CN104091995A - T形eh面支节 - Google Patents
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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
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)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141008 |