出端之间的相位差为180度等方面特点明显。

本发明的工作原理可以简述如下： 当微波信号通过端口A进入到耦合腔中被分为两路后，由于传输过程中的不连续性，信号在端口A将被反射。通过在耦合腔中设置特殊的空腔结构并在端口A或/和输出端设置匹配段引入额外反射，可以使端口A的反射在宽频段内被抵消，从而实现宽带良好的匹配。本发明让多个不连续性直接紧密连接，从而实现宽频段内的T形EH面支节的端口A的良好匹配。

附图说明

图1为本发明的俯视示意图

图2为实施实例1的DD向剖视示意图

图3为实施实例2的俯视图

图4为实施实例2的沿端口A法线方向相反的方向的示意图

附图中标号对应名称：1-耦合腔，2-端口A，3-端口B,4-端口C,11-匹配段， 5-金属柱， 6-金属体， 7-过渡腔。

本说明书中部分名词规定如下：

水平面，也就是本文中的纸面。水平方向，也就是位于水平面内的方向。垂直方向，也就是与水平面垂直的方向。

法线方向：是指垂直于端口A或端口B或端口C端面远离T形EH面支节的方向。图中箭头P表示各个端口的法线方向。

任意三维结构在三维空间中的最大尺寸：该三维结构中任意两点的距离的最大值。

镜像对称：对于任意三维封闭空间，存在一平面对称平面X，对于该三维封闭空间中的任意点A，总存在该三维封闭空间中的对应点B， 使得线段AB与该平面X垂直， 而且线段AB与平面X的交点将线段AB分为长度相等的两部分。这时，该三维封闭空间称为镜像对称，平面X称为镜像对称平面。

相对工作带宽：如果一只微波器件的工作平率范围从f1到f2, 其相对工作带宽确定为:【2*(f2-f1)/(f2+f1)】的绝对值。

匹配段和端口在垂直于线段AX的某一平面内的最大宽度: 匹配段和端口与垂直于线段AX的某一平面的截面图形在水平方向上的宽度的最大值。

匹配段和端口在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度: 匹配段和端口与垂直于线段AX的某一平面的截面图形在垂直方向上的深度的最大值。

具体实施方式

实施实例1

 如图1和2所示。T形EH面支节，包括耦合腔1，端口A2、端口B3、端口C4、过渡腔7，还包括3个1级的匹配段11。该匹配段11的一端与耦合腔1相连，该匹配段11的另一端与端口A2或端口B3或端口C4相连.

所述端口A2的中心处的电场方向位于水平面内，而端口B3和端口C4的中心处的电场方向与水平面垂直。

为了改善端口A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的宽度按如下方式设置：端口A2为输入端，端口A2通过匹配段11和过渡腔7与耦合腔1相连；对于与端口A2相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接过渡腔7中某一点和端口A2上另一点的一条线段AX，该与端口A2相连的匹配段11和端口A2在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度沿从过渡腔7到端口A2的方向单调增大；端口B3通过匹配段11和耦合腔1相连， 对于与端口B3相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中某一点和端口B3上另一点的一条线段BY，该与端口B3相连的匹配段11 和端口B3在垂直于线段BY的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔1到端口B3的方向单调变大；端口C4通过匹配段11和耦合腔1相连，对于与端口C4相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中某一点和端口C4上另一点的一条线段CZ，该与端口C4相连的匹配段11和端口C4在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔1到端口C4的方向单调变大。

为了改善端口A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的深度按如下方式设置：端口A2为输入端，端口A2通过匹配段11和过渡腔7与耦合腔1相连；对于与端口A2相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接过渡腔7中某一点和端口A2上另一点的一条线段AX，该与端口A2相连的匹配段11和端口A2在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度沿从过渡腔7到端口A2的方向单调增大；端口B3通过匹配段11和耦合腔1相连， 对于与端口B3相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中某一点和端口B3上另一点的一条线段BY，该与端口B3相连的匹配段11 和端口B3在垂直于线段BY的某一平面内的最大深度沿从耦合腔1到端口B3的方向单调变大；端口C4通过匹配段11和耦合腔1相连，对于与端口C4相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中某一点和端口C4上另一点的一条线段CZ，该与端口C4相连的匹配段11和端口C4在垂直于线段CZ的某一平面内的最大深度沿从耦合腔1到端口C4的方向单调变大。

为了进一步改善端口A作为输入端时该器件的匹配并拓展相对工作带宽，在与端口B3和端口C4相连的匹配段11上各设置有2根只与该匹配段11的地面连接的金属体6。

    所述T形EH面支节内部由空气介质填充。耦合腔1、过渡腔7和所有匹配段11的总和结构为结构Q。 结构Q在三维空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形EH面支节中心工作频率对应的波长的2.5倍。

该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔1、端口A2、端口B3、端口C4、过渡腔7和所有匹配段11的上表面都为同一个平面的一部分。

    与端口A2连接的匹配段11为镜像对称结构，其对称平面为X。该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔1、端口A2、端口B3、端口C4、过渡腔7和所有匹配段11相对于对称平面X构成镜像对称结构。具体来讲，耦合腔1、端口A2和过渡腔7以对称平面X为对称面而自身成镜像对称结构。端口B3以对称平面X为对称面与端口C4构成镜像对称结构。连接端口B3的匹配段11 以对称平面X为对称面与连接端口C4的匹配段11构成镜像对称结构。

     所述端口A2、端口B3、端口C4都为矩形波导。

该T形EH面支节的端口A2的法线方向与端口B3和端口C4的法线方向之间的夹角等于90度。在所述耦合腔的与端口A相对的内侧壁上设置有一根金属柱5，即耦合腔存在与端口A相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱。如果将端口B和端口C都弯曲朝向与端口A2的法线方向相反的方向，端口B和端口C的信号之间的相位差为180°。

实施实例2

如图3和4所示。与实施实例1相比，该实施实例的区别仅在于，所述端口A2的法线方向与端口B3和端口C4的法线方向相反。同时，不需要将端口B3和端口C4做任何弯曲，端口B3和端口C4信号的相位差已经是180°。另外，该实施实例中没有设置金属柱5。

上述仅为举例, 给出了本发明的一些较佳的实现方式。实际生产中，耦合腔1可以为各种形状的空腔，内部还可以设置各种金属凸台或凹槽。

本发明的T形EH面支节具有结构简单紧凑、高达30%的相对带宽、加工调试成本低、输出端之间幅度和相位精度高等特点。它们既可以单独被使用，更可以用于构成多路功分器。两个输出端朝向同一方向时，二者的信号之间的相位差为180度。特别是其准平面结构，这些器件都可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，很好地保证了器件的加工精度并大大降低加工成本。该器件可以广泛用于雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

Claims (9)

1.T形EH面支节，包括耦合腔（1），端口A（2）、端口B（3）、端口C（4），和过渡腔（7），其特征在于，还包括至少一个一级或两级或多级的匹配段(11)，该匹配段(11)的一端与端口A（2）或端口B（3）或端口C（4）相连，该匹配段(11)的另一端直接与耦合腔（1）相连或通过过渡腔（7）与耦合腔（1）相连；

所述端口A（2）的中心处的电场方向在水平面内，而端口B（3）和端口C（4）的中心处的电场方向与水平面内垂直；端口A（2）通过匹配段(11)和过渡腔（7）与耦合腔（1）相连；对于与端口A（2）相连的匹配段(11)，存在一条位于水平面内并连接过渡腔（7）中某一点和端口A（2）上另一点的一条线段AX，该与端口A（2）相连的匹配段(11)和端口A（2）在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度沿从过渡腔（7）到端口A（2）的方向不变或单调增大；端口B（3）通过匹配段(11)和耦合腔（1）相连， 对于与端口B（3）相连的匹配段(11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1）中某一点和端口B（3）上另一点的一条线段BY，该与端口B（3）相连的匹配段(11) 和端口B（3）在垂直于线段BY的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔（1）到端口B（3）的方向不变或单调变大；端口C（4）通过匹配段(11)和耦合腔（1）相连，对于与端口C（4）相连的匹配段(11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1）中某一点和端口C（4）上另一点的一条线段CZ，该与端口C（4）相连的匹配段(11)和端口C（4）在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔（1）到端口C（4）的方向不变或单调变大。

2.根据权利要求1所述的T形EH面支节，其特征在于，端口B（3）通过匹配段(11)和耦合腔（1）相连，对于与端口B（3）相连的匹配段(11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1）中某一点和端口B（3）上另一点的一条线段BY，该与端口B（3）相连的匹配段(11) 和端口B（3）在垂直于线段BY的某一平面内的最大深度沿从耦合腔（1）到端口B（3）的方向不变或单调变大；端口C（4）通过匹配段(11)和耦合腔（1）相连，对于与端口C（4）相连的匹配段(11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1）中某一点和端口C（4）上另一点的一条线段CZ，该与端口C（4）相连的匹配段(11)和端口C（4）在垂直于线段CZ的某一平面内的最大深度沿从耦合腔（1）到端口C（4）的方向不变或单调变大。

3.根据权利要1所述的T形EH面支节，其特征在于，在与端口B（3）或端口C（4）相连的匹配段(11)上设置有只与该匹配段(11)的地面连接的金属体（6）。

4.根据权利要求1所述的T形EH面支节，其特征在于，所述T形EH面支节内部由空气介质或其它介质填充；耦合腔（1）、过渡腔（7）与所有匹配段(11)的总和结构为结构Q，结构Q 在三维空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形EH面支节中心工作频率对应的波长的2.5倍。

5.根据权利要求1中所述的T形EH面支节，其特征在于，耦合腔（1）、端口A（2）、端口B（3）、端口C（4）、过渡腔（7）和所有匹配段(11)的上表面都为同一个平面的一部分。

6.根据权利要求1所述的T形EH面支节，其特征在于，与端口A（2）连接的匹配段(11)为镜像对称结构，该匹配段(11)的对称平面为对称平面X；该T形EH面支节的所有部分，包括耦合腔（1）、端口A（2）、端口B（3）、端口C（4）、过渡腔（7）和所有匹配段(11)相对于对称平面X构成镜像对称结构。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的T形EH面支节，其特征在于，所述端口A（2）、端口B（3）、端口C（4）可以分别为矩形波导、圆波导、脊波导、基片集成波导或带线中的任意一种。

8.根据权利要求7所述的T形EH面支节，其特征在于，端口A（2）的法线方向与端口B（3）或/和端口C（4）的法线方向之间的夹角大于60度并小于120度，或者端口A（2）的法线方向与端口B（3）或/和端口C（4）的法线方向之间的夹角大于150度并小于210度。

9.根据权利要求7所述的T形EH面支节，其特征在于，耦合腔（1）存在与端口A（2）相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱（5）。